Tempo: realtà o illusione?

Le teorie del Vuoto Quantistico e della Gravità Quantistica stanno rivoluzionando i concetti tradizionali di tempo, spazio e della realtà, aprendo scenari scientifici e filosofici inattesi e sorprendenti

Luigi Maxmilian Caligiuri

Che cos’è il tempo? È reale o è soltanto un prodotto della nostra immaginazione? Esiste un inizio ed una fine del tempo? Perché il tempo scorre sempre in avanti? Perché ricordiamo il passato e non il futuro? Può il concetto di tempo fornire la base per la tanto agognata Teoria del Tutto?

Sant’Agostino, nelle Confessiones, afferma: “Allora che cosa è il tempo? Se nessuno me lo domanda, lo so. Se voglio spiegarlo a chi me lo domanda, non lo so più” e, più recentemente, il fisico Julian Barbour: “possiamo riconoscere e misurare il tempo ma non lo comprendiamo” ed è “significativo che c’è un così debole accordo su cosa esso sia realmente e su come cercare una soluzione a tale domanda”.

La scienza moderna ha sinora adottato, nei confronti del tempo, un approccio sostanzialmente “operazionale”, limitato cioè alla sua misurazione, relegando ad un livello secondario il problema della comprensione profonda del suo significato. In effetti le leggi del moto di Newton, la relatività generale di Einstein e la meccanica quantistica non richiedono la conoscenza della natura del tempo per fornire previsioni corrette.

Nondimeno è possibile individuare una caratteristica fondamentale del tempo sulla quale tutti non possiamo che concordare e che ci può fornire un indizio sulla direzione in cui cercare una risposta alle nostre domande: la possibilità di misurare il tempo esiste solo ove vi sia “cambiamento”, ossia in corrispondenza alla variazione dello stato di un dato sistema....

Se esaminiamo il funzionamento di un generico orologio, notiamo che questo è basato sulla presenza di parti mobili (le oscillazioni di parti meccaniche o le vibrazioni di cristalli di quarzo negli orologi tradizionali, l’emissione di una particella da parte di atomi radioattivi, etc.) e sul cambiamento di una qualche configurazione fisica. Ma la possibilità di misurare il tempo da sola non fornisce indicazioni sul suo significato più profondo e soprattuto sulla questione se il tempo sia reale (a livello fondamentale) o se sia soltanto un’illusione o una costruzione della nostra mente.

Nella fisica classica il tempo è assoluto ed indipendente dai fenomeni fisici che avvengono nell’Universo e dalle caratteristiche dell’osservatore, esso pertanto ha un’esistenza propria e costituisce una proprietà fondamentale dell’Universo. Come noto, la teoria della relatività di Einstein (TR) rivoluziona tale concezione non solo generalizzando il principio di relatività galileiana ma privando di autonomia ed assolutezza il concetto stesso di tempo che diventa, al pari dello spazio, una variabile dello spazio-tempo (ST), ossia dell’arena all’interno della quale avvengono tutti i fenomeni fisici e che dipende sia da questi ultimi che dallo stato dell’osservatore.

Una delle conseguenze più rilevanti della TR è che il ritmo con cui il tempo “scorre” cambia a seconda del sistema di riferimento utilizzato e che solo lo ST stesso può fornire un utile sistema di riferimento rispetto al quale descrivere i fenomeni fisici. Tuttavia, sebbene privato di assolutezza, lo ST conserva una propria esistenza fisica fondamentale.

Un punto di vista alternativo è basato sull’idea che in realtà il tempo non abbia una realtà autonoma, essendo reale soltanto il cambiamento, e che esso emerga dunque semplicemente dal tentativo della nostra mente di descrivere ed interpretare tale cambiamento. Entrambe tali concezioni, tuttavia, sono caratterizzate da profondi problemi interpretativi e da conseguenze radicalmente differenti rispetto alla descrizione della realtà, in particolare l’assumere l’uno o l’altro approccio può avere, come vedremo, effetti determinanti sulla possibilità di elaborare una cosiddetta Teoria del Tutto (TDT), in grado di spiegare l’esistenza ed il comportamento di tutte le particelle, le forze, lo ST ed, infine, la nascita ed il destino dell’Universo.

L’origine del tempo

Nella cosmologia del Big Bang (BB), basata sulla Relatività Generale (RG) e la Meccanica Quantistica (MQ), l’origine del tempo, dello spazio e della materia (quantomeno di quella osservabile) viene fatta risalire ad un evento “esplosivo” avvenuto da dieci a venti miliardi di anni fa.

Nella teoria del BB, dunque, non ha senso chiedersi cosa sia avvenuto prima di tale evento o in corrispondenza ad esso, essendo questo un evento singolare (ossia caratterizzato da densità, temperatura e curvatura spazio-temporale teoricamente infinita) in corrispondenza del quale le leggi stesse della fisica perdono di significato.

Per poter affrontare la questione dell’inizio del tempo è dunque essenziale la formulazione di una teoria che sintetizzi la RG e la MQ, ossia della cosiddetta teoria della Gravità Quantistica (GQ) che dovrà costituire una parte essenziale di qualsiasi TDT. Una delle candidate più quotate quale TDT è la Teoria delle Stringhe (TDS), di particolare eleganza e complessità matematica, in grado di interpretare lo “zoo” di particelle elementari che originano particelle e campi, inclusa la gravità, come vibrazioni di stringhe infinitesimali.

Tuttavia essa pone dei seri problemi: il primo è che la TDS prevede la presenza di 10 o 11 (a seconda delle versione della teoria) dimensioni spazio-temporali extra (oltre alle 4 dello spazio-tempo visibile) non direttamente accessibili; il secondo è che non è in grado di spiegare la natura stessa dello ST. Infatti, se la RG interpreta la gravità come curvatura dello ST, una teoria della GQ, che possa spiegare l’origine del tempo, deve essere in grado di dedurre il comportamento dello ST, inteso come sistema quantistico (caratteristica essenziale in ambito cosmologico).

Pertanto diverse TDT alternative sono state recentemente proposte, la più importante della quali è certamente quella della gravità quantistica ad anelli (loop quantum gravity o LQG) secondo la quale lo ST avrebbe, a livello fondamentale (ossia su scale inferiori della cosiddetta lunghezza di Planck pari a cm), una struttura “granulare” composta da “atomi di spaziotempo” in cui sia lo spazio che il tempo risultano quantizzati e non più continui.

Fonte: www.altrogiornale.org