Il tempo – 2) il tempo dopo il tempo (seconda parte)

Nella prima parte della trattazione, nel tentativo di dare un senso ed un significato al tempo, abbiamo visto che il tempo non scorre uguale da tutte le parti, non scorre uguale per tutti.

Per esempio gli orologi dei satelliti artificiali del sistema gps girano più rapidamente dei nostri sulla terra.
Quindi il mio orologio qui sulla terra gira più lentamente di un orologio di un astronauta. Questo significa che l’astronauta entra nel futuro prima di noi.

La conferma di questo bizzarro modo di comportarsi del tempo arriva dieci anni dopo, nel 1915 quando Einstein realizza un altro spettacolare tuffo nella comprensione della realtà.

Una delle maggiori conseguenze della teoria della relatività è che due eventi che sono simultanei in un sistema di riferimento possono non esserlo in un altro, ma nulla è stato detto sulle masse, sulla interazione delle masse.

Einstein ha messo le cose a posto anche su questo argomento con la sua pubblicazione sulla relatività generale pubblicata nel 1916.

3) Relatività generale.
Con la relatività generale si scopre che lo spazio “dentro cui tutto esiste” e “il tempo lungo il quale tutto scorre”, cioè questa specie di tela immobile introdotta da Newton su cui sembravano dipinti la realtà e il suo divenire, costituiscono un oggetto fisico ben definito, lo spazio-tempo, anch’esso governato da equazioni.

Ecco la rivoluzione.
Tutto inizia dall’era pre-einsteiniana dove l’universo era rappresentato con uno spazio a tre dimensioni (x,y,z) e la variabile temporale (t) era considerata indipendentemente da tale spazio. Un evento era rappresentato dalla sua posizione fissata dalle tre coordinate spaziali e dalla sua durata.
Nella relatività ristretta Einstein mostrò invece un legame indissolubile fra spazio e tempo. Ogni punto dello spazio ha quattro coordinate (x,y,z,t), tre delle quali rappresentano un punto dello spazio, e la quarta un preciso momento temporale che si muovono di concerto. Lo spazio-tempo.
Il tempo non è altro che una dimensione come le altre a cui è legata indissolubilmente.
Tutto chiaro fin qui?

Questo nuovo concetto porta alla considerazione che un “evento” si muove su quattro dimensioni contemporaneamente. Il movimento di un oggetto puntiforme o evento è quindi descritto da una curva trascinando con se le coordinate spaziali e il tempo.
Quale curva?

Secondo questa concezione l’evento nello spazio-tempo si muoverebbe secondo una curva piatta. Einstein ha dimostrato che non è così perché non si è tenuto conto delle forze gravitazionali esercitate dalle masse.

E così nella relatività generale, secondo Einstein, l’evento si muove in uno spazio-tempo che viene più o meno curvato dalla presenza di una massa.
Praticamente lo spazio-tempo viene curvato dalla gravità di una massa. Tanto maggiore è questa massa tanto maggiore sarà la curvatura dello spazio-tempo.
Quindi sotto l’effetto di una massa non solo si deforma lo spazio ma si deforma anche il tempo.

Lo so, è difficile immaginare il tempo che si distorce sotto l’effetto di un campo gravitazionale. Ma è proprio così. Ci sono evidenze che lo dimostrano e l’esempio dell’orologio di un satellite che segna un tempo diverso (più veloce) da quello sulla terra sta a dimostrare l’influenza che esercita il campo gravitazionale sul tempo.

L’immagine che vedete è una rappresentazione degli impulsi elettromagnetici che si muovono nello spazio-tempo curvo dovuto alla presenza di un oggetto fortemente massivo che appaiono come “deviati.

Conseguenza di ciò è il fatto che il tempo rallenta laddove il campo gravitazionale è maggiore. Possiamo quindi ipotizzare che il tempo nelle immediate vicinanze di un buco nero rallenti quasi a fermarsi.
Ci crediate o meno, ma è così.

4) La gravità quantistica
Ci dispiace per il nostro amico Einstein, ma anche per la relatività generale di Einstein, sappiamo con relativa certezza che esistono precisi limiti di validità.
Questo significa che ancora una volta dobbiamo mutare la nostra idea del tempo.
E siamo da capo. Insomma un bel casino, direte voi.

Questo deriva dal fatto che la teoria non comprende gli effetti quantistici, i quali devono svolgere un ruolo anche per lo spazio e per il tempo.

Cosa vuol dire.
A differenza dell’elettromagnetismo la cui particella mediatrice è il fotone, la mancata conoscenza della particella elementare che causa la gravità, ha portato la ricerca a costruire una teoria quantistica della gravità. Ovvero la ricerca del fantomatico “gravitone” che possiamo tranquillamente chiamare con un po’ di immaginazione come la teoria quantistica dello spazio e del tempo.

