Il tempo può essere piegato?

Uno dei desideri nascosti dell’uomo è caratterizzato dai viaggi nel tempo. Anche oggi, più che nel passato, ci si chiede se sia possibile tornare indietro per modificare il presente.

Se ci pensiamo, il tempo è la moneta con la quale valutiamo tante cose, a partire dalla programmazione di un progetto lavorativo per finire con la determinazione dei nostri impegni personali. Nella fisica, il tempo rappresenta un enorme “conflitto” tra la teoria quantistica e quella legata alla relatività generale.

Il passare dei secondi è effettivamente reale o relativo?

Secondo la meccanica quantistica, il flusso temporale è considerato come un parametro classico e ha un valore ben definito. Questo filone di pensiero ci porta ad un approccio uguale a quello appreso a scuola: qualsiasi misurazione osservabile viene svolta in determinati istanti di tempo. L’interpretazione di Copenaghen, formulata da Bohr e Heisenberg, riguardo la distribuzione di probabilità della posizione dell’elettrone nello spazio può far “toccare con mano” il concetto di tempo nella meccanica quantistica.

Un esempio può essere dato dal fenomeno di interferenza, dove la luce, passando da una doppia fenditura opaca, crea zone chiare e scure. La luce, come l’elettrone, è descritta da una funzione d’onda che evolve nel tempo fino ad interferire con sé stessa. Questo dimostra come l’elettrone abbia proprietà ondulatorie e la sua determinazione venga stabilita in modo probabilistico. Se si sospende la misurazione e si aspetta che la particella passi la fenditura, senza determinare quale delle due, ecco che si ha una figura di interferenza, ovvero una sovrapposizione.

La figura di interferenza scompare se, invece, ci si concentra su una delle due fenditure attraverso le quali è passata la particella. Ciò accade perché l’osservazione e l’atto della misura dipendono dal momento nel quale questa diventa effettivamente disponibile per essere misurata. Il fenomeno diventa oggettivo nell’istante nel quale viene preso in considerazione.

Il concetto di tempo cambia se ci si addentra nel mondo della relatività generale e ristretta

Il tempo non è più assoluto ma, in realtà, dinamico. Secondo Einstein, il tempo e lo spazio si deformano in corrispondenza di corpi celesti massicci e a velocità prossime a quelle della luce. Per capire questo concetto, come proposto generalmente a scuola, si introduce il ruolo dell’osservatore. Se, nei pressi del pianeta, vi è un uomo, quest’ultimo non percepirà mai il rallentamento del tempo. Questo si verificherà analogamente per un qualsiasi pilota che governa un’astronave che va ad una velocità prossima a quella della luce.

L’unico che si accorgerà che lo spazio si accorcia e il tempo si dilata è l’osservatore esterno, che si trova distante dal pianeta e ad una velocità nettamente inferiore. Se si volesse chiarire il concetto, si potrebbe usare la metafora semplificata del treno. Chi viaggia dentro al treno si percepisce fermo, ma quest’ultimo è in movimento rispetto all’amico che guarda le carrozze muoversi dalla stazione ferroviaria.

Il tempo viene trattato diversamente dalle due teorie e costituisce un vero “dissidio interiore” da molto tempo. Come possibile ponte di collegamento tra queste due realtà arriva, in soccorso, l’entanglement quantistico. Nella pratica, utilizzando una metafora, è come se un “battito di ali” di una farfalla situata da una parte dell’universo fosse in grado di introdurre effetti altrove e non solo localizzati in quel punto. Il tempo non è un tiranno che scorre come sabbia in una clessidra, ma, secondo questa interpretazione, è fatto di connessioni tra sistemi quantistici.

Nella loro ultima ricerca, gli scienziati Alessandro Coppo, Alessandro Cuccoli e Paola Verrucchi cercano di dare validazione alla teoria di Page-Wootters. Secondo questa ipotesi, il tempo non è un’entità a sé definita, ma esiste come correlazione quantistica interna tra la sua definizione secondo la meccanica quantistica e la sua determinazione secondo la relatività.

