Il tempo potrebbe essere un’illusione?

La fisica moderna suggerisce che il tempo potrebbe essere un’illusione. La teoria della relatività di Einstein, ad esempio, suggerisce che l’universo sia un blocco statico quadridimensionale che contiene tutto lo spazio e il tempo simultaneamente, senza alcun “adesso” speciale.

Il tempo non esiste?

Ciò che è il futuro per un osservatore, è il passato per un altro. Ciò significa che il tempo non scorre dal passato al futuro, come lo sperimentiamo.

Ciò tuttavia si scontra con il modo in cui il tempo è concettualizzato in altri settori della fisica, come la meccanica quantistica. Quindi il tempo è un’illusione oppure no? Un approccio per scoprirlo sarebbe provare a dimostrare che il tempo è irreale usando solo la logica.

Nel 1908, JME McTaggart, un filosofo inglese, pubblicò un articolo in cui sosteneva che potremmo essere in grado di comprendere la sua eredità semplicemente usando il solo pensiero logico.

Immagina che qualcuno ti abbia regalato una scatola di carte, ognuna delle quali rappresenta un evento. Una carta descrive l’anno 2024, un’altra la morte della regina Vittoria e un’altra l’ eclissi solare del 2026. Le carte sono state confuse. Ti è stato detto di disporre queste carte in modo che rappresentino il tempo. Come lo faresti?

Il primo modo è utilizzare quella che McTaggart chiama la “serie B” . Scegli una carta e la metti sul pavimento. Poi ne prendi un altro dalla scatola e lo confronti con quello già sul pavimento. Se è prima, lo metti a sinistra. Se dopo, lo metti a destra.

Ad esempio, la morte della regina Vittoria si colloca a sinistra dell’eclissi solare del 2026. L’anno 2024 va a sinistra dell’eclissi solare del 2026, ma a destra della morte della regina Vittoria. Continui a ripeterlo finché non ti ritrovi con una linea di carte, due delle quali sono correlate utilizzando la relazione prima-dopo.

Mentre ti siedi e guardi l’arrangiamento finito, ti rendi conto che manca qualcosa. La linea delle carte è statica. Una volta che le carte sono state posizionate, non cambia nulla nel loro ordine. Ma, come insiste McTaggart, non è possibile avere tempo senza cambiamenti.

Sì tratta in definitiva una misura del cambiamento, anche secondo la fisica. Viene spesso identificato come un aumento del disordine – entropia – di un sistema chiuso. Prendi una tazza di caffè caldo. Mentre si raffredda, l’entropia aumenta. E puoi dire approssimativamente il periodo incui una tazza di caffè è rimasta lì in base alla sua temperatura. Qualsiasi dispositivo che misura il tempo, come un orologio, si basa sul cambiamento (ticchettii).

Ricorda, il tuo compito originale era disporre le carte in modo che rappresentassero il lasso. Ma alla fine ti sei ritrovato con qualcosa che non cambia. Sarebbe strano dire che ila tempistica non cambia. Quindi la serie B non riesce a catturare il momento.

Esiste tuttavia un’altra opzione. Puoi ricominciare da capo e provare a disporre le carte utilizzando quella che McTaggart chiama la “serie A” . Crei tre pile ordinate: a sinistra vanno tutte le carte che descrivono eventi accaduti in passato, come la morte della regina Vittoria. Al centro ci sono quelli che accadono nel presente, come l’anno 2024. E a destra, quelli che accadranno in futuro, come l’eclissi solare del 2026.

A differenza della serie B, questa disposizione non è statica. Col passare delle ore, devi spostare le carte dalla pila di destra (futura) alla pila centrale (presente), e quelle dalla pila centrale (presente) alla pila sinistra (passato), dove rimarranno per sempre. Quindi qui c’è chiaramente un cambiamento in atto. Vuol dire che la serie A descrive il lasso?

Secondo McTaggart la serie A è circolare . La tua mano che sposta le carte dalla pila di sinistra a quella centrale e poi nella pila di destra è un processo che avviene già nel periodo.

Devi essere in tempo per poter eseguire questo arrangiamento. Ma il periodo è esattamente ciò che stai cercando di catturare. In altre parole, è già necessario averne per descriverlo. Questo è circolare e la circolarità viola la logica.

Riassumiamo. La disposizione della serie B non può descrivere il lasso, perché in esso non cambia nulla. E il cambiamento è necessario per i tempi. Quindi la serie B non funziona. La serie A cambia, ma purtroppo è circolare. Quindi non funziona neanche questo. Poiché nessuno di questi funziona, McTaggart conclude che il tempo non può essere reale.