La relatività generale descrive infatti il campo gravitazionale in termini geometrici (cioè usando la nozione di curvatura dello spazio-tempo). Tuttavia, essa non ci dice nulla riguardo alle particelle mediatrici della forza gravitazionale, i cosiddetti gravitoni.

Contemporaneamente si aprono le porte a rispondere ad altre domande. La teoria quantistica infatti prevede livelli quantizzati per le particelle. Si può parlare di gravità quantizzata? Ha senso parlare di uno spazio quantizzato? Di un tempo quantizzato? Cosa significa tutto ciò nel mondo reale?

Premetto che nessuno lo sa.
Non per questo ve ne dovete andare via, anzi ci sono cose con le quali mi piace trapanarvi il cervello.

Spiego.
Soltanto parlare di gravitoni per dare un significato alla gravità, significa inevitabilmente entrare nel mondo dell’estremamente piccolo. Nella meccanica quantistica. E qui la teoria della relatività generale non ha più validità.
Raggiungendo dimensioni miliardi di volte inferiori ai più infinitesimali elementi della materia, ossia gli atomi e le particelle in esse contenute in base alle leggi delle meccanica quantistica la struttura dello spazio diventa irregolare e caotica.
In questo mondo caotico anche lo spazio diventa distorto.
Il tempo diventano caotico. Non esiste un lì, non esiste un là, un dove, un quando.

Ha ancora senso parlare di tempo?

Forse gli scienziati stanno andando nella direzione sbagliata nel cercare di dare una definizione matematica al tempo. Forse si pongono la domanda sbagliata. Ora che sappiamo che lo stazio-tempo segue le sorti del campo gravitazionale, forse è più corretto cercare l’origine del tempo, ovvero da dove è cominciato piuttosto che andare a cercare dove risiede esplorando il mondo dell’estremamante piccolo.
In definitiva bisogna porsi la domanda sull’inizio del tempo, utilizzando la teoria giusta.

Non ci sono teorie giuste e soddisfacenti sul mercato a darci le risposte. Il problema sta nel fatto che secondo la teoria standard il tempo è nato con il Big Bang, oltre il quale non si può andare. Non è possibile sapere l’origine del tempo.

In realtà ci sono due teorie: la teoria delle stringhe e l’altra è la teoria della gravità quantistica a loop.

Entrambe queste teorie suggeriscono che all’inizio dell’inflazione non ci sia stata una singolarità che impedirebbe di andare più indietro del tempo zero.
Il problema dell’origine del tempo resta così ancora aperto.

Dato che la teoria delle stringhe non tollera gli infiniti, sembrano esserci, nel suo contesto, solo due alternative per quanto riguarda l’inizio del tempo.
La prima è che andando all’indietro, ci sia una fase speculare alla nostra, che si estende indefinitamente verso il passato e che termina quando temperatura, densità e curvatura raggiungono il massimo valore permesso. La seconda ipotesi è che tutto sia iniziato da una fase in cui non esistevano spazio e tempo, concetti scaturiti solo successivamente.

Nel primo scenario, quello proposto nel 1991, c’è qualcosa che simula il vecchio Big Bang: il cosiddetto bounce, ovvero “rimbalzo”, un momento in cui le varie quantità fisiche raggiungono il loro massimo valore per poi iniziare a decrescere. Invece che di Big Bang possiamo parlare di Big Bounce del momento in cui la temperatura dell’universo avrebbe raggiunto il suo valore massimo, ma “finito”.

A questo punto cosa avete capito? Cos’è il tempo? Da dove ha avuto inizio?

Secondo me, detto papale papale, oggi i fisici hanno idee molto confuse su cosa sia il tempo. L’unica cosa veramente certa è che il tempo non corrisponde a quello che ci indica la nostra intuizione elementare.

A dimostrazione di ciò, quando i fisici americani John Wheeler e Bryce DeWitt hanno scritto l’equazione fondamentale della teoria quantistica, questa equazione è scritta senza che il tempo vi compaia in alcun modo. Anche in versioni più moderne di questa teoria, come nella cosiddetta teoria della gravità quantistica a loop, le equazioni fondamentali non includono la variabile “tempo”.

Allora?
La spiegazione di questo fatto, che all’inizio ha generato molta confusione, è semplice: il tempo in sé, come osserva Newton stesso nel suo libro, non è osservabile. Noi osserviamo solo cose in movimento, la variabile tempo è un’utile aggiunta per mettere ordine.
Come dice Amleto alla fine del primo atto, confuso, dopo che lo spettro di suo padre gli ha rivelato che le cose non sono come lui pensava, The time is out of joint (“Il tempo è uscito dai suoi cardini”).

Anche per oggi mi fermo qui, così ci diamo tutti una riposata.

…. ma non è finita, armatevi di caffè o tè, parleremo del tempo prima del tempo.

Questo post non sarebbe stato possibile senza gli articoli di Carlo Rovelli, con il quale mi scuso se involontariamente nella mia trattazione posso aver storpiato il suo pensiero.

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