Episodio II: che cos’è il tempo?
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Bentornati, cari viaggiatori! Dopo la breve introduzione della scorsa settimana, eccoci giunti alla seconda puntata di questa guida alla scoperta dei misteri del tempo!
Nel muovere i primi passi della nostra passeggiata ci troviamo davanti alla questione fondamentale dall’enunciare una descrizione realmente esaustiva del concetto di tempo. Un quesito che, a primo impatto, potrebbe apparire piuttosto banale; eppure, se ci soffermassimo a riflettere più approfonditamente, ci renderemmo subito conto di quanto sia effettivamente complicato dare una risposta completa ed in qualche modo soddisfacente. Giusto per avere un’idea, avete mai provato a cercare il termine “tempo” in un comune vocabolario? Come esempio, riportiamo qui di seguito la definizione di tempo così come viene presentata nel dizionario Treccani:
L’intuizione e la rappresentazione della modalità secondo la quale i singoli eventi si susseguono e sono in rapporto l’uno con l’altro (per cui essi avvengono prima, dopo, o durante altri eventi), vista volta a volta come fattore che trascina ineluttabilmente l’evoluzione delle cose (lo scorrere del t.) o come scansione ciclica e periodica dell’eternità […]; tale intuizione fondamentale è peraltro condizionata da fattori ambientali (i cicli biologici, il succedersi del giorno e della notte, il ciclo delle stagioni, ecc.) e psicologici (i varî stati della coscienza e della percezione, la memoria) e diversificata storicamente da cultura a cultura.
In parole povere, il tempo assume diverse connotazioni a seconda del contesto in cui tale nozione viene espressa, con un forte accento sull’aspetto percettivo e personale. Il nostro modo di “avvertire” ed inquadrare il tempo dipende sia dalla situazione esterna che anche e soprattutto dalla nostra sensibilità. Ce ne rendiamo facilmente conto pensando al motivo per cui il tempo appare “volare” quando siamo felici, oppure al contrario i minuti sembrano non trascorrere mai quando ci annoiamo; in entrambi i casi gli eventi procedono sempre seguendo lo stesso criterio, è la nostra psicologia che li identifica in maniera diversa. Per saperne di più su questo aspetto, vi consigliamo questo precedente articolo.
Ciononostante, un filo conduttore comune che collega indissolubilmente definizioni e percezioni del tempo è il tema del divenire, del cambiamento e della causalità. Quella che noi chiamiamo la “freccia del tempo” non è altro che il nostro modo di cogliere le relazioni causa-effetto tra due eventi: una determinata azione produce una definita conseguenza, la quale non può sussistere senza l’avvenimento che l’ha generata. In altri termini, l’effetto non può realizzarsi senza la presenza prioritaria della causa. Un po’ come pensare ad una penna che scriva su un foglio prima che io l’abbia estratta dall’astuccio, oppure alla biancheria che si pulisca prima di essere lavata o alla cena che sia già pronta prima di essere preparata (aggiungerei: magari!).
La scansione del tempo in passato-presente-futuro è dunque la percezione dell’essere umano nei confronti di questo rapporto di causalità: ciò che noi interpretiamo come “passato” altro non è che l’insieme delle cause degli eventi che rappresentano il nostro “presente”, i quali a loro volta rappresentano l’origine degli avvenimenti del “futuro”.
È tuttavia interessante provare ad immaginare alcune condizioni particolari nelle quali questo rapporto di “subordinazione” tra la causa che implica e l’effetto che si sviluppa possa essere rotto. Pensiamo, ad esempio, di entrare in una stanza priva d’aria (come potremmo respirare è un problema secondario), completamente vuota; l’unico elemento presente è una biglia agganciata ad una molla che oscilla avanti e indietro in totale assenza di attrito. Non abbiamo idea di come questa sia stata messa in movimento; semplicemente la troviamo lì, ad incantarci con il suo elegante moto periodico.
Nella realtà la molla a poco a poco perderebbe la sua energia scambiandola con l’esterno e si arresterebbe in un moto definito “smorzato”; in una situazione ideale invece (il classico problema di fisica del liceo al cui pensiero ogni studente avverte un discreto impulso di vomito) la pallina continuerebbe la sua oscillazione all’infinito, senza mai fermarsi. In particolare, la biglia scivolerebbe verso l’esterno allungando la molla, la quale inizierebbe poi a tirare la pallina nel verso opposto facendola retrocedere. A questo punto la biglia tornerebbe verso l’interno, comprimendo ora la molla che di contro spingerà nuovamente la nostra pallina all’esterno e così via, in un ciclo infinito.
Dunque, il movimento della biglia è causato dalla molla che si comprime o si allunga, spingendo la biglia stessa da una parte o dall’altra. Tuttavia, se la biglia non fosse in movimento, la molla non potrebbe subire una dilatazione o una contrazione; quindi, sotto questo punto di vista, è la pallina a causare un effetto sulla molla! Se il vostro cervello sta già implorando pietà non preoccupatevi: è normale. Avete appena costruito un piccolo loop o ciclo infinito. Una serie di eventi che si susseguono sempre allo stesso modo, tale per cui diventa impossibile stabilire quale evento sia la causa e quale l’effetto. In pratica ogni azione compiuta in questo ciclo è sia causa che effetto contemporaneamente, generando un curioso equilibrio naturale. Chiameremo questo simpatico e semplice esempio con la molla il loop dell’oscillatore.
Quando il concetto di ciclo infinito viene applicato al contesto dei viaggi nel tempo… beh, preparate una buona scorta di birre, perché ci sarà da divertirsi sul serio!
Vedremo più avanti come nell’ambito della Fisica il tempo assuma significati più profondi, definizioni oggettive che ci permetteranno anche di comprendere più in dettaglio il suo significato e la possibilità di alterarlo. Per ora, limitiamoci a tirare le somme di quanto detto finora, e a descrivere il tempo come la misura del cambiamento, o meglio, della rapidità con cui gli eventi e le relazioni tra essi evolvono. In un universo immutabile, statico e totalmente simmetrico ove ogni processo può avvenire in ogni direzione ed in condizioni di equilibrio (alla stregua della molla ideale) non ci sarebbe bisogno del concetto di tempo. Alla nostra realtà serve il tempo poiché molti processi in natura sono irreversibili, cioè una volta realizzati non è più possibile tornare alle condizioni di partenza; l’equilibrio si rompe di conseguenza scandendo la direzione della “freccia del tempo”.
Nel prossimo episodio inizieremo ad addentrarci nel cuore della nostra storia; ci avvicineremo a quella teoria che, ormai più di cento anni fa, ha rivoluzionato il nostro modo di vedere ed interpretare lo spazio ed il tempo: la teoria della relatività. Tutto ebbe inizio in un giorno di metà Aprile, in un seminterrato dell’allora Western Reserve University…
Sono ricercatore di Astrofisica e Cosmologia presso l’Università di Milano Bicocca. Da più di tre anni svolgo eventi di divulgazione in giro per l’Italia e non solo. Autore di tre libri divulgativi, collaboro tuttora con diverse associazioni, Università ed istituti di ricerca per la diffusione della conoscenza scientifica alla comunità. Nella mia visione, la scienza è una forma d’arte in grado di deliziare, intrattenere e divertire permettendoci in aggiunta di imparare qualcosa di nuovo e sorprendente.