Oltre cento anni dopo, i filosofi sono ancora alla ricerca di una soluzione. Alcuni, chiamati “teorici A”, cercano di definire la serie A in un modo che non sia circolare.

Altri, chiamati “teorici B” , accettano che la serie B descriva la realtà e dicono che McTaggart aveva torto nel richiedere che la serie cambiasse. Forse tutto ciò che c’è nella tempistica è solo una sequenza di eventi.

Ci sono anche “teorici C” che vanno oltre e dicono che la linea delle carte non ha nemmeno una direzione da prima a dopo.

L’anno 2024 va tra la morte della regina Vittoria e l’eclissi solare del 2026. Ma il fatto che siamo abituati a pensare che la morte della regina Vittoria avvenga prima dell’eclissi solare del 2026, piuttosto che il contrario, forse è solo una questione di abitudine. È come numerare le assi di una staccionata: puoi iniziare da qualunque estremità tu voglia. La recinzione stessa non ha direzione.

Non sono ancora convinto che qualcuno di loro abbia ragione, forse ci sono modi completamente diversi di pensarci. Alla fine, il periodo lo dirà.

E indipendentemente da chi abbia ragione, ciò che è notevole è che McTaggart è stato in grado di portare avanti la discussione senza alcuna scoperta scientifica, ma semplicemente pensando in modo logico al problema.

Il tempo potrebbe non essere ciò che sembra

Perché è controverso? Sembra reale, sempre lì, inesorabilmente in avanti: scorre, scorre come un fiume. Ha una direzione, avanza sempre. Ha ordine, una cosa dopo l’altra. IHa una durata, un periodo quantificabile tra gli eventi. Ha un presente privilegiato, solo adesso è reale. Sembra essere lo sfondo universale attraverso il quale procedono tutti gli eventi, in modo tale che l’ordine possa essere sequenziato e le durate misurate.

La domanda è se queste caratteristiche siano realtà reali del mondo fisico o costrutti artificiali della mentalità umana. Potrebbe non essere ciò che sembra: questa unità fluida senza parti, il palcoscenico sempre esistente su cui accadono tutti gli eventi.

Apprezzarlo significa sentire il tessuto della realtà. Molti fisici e filosofi affermano che è un’illusione. Cosa significano che “non è reale”?

Huw Price, professore di filosofia all’Università di Cambridge, sostiene che le tre proprietà fondamentali del tempo non provengono dal mondo fisico ma dai nostri stati mentali: un momento presente che è speciale; una sorta di flusso o passaggio; e una direzione assoluta.

“Ciò che la fisica ci offre”, ha detto Price, “è il cosiddetto ‘universo a blocchi’, dove è solo parte di uno spazio-tempo quadridimensionale che non è fondamentale ma emerge da una struttura più profonda”.

Percepiamo una “freccia” o direzione, e anche della causalità, ha detto, perché le nostre menti aggiungono un “ingrediente soggettivo” alla realtà, “così che proiettiamo sul mondo la prospettiva che abbiamo come agenti in questo ambiente.”

Pensa all’universo a blocchi, supportato dalla teoria della relatività di Einstein, come una struttura spazio-temporale quadridimensionale in cui il tempo è come lo spazio, in quanto ogni evento ha le proprie coordinate, o indirizzo, nello spazio-tempo: è senza tensione, tutti i punti sono ugualmente “reali”, così che il futuro e il passato non sono meno reali del presente.

Quindi, veniamo fuorviati dalle nostre prospettive umane? La nostra sensazione che scorra, o passi, e abbia una direzione necessaria, è falsa? Stiamo dando un falso significato al momento presente?

“Possiamo rappresentare la nostra realtà come un luogo tridimensionale in cui le cose accadono nei tempi”, ha affermato il fisico Max Tegmark del Massachusetts Institute of Technology, “o come un luogo quadridimensionale dove non accade nulla [‘universo a blocchi’] – e se è davvero la seconda immagine, allora il cambiamento è davvero un’illusione, perché non c’è nulla che cambi, è tutto semplicemente lì: passato, presente, futuro.

“Quindi la vita è come un film e lo spazio-tempo è come il DVD”, ha aggiunto; “non c’è nulla nel DVD stesso che stia cambiando in alcun modo, anche se c’è tutto questo dramma che si svolge nel film. Abbiamo l’illusione, in ogni dato momento, che il passato sia già accaduto e il futuro non esista ancora, e che le cose stanno cambiando. Ma tutto ciò di cui sono consapevole è il mio stato cerebrale in questo momento. L’unica ragione per cui mi sento come se avessi un passato è che il mio cervello contiene ricordi.”

