Alice: “Per quanto tempo è per sempre?”
Bianconiglio: “A volte, solo un secondo”.
Lewis Carrol
Abbiamo visto negli altri articoli sul tempo (qui per il primo e qui per il secondo) che il tempo dipende fortemente da come lo si misura e da chi lo misura.
La teoria della relatività di Einstein spiega perché il tempo non può essere una quantità assoluta, mentre semplici considerazioni mostrano che la natura della misura del tempo è contraddittoria, in quanto misure concettualmente differenti portano alle stesse conclusioni sullo scorrere del tempo.
E’ chiaro dunque che il tempo così come noi lo conosciamo, non è altro che una misura del mutamento dello spazio. Immaginate per esempio di dover misurare il tempo in un mondo in cui lo spazio e’ immobile. La misura di tempo intesa classicamente perderebbe tutto il suo significato!
Infatti, spazio e tempo sono due concetti estremamente legati tra loro: non c’è cambiamento del tempo senza che ci sia una mutazione spaziale e viceversa. E’ lo stesso concetto che sta alla base del cosiddetto “spaziotempo”, il famoso “spazio 4-dimensionale” composto dalle tre dimensioni dello spazio tridimensionale alle quali si aggiunge la dimensione tempo!
[Tokamac, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons]
Il tempo è estremamente dipendente dalle condizioni fisiche e spaziali del posto in cui viene misurato: la fisica moderna ci mostra che il tempo di un orologio posto a 2 metri di altezza dal suolo non scorre come quello di un orologio posto a 1 metro, in particolare, per il secondo il tempo scorre più lentamente. Seppure la differenza risulti davvero piccola, essa esiste e quasi paradossalmente ci permette di affermare, ad esempio, che per una persona il tempo dei piedi scorre più lentamente… del tempo della testa!
Certo se poi volessimo parlare, oltre che di tempo scientifico, anche di tempo soggettivo, ovvero lo scorrere apparente del tempo che dipende da persona a persona, sarebbe immediato rendersi conto che il tempo non è per nulla una quantità assoluta. É risaputo che il tempo passato divertendosi con gli amici scorre più velocemente del tempo passato a seguire una lezione di una materia noiosa!
Limitiamoci però a parlare del tempo scientifico. In generale, possiamo dire che il tempo così come lo conosciamo, non esiste.
Avete mai pensato al significato della frase “non ho abbastanza tempo”? Vi siete mai resi conto che tale frase è intrinsecamente incoerente?
In particolare, si sente spesso dire “non ho abbastanza tempo per fare quella cosa”, quando in realtà quello che si vuole dire è che facciamo quella cosa con una certa velocità e forse non siamo capaci di andare più veloci. La velocità con cui facciamo qualcosa non è altro che la quantità di spazio che processiamo in una certa quantità di tempo, ma visto che il tempo non è una quantità assoluta allora basterebbe cambiare il sistema di riferimento in cui facciamo quella certa cosa!
La natura ci dice che questo è possibile e un esempio famoso è fornito dai muoni, particelle instabili che vengono prodotte intorno ai 15.000 metri di altitudine e vivono solo 2.2 micro-secondi. Anche se queste particelle viaggiassero alla velocità massima possibile c (velocità della luce), esse potrebbero percorrere solo circa 600 metri e quindi non dovremmo trovare muoni a livello del mare, cosa che invece constatiamo ogni giorno con speciali rivelatori.
Ma allora, come è possibile che queste particelle raggiungano la superficie terrestre nonostante sembri che “non abbiano abbastanza tempo” per arrivarci? La risposta si trova nella relatività di Einstein: viaggiando vicini alla velocità della luce il tempo rallenta di un fattore γ e lo spazio si accorcia in relazione allo stesso fattore γ.
Questo fenomeno fu osservato da Bruno Rossi nel 1941 e fu una prova notevole della relatività di Einstein. La natura stessa ci insegna che il tempo è una quantità relativa e che esso può essere adattato a seconda del fenomeno che stiamo osservando.
[Massachusetts Institute of Technology, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons]
L’uomo è da sempre abituato a classificare tutto: ha deciso di stabilire cos’era “l’alto” e “il basso”, però quello che è alto a Treviso è basso a Sydney, e viceversa. Lo sanno bene gli astronauti, non esiste l’alto e il basso nell’universo!
L’organizzazione dello spazio così come quella del tempo è utile per studiare i fenomeni che accadono intorno a noi sulla Terra, ma diventa inutile e insensata appena usciamo dal nostro pianeta.
La fisica contemporanea ci mostra chiaramente che il tempo è di per sé una variabile che può essere rimossa dalla descrizione del mondo fisico, come mostra ad esempio l’equazione Wheeler-DeWitt.
In teoria si potrebbe descrivere il mondo senza utilizzare la variabile tempo, ad esempio si potrebbe descrivere l’oscillazione del pendolo utilizzando invece del tempo la posizione della lancetta dell’orologio. Tutto ciò non rappresenta niente di nuovo, in realtà facciamo sempre così, però per convenzione quando guardiamo l’orologio non parliamo della posizione angolare delle lancette, ma dell’orario che abbiamo associato universalmente a tale posizione.
L’universo è più variegato, più bello e più divertente rispetto al piccolo mondo sulla Terra. Tutto ciò che conosciamo del mondo vale solo qui, in questo minuscolo puntino nell’universo: appena usciamo da questo angolino le regole che conosciamo non valgono più. Un po’ come le tradizioni, la lingua e le usanze di un Paese non sono più le stesse appena ci spostiamo in un’altra nazione, il tempo è una lingua che abbiamo imparato per poter interagire con la realtà in cui viviamo, ma che dobbiamo mettere da parte se vogliamo imparare a parlare con l’universo intero, che è molto più sconfinato, più attraente e complesso rispetto a quello che i nostri padri ci hanno insegnato fino ad oggi.
Bibliografia
- Bruno Rossi, David B. Hall, The Physical Review Vol 59 N 3 (February 1941)
- C. Rovelli, TEDx Lago di Como
Marco Faggian
Laureato magistrale in fisica a Padova, ho continuato i miei studi con un doppio PhD in fisica statistica di non-equilibrio presso l’University of Aberdeen in Scozia e la Faculty of Information Studies in Slovenia. Oggi lavoro come Data Scientist in Francia e nel tempo libero mi trasformo in un gamer divoratore di libri e appassionato musica.
