Che ora è? Un concetto così familiare sembra non richiedere alcuna spiegazione. Tuttavia, la fisica moderna ha smantellato molte delle nostre intuizioni e il tempo è in gran parte un’illusione.
Il dibattito sul vero significato del tempo, anche sulla sua stessa esistenza a livello fondamentale, è oggi più vivo che mai e si collega alle questioni più profonde della fisica teorica.
Indice
Einstein e lo spazio-tempo
All’inizio del XX secolo Albert Einstein rivoluzionò la nostra concezione dello spazio e del tempo con la sua teoria della relatività speciale (1905) e generale (1915). Secondo loro il tempo dipende dalla velocità dell’osservatore e dal campo gravitazionale a cui è sottoposto, fenomeni dimostrati sperimentalmente.
Da allora concepiamo il tempo come una dimensione con lo stesso carattere delle tre dimensioni spaziali: la quarta dimensione.
Il tempo scorre più lentamente nella testa che nei piedi
Supponiamo che l’orologio di casa indichi le 10 quando esci per una passeggiata e le 11 quando ritorni. Il buon senso dice che per te è passata un’ora e che anche l’orologio che hai in tasca (se funziona correttamente) avrà passato un’ora. Ma, a rigor di termini, ciò non è corretto. Poiché ti sei trasferito, il tempo trascorso per te e per il tuo orologio è leggermente inferiore al tempo che hai trascorso a casa. La differenza è così piccola che ai fini pratici è nulla. Ma quando questo tipo di esperimento viene eseguito utilizzando gli orologi atomici, si scopre che il tempo trascorso è diverso (e la discrepanza è esattamente ciò che prevede la teoria di Einstein).
La stessa cosa accade con la gravità: maggiore è il campo gravitazionale, più lento passa il tempo. Quando sei in piedi, il tempo scorre più velocemente nella tua testa che nei tuoi piedi. Ciò è stato dimostrato anche sperimentalmente.
Non esiste un tempo universale. Non è possibile dire che “in un dato momento” la realtà sia una realtà certa, composta da eventi che accadono contemporaneamente in luoghi diversi. Per un altro osservatore, i fatti che compongono “la realtà del presente” sono diversi.
Lo scorrere del tempo per la fisica
La più potente intuizione psicologica sul tempo è che, a differenza dello spazio, esso scorre. Gli eventi passati sono già accaduti. Esistevano, ma non esistono più. E i futuri non sono ancora accaduti. Solo il presente ha esistenza reale.
Tuttavia, non c’è nulla nelle equazioni della fisica che ci dica che il tempo scorre in questo modo. Queste leggi mettono in relazione eventi avvenuti in tempi diversi (cioè caratterizzati da valori diversi della coordinata temporale), ma non ci dicono che il tempo passa dal passato al futuro.
Per quanto incredibile possa sembrare, il passare del tempo è probabilmente un’illusione. Certo, un’illusione molto forte.
Qual è il motivo di questa allucinazione collettiva?
Supponiamo che il tempo scorresse più lentamente. Come lo noteresti? In questo gioco non bisogna cadere nella trappola di immaginare che il tempo scorra più lentamente per tutti tranne che per noi. Facciamo parte dell’universo e, quindi, anche i nostri processi cerebrali (e i successivi pensieri) rallenterebbero, in sincronia con tutti gli orologi. Pertanto, la risposta è che non lo noteremmo affatto. Percepiremmo tutto esattamente allo stesso modo.
Ciò sarebbe vero anche se lo “scorrere del tempo” fosse al contrario. In ogni momento i nostri pensieri sarebbero identici e, di conseguenza, lo sarebbero anche i nostri “ricordi” e la nostra percezione del tempo.
La freccia del tempo
Tuttavia il tempo sembra passare, e lo fa anche in una certa direzione e non nel contrario. Questa è quella che viene chiamata la “freccia del tempo”. Quando mescoliamo il latte in una tazza di caffè, i due si mescolano, ma il contrario non accade mai. Quando lasciamo cadere un uovo a terra, esso si rompe, ma non accade mai che i pezzi si ricompongano spontaneamente e l’uovo ci salti tra le mani. La ragione di questi processi apparentemente irreversibili risiede nel secondo principio della termodinamica, secondo il quale “l’entropia tende sempre ad aumentare”.
