Il tempo non c’è più

da: L’Espresso n°3 del  19 gennaio 2012


Invecchiamo. Vediamo passare le ore. Ma per i fisici la cosa misurata dagli orologi è una illusione. E a Roma se ne discute in un grande evento.

Il tempo non c’è più

di Nicola Nosengo

Tra qualche secolo, forse, qualcuno rileggerà articoli come questo e riderà un sacco. Quanto erano ingenui all’inizio del XXI secolo, penserà, ancora così stupiti all’idea che il tempo non esista. Un po’ come noi sorridiamo dei nostri antenati che credevano che la Terra fosse piatta, o il Sole le ruotasse attorno. Perché ciò che una parte della fisica contemporanea arriva oggi a suggerire è altrettanto difficile da accettare quanto lo erano le ipotesi di Copernico al loro apparire. È l’idea che il tempo, semplicemente, non esista. Che quella cosa che tutti crediamo di conoscere, misurata dagli orologi, quella che divide passato, presente e futuro, sia solo un’illusione. Come il movimento del Sole attorno alla Terra.
Questo ci dice oggi la fisica del suo “tempo”. Poi c’è quello della filosofia, quello della psicologia e quello dell’arte, quello dell’evoluzione e quello della narrazione. E si intrecceranno tutti all’Auditorium Parco della Musica di Roma, dal 19 al 22 gennaio, per il Festival delle Scienze, quest’anno dedicato proprio al concetto di tempo visto attraverso gli occhi delle principali discipline scientifiche. Quattro giorni fatti soprattutto di domande: il futuro e il passato sono reali come il presente? Passa il tempo quando nulla cambia? È possibile viaggiare nel tempo? Esisteva il tempo prima del Big Bang? Quali meccanismi neuronali spiegano la nostra esperienza del tempo? Il tempo è infinito? Concepiamo tutti il tempo allo stesso modo?