In poche parole, se si hanno delle farfalle che volano assieme, il loro battito d’ali e il loro scontrarsi con i fiori circostanti “crea” il tempo. Se queste farfalle fossero ferme e non interagissero, il tempo allora non esisterebbe, in quanto non “accadrebbe”.

I ricercatori non si sono fermati alla teoria, ma hanno costruito un oscillatore armonico vibrante, munito di magneti. Di fatto, hanno quindi creato un orologio particolare e hanno cercato di dimostrare che il suo avanzamento e la sua evoluzione possono essere descritti internamente dal suo “stato” quantistico.
Alla validazione finale di questa teoria manca ancora molto, ma, nel caso fosse vera, questo potrebbe portare all’associazione del tempo ad una mera “illusione”. Se pensavamo finora che il tempo fosse qualcosa di concreto, misurabile con certezza, oggi l’essenza stessa di una clessidra viene messa in discussione.

Una cosa certa del tempo è che vi è un prima e un dopo: ma ne siamo davvero certi?

Tutto nasce dal secondo principio della termodinamica, secondo il quale “l’entropia di un sistema isolato, lontano dall’equilibrio termico, tende ad aumentare nel tempo, finché l’equilibrio non è raggiunto.” In sostanza, se la calotta polare si scioglie, non sarà possibile tornare indietro e ricostituire il ghiaccio ora liquefatto. Questo concetto cozza, però, ad esempio, con l’equazione di Schrödinger, che descrive la probabilità che una particella abbia o meno una determinata posizione.

Questo collima con il famoso esempio del gatto che Schrödinger usò, appunto, per evidenziare la criticità dell’interpretazione di Copenaghen. Se si chiude un gatto in una scatola, finché non si apre quest’ultima, non si saprà se il felino sia vivo o morto. Per paradosso, è entrambi. Se si pensa al paradosso e al fatto che non sappiamo ciò che capita finché non lo osserviamo, emergono interrogativi fondamentali.

Una nuova ricerca che prova a dare una risposta

Andrea Rocco, ricercatore del Department of Mathematics and Physics alla University of Surrey, ha provato a dare una risposta. Secondo la ricerca pubblicata sul Scientific Reports, una risposta potrebbe essere data dall’analisi di un “evento quantistico” quando questo viene posto in un “bagno termico infinito”. Utilizzando una metafora, è come se si fosse provato a studiare il comportamento di una particella mentre questa si muove nell’Universo.

Andrea Rocco ha descritto come, assieme al team, abbiano “riesaminato, più rigorosamente, le equazioni che vengono fuori da questo approccio approssimato”, mostrando come “in realtà, queste equazioni rimangono invarianti rispetto all’inversione temporale”. “La simmetria, insomma, permane: si ottengono due frecce del tempo opposte, ciascuna delle quali è perfettamente compatibile con le equazioni del moto. Il sistema va verso l’equilibrio sia che si muova in avanti che si muova indietro nel tempo, dissipando energia in entrambi i casi. Questa approssimazione, quindi, non implica una violazione della simmetria di inversione temporale”.

Di fatto, le equazioni diventano simmetriche e, per assurdo, è come se un evento possa andare sia in avanti nel tempo che indietro. Allora, come mai non si può ringiovanire e non si possono cambiare gli avvenimenti? Da quanto emerge dalla ricerca, sembrerebbe che il sistema scelga effettivamente di procedere e andare avanti nel tempo, scegliendo “una delle due linee temporali, evolvendo coerentemente con il secondo principio della termodinamica”.

Dopo queste osservazioni, è naturale farsi molte domande ma, purtroppo, i perché e i per come definitivi ancora non si sanno. Di certo, l’uomo ha il desiderio di viaggiare nel tempo da sempre. Il culmine di questo desiderio è dato, ad esempio, dal film iconico “Back to the Future”. Queste ricerche ci mostrano come la fisica sia meravigliosa e ancora piena di sorprese.