In termini colloquiali, l’entropia è qualcosa di simile al disordine di un sistema fisico. In realtà il secondo principio non è una legge fisica, ma pura statistica. Esistono molti più stati disordinati che ordinati, e quindi l’evoluzione tende sempre a disordinare i sistemi.
Prendi un mazzo di 20 carte rosse sopra 20 carte nere e mescolalo. Perderai presto quell’ambiente speciale. Ma non importa quanto mescoli, in pratica non tornerai mai alla configurazione iniziale, anche se in linea di principio sarebbe possibile. Sono questi processi irreversibili che creano una freccia del tempo, che distingue il passato (minore entropia) dal futuro (maggiore entropia).
L’ordine nel Big Bang
L’universo al momento del Big Bang aveva un’entropia molto bassa, cioè pochissimo disordine. Nessuno conosce il motivo di questo fatto cruciale (anche se esistono modelli interessanti per spiegarlo), ma grazie ad esso l’entropia ha potuto aumentare e si è creata la freccia del tempo che ci è familiare.
Da quel remoto istante l’entropia è cresciuta solo attraverso processi irreversibili, come quelli citati (la rottura delle uova, il mescolamento dei liquidi) e altri di maggiore portata (le stelle che bruciano l’idrogeno).
I processi irreversibili producono una potente sensazione di causa ed effetto, in quell’ordine temporale. Tuttavia, nelle equazioni della fisica non troviamo questa distinzione, poiché tutti i processi sono in realtà reversibili.
La pietra nello stagno
Immaginate di far cadere un sasso in uno stagno, provocando sulla superficie le tipiche onde concentriche. In linea di principio il processo potrebbe avvenire al contrario: per una fluttuazione casuale della superficie dell’acqua si formerebbero delle onde perfettamente concentriche che avanzerebbero verso il centro dove si produrrebbe un vortice che solleverebbe la pietra dal fondo dello stagno e lanciatelo verso la vostra mano, la superficie rimane quindi perfettamente calma. Come un film che va al contrario.
Ciò non è proibito dalle leggi della fisica, ma è straordinariamente improbabile. La ragione risiede nel secondo principio della termodinamica: i processi vanno sempre dall’entropia più bassa a quella più alta. E lo stato della pietra nelle nostre mani e nello stagno calmo ha molta meno entropia della pietra sul fondo dello stagno e dell’acqua leggermente riscaldata dall’impatto della pietra.
Se ci viene mostrata un’istantanea di onde circolari sulla superficie di uno stagno, le metteremo in relazione (diremo che “sono state causate”) con qualche stato di entropia inferiore (ad esempio, la caduta di un oggetto). Il contrario (una fluttuazione casuale dell’acqua) è altamente improbabile.
Collocheremo quindi la causa nel passato, nel regno della bassa entropia. Questo è il motivo per cui si parla di cause ed effetti, dove i primi precedono i secondi.
Ed è anche il motivo per cui si formano testimonianze e ricordi del passato. Se la pietra cade nel fango anziché nell’acqua, le onde generate restano “congelate”, offrendo una testimonianza della “causa” che le ha prodotte, che, come abbiamo detto, è sempre un evento del passato.
Il mondo è pieno di tracce del passato di questo tipo: i crateri della Luna, fossili, costruzioni umane, ecc. Per lo stesso motivo mettiamo in relazione le registrazioni del nostro cervello (i nostri ricordi) con eventi del passato che li hanno “causati”. Ed è questo che produce la sensazione psicologica di viaggiare dal passato al futuro: del passato (bassa entropia) abbiamo abbondanti testimonianze e ricordi, mentre il futuro (alta entropia) è incerto. La percezione è che il passato “è già accaduto”, ma il futuro “non è ancora avvenuto”, anche se le leggi della fisica non forniscono esattamente questa interpretazione.
La natura del tempo
Anche se la maggior parte dei fisici sarebbe d’accordo con quanto detto sopra, la verità è che ancora non conosciamo la natura del tempo in tutta la sua profondità. E non lo faremo finché la teoria della relatività generale non sarà riconciliata con la meccanica quantistica, i due pilastri della fisica moderna.
Per ora, possiamo goderci l’idea che il passare del tempo (desiderio o meno) sia solo un’illusione.