«Nella storia della fisica è capitato molte volte di dover rinunciare a concetti abituali per descrivere il mondo a livello più elementare», spiega Carlo Rovelli del Centro di Fisica Teorica dell’Università di Marsiglia, uno dei maggiori fisici teorici contemporanei, relatore al Festival di Roma: «Per esempio noi vediamo il mondo colorato, ma gli atomi non sono colorati. È solo la nostra reazione alla frequenza delle onde elettromagnetiche. Oppure il calore. Un tempo si pensava fosse una sostanza, poi si è capito che è solo una misura della velocità di agitazione delle molecole. La “sostanza” calore è sparita dalla nostra concezione. Penso che nello stesso modo debba sparire il tempo».
Questo non vuol dire che si possa viaggiare a piacimento tra passato e futuro: mettiamoci una pietra sopra, niente macchina del tempo, almeno non nella fetta di Universo e alla scala a cui viviamo noi. Ma vuol dire qualcosa di anche più radicale: che quando si scompone l’Universo nei suoi componenti fondamentali, il tempo semplicemente scompare, come i colori. «Ma alla nostra scala le proprietà apparenti del tempo rimangono intatte», chiarisce Rovelli: «Scoprire che a piccolissima scala il tempo non esiste non cambia nulla rispetto al fatto che invecchiamo».
Rovelli è uno dei fondatori della Loop Quantum Gravity, o “gravità quantistica a loop”. Che il nome spaventi è normale. Basti dire che è una delle teorie candidate a risolvere il Grande Problema della fisica contemporanea: mettere d’accordo relatività generale e meccanica quantistica, i due castelli teorici che nel corso del Ventesimo secolo hanno spiegato l’Universo su scale diverse (l’infinitamente grande e la forza di gravità la prima, l’infinitamente piccolo e le altre forze la seconda), ma che non hanno un terreno comune. E la natura del tempo è proprio uno degli ostacoli nel riunificarle.
Nella meccanica quantistica, che descrive il comportamento delle particelle elementari, esiste un tempo assoluto, una sorta di orologio universale che mette in fila gli eventi. Si può sempre dire se una cosa avviene prima di un’altra, si può misurare con certezza la durata di un evento e il tempo scorre in una sola direzione. Il tempo a cui siamo abituati, insomma. Ma nella relatività di Albert Einstein le cose sono diverse: il tempo non è assoluto, ma si può contrarre e dilatare a seconda della velocità a cui ci si muove. Più è alta, più lento scorre il tempo. È il classico paradosso dei due gemelli: quello che fa un viaggio su una ipotetica astronave a velocità vicine a quelle della luce, al ritorno è più giovane di quello rimasto sulla Terra. Ma anche la gravità distorce il tempo, tanto che è impossibile mantenere perfettamente sincronizzati due orologi atomici, non importa quanto precisi, perché basta una differenza di altitudine per introdurre minime differenze.
Come uscirne? Secondo Rovelli, schierandosi decisamente dalla parte di Einstein, e portando la sua teoria alle estreme conseguenze. «Dopo cento anni di successi della relatività, è ora di prendere sul serio l’idea che il tempo sia solo una struttura secondaria che emerge dai campi fisici». In particolare dalla forza di gravità, la vera protagonista delle teorie di Einstein, di cui tutti vediamo gli effetti su grande scala, ma di cui non si trova traccia a livello delle particelle elementari. Per capire da dove viene, secondo Rovelli, occorre andare a scale ancora più piccole, molto più piccole di quelle delle stesse particelle (e irraggiungibili da qualunque strumento di misura, a parte le ipotesi matematiche). Dove si scoprirebbe una realtà fatta di “anelli”, loop appunto, unità minime di forza di gravità, intrecciate tra loro come in una rete.
Praticamente impossibile da capire senza matematica, ma il punto è che dalle equazioni di questa teoria, che dovrebbero descrivere tutto ciò che accade nell’Universo, il tempo letteralmente scompare. A piccolissima scala, tutte le proprietà che associamo al tempo saltano, spiega Rovelli: non c’è più una direzione degli eventi ed è impossibile misurarne la durata. Ci si ritrova con leggi della fisica che non distinguono tra passato, presente e futuro, tutti egualmente “reali”.
Il fisico italiano non è il solo pronto a farla finita con il tempo. Due anni fa il Foundational Questions Institute, una fondazione statunitense che finanzia ricerca che più di base non si può, lanciò un concorso per saggi sul tempo, con la partecipazione di oltre 130 accademici di tutto il mondo, tra cui alcuni dei più bei nomi della fisica teorica. La proposta di Rovelli era tra le più radicali, ma anche molti altri giocavano con l’idea che il tempo non esista. Altre proposte cercavano una ridefinizione del tempo più che la sua demolizione. Ma tutti concordavano su una cosa: per arrivare a una teoria che spieghi finalmente tutti i fenomeni dell’Universo, i fisici saranno costretti a rivoltare
il concetto di tempo come un calzino.
Lo pensa anche Giovanni Amelino-Camelia dell’Università La Sapienza di Roma, altro italiano protagonista della fisica teorica mondiale con la sua Doubly Special Relativity, “relatività doppiamente speciale” e relatore al Festival di Roma. E un’evoluzione della teoria di Einstein, basata sull’idea che oltre alla velocità della luce esiste un’altra costante assoluta nell’Universo, la cosiddetta lunghezza di Planck, l’unità minima di lunghezza possibile. «Questa teoria non era partita con l’obiettivo di mettere in discussione il tempo, ma senza averlo voluto ci siamo ritrovati anche noi a de-scrivere un Universo dove esso non esiste», spiega Amelino-Camelia: «Anche l’ultimo salvagente lasciato da Einstein, l’idea che a parità di velocità e gravità sia ancora possibile stabilire se due eventi sono simultanei, va perso. In realtà non c’è modo di saperlo per certo».
Da dove viene allora la nostra percezione del tempo? Per Rovelli, è solo un effetto statistico: come il calore è il modo in cui i nostri sensi misurano la velocità delle molecole, anche il tempo è un modo che abbiamo noi esseri umani per descrivere il cambiamento, in particolare le trasformazioni di massa ed energia nel mondo in cui viviamo. «Per descrivere una folla di manifestanti che sfila per strada, noi diciamo “la manifestazione è arrivata in piazza San Giovanni”», spiega Rovelli con un esempio: «Ma non esiste un oggetto unico “la manifestazione”. Esistono solo i singoli manifestanti. Il tempo è una nozione collettiva di questo tipo, efficace per de-scrivere il mondo alla nostra scala. Se potessimo conoscere esattamente tutte le variabili fisiche, non ci servirebbe». Senza rendercene conto, spiega Rovelli, raggruppiamo alcune variabili del mondo, in particolare quelle che descrivono il suo stato termico, e decidiamo di usarle come “orologio” a cui riferire tutto il resto. Ma è una convenzione. Un po’ come il denaro, che non vale nulla di per sé, ma permette di calcolare il valore di tutti gli altri beni.
Secondo Craig Callender, filosofo dell’Università della California che ha dedicato tutta la carriera a esplorare la filosofia e la fisica del tempo, la nostra percezione di esso è più un risultato dell’evoluzione, che della fisica. Deriva dal fatto di esserci evoluti in un angolo del l’Universo con alcune caratteristiche che rendono il tempo costante e prevedibile: velocità molto più basse di quella della luce, gravità più o meno uniforme, una fonte di energia costante come il Sole. «Ci sembra scontato che “ora” voglia dire la stessa cosa anche per due persone distanti, a differenza di “qui” che ne indica due diverse. Ma se per ipotesi potessimo muoverci anche a velocità molto più alte, il tempo ci sembrerebbe soggettivo come lo spazio».
Non tutta la fisica però è altrettanto pronta a liberarsi del tempo. Non lo è l’altra grande contendente al titolo di Teoria definitiva, la teoria delle stringhe. Fondata dal fisico italiano Gabriele Veneziano alla fine degli anni Sessanta, questa teoria poggia i piedi sulla meccanica quantistica e le adatta la relatività dove necessario, l’esatto contrario di quello che fa Rovelli.
Difficile dire se la diatriba si scioglierà mai. Entrambe le teorie hanno il grosso problema, forse irrisolvibile, di trovare conferme sperimentali. Amelino-Camelia spera che esperimenti come quelli di Lhc (il gigantesco acceleratore di particelle del Cern a Ginevra) potranno vedere almeno qualche distante effetto indiretto dei fenomeni a piccolissima scala ipotizzati da Rovelli e da lui stesso. Mentre i famosi neutrini più veloci della luce intravisti ai Laboratori del Gran Sasso, se il risultato fosse confermato, potrebbero aprire una finestra su ipotetiche extradimensioni come quelle ipotizzate dalle teorie delle stringhe. E il caso di dire che solo il tempo dirà chi ha ragione.

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