“Il tempo è là fuori”, ha detto Andreas Albrecht, cosmologo teorico dell’Università della California, Davis. “Si chiama parametro esterno – il parametro indipendente nell’equazione [classica] del movimento. Quindi, il tempo – il lasso che conosciamo da quando abbiamo imparato a leggere l’ora su un orologio – sembra scomparire quando studi la fisica, finché non arrivi alla relatività .

“L’essenza della relatività è che non ne esiste assoluto, né uno spazio assoluto. Tutto è relativo. Quando provi a discuterne nel contesto dell’universo, hai bisogno della semplice idea di isolare parte dell’universo e chiamarla tua orologio, e la sua evoluzione riguarda solo la relazione tra alcune parti dell’universo e quella cosa che chiami orologio.”

Julian Barbour, fisico britannico, descrive il tempo come “una successione di immagini, una successione di istantanee, che cambiano continuamente l’una nell’altra. Io ti guardo; tu annuisci. Senza quel cambiamento, non avremmo alcuna nozione di tempo.”

“Isaac Newton”, ha osservato Barbour, “ha insistito sul fatto che anche se non fosse successo assolutamente nulla, il tempo sarebbe passato, e questo credo sia completamente sbagliato”.

Per Barbour il cambiamento è reale, ma il tempo no. È solo un riflesso del cambiamento. Dal cambiamento, il nostro cervello costruisce un senso del tempo come se scorresse. Come dice lui, tutte le “prove che abbiamo sono codificate in configurazioni statiche, che vediamo o sperimentiamo soggettivamente, e tutte si adattano insieme per far sembrare il tempo lineare”.

Non tutti i fisici sono pronti a declassarlo a uno status di seconda classe.

John Polkinghorne, fisico quantistico e prete anglicano, crede che il flusso e la direzione del tempo siano reali e implacabili. È un “argomento sbagliato”, ha detto, usare la relatività per affermare che è un’illusione, “perché nessun osservatore ha conoscenza di un evento distante, o della simultaneità di eventi diversi, finché non sono inequivocabilmente nel passato di quell’osservatore. E , pertanto, tale argomento si concentra sul modo in cui gli osservatori organizzano la loro descrizione del passato e non può stabilire la realtà del futuro atteso.”

Polkinghorne rifiuta la nozione di un universo a blocchi statici di spazio e tempo insieme. “Viviamo in un mondo in dispiegamento e divenire”, ha detto.

Fotini Markopoulou-Kalamara, fisico teorico del Perimeter Institute, ha dichiarato: “Ho l’esperienza angosciante di fisici che mi dicono che il tempo non è reale… Mi confonde, perché il tempo sembra essere reale. Le cose accadono. Quando batto le mani mani, è successo… Preferirei dire che la relatività generale non è la teoria definitiva piuttosto che dire che il tempo non esiste.”

Il tempo è un conflitto fondamentale tra la relatività e la meccanica quantistica, misurato e malleabile nella relatività mentre è assunto come sfondo (e non osservabile) nella meccanica quantistica. Per molti fisici, anche se sperimentiamo il tempo come psicologicamente reale, il tempo non è fondamentalmente reale. Nelle fondamenta più profonde della natura, il tempo non è un elemento o un concetto primitivo e irriducibile necessario per costruire la realtà.

L’idea che il tempo non sia reale è controintuitiva. Ma molte idee su come funziona il mondo che l’umanità aveva dato per scontate hanno richiesto un ripensamento completo. Come dice Tegmark, “Ci sono state così tante cose in fisica che pensavamo fossero fondamentali che si sono rivelate semplici illusioni, che stiamo mettendo in discussione tutto, anche il tempo”.

La realtà dipende da che ore sono. Il tempo è irriducibile, fondamentale, un descrittore ultimo della realtà fondamentale? Oppure il nostro senso soggettivo del tempo che scorre, generato dal nostro cervello che si è evoluto per altri scopi, è un’illusione?

Le opinioni sono divise, ma molti fisici e filosofi ora sospettano che il tempo non sia fondamentale; piuttosto, il tempo emerge da qualcosa di più fondamentale: qualcosa di non temporale, qualcosa di completamente diverso (forse qualcosa di discreto, quantizzato, non continuo, fluido).

L’alternativa, ovviamente, è la nostra comune intuizione: il tempo scorre, il presente è superspeciale in quanto unico momento reale, e la natura profonda della realtà è quella del divenire.

Cos’è il tempo?

Dall’inizio dell’universo ai giorni nostri, il tempo è una delle poche cose che consideriamo regolare e immutabile. Il tempo funziona misurando i periodi tra passato, presente e futuro.

Il tempo è intorno a noi ed è la base del modo in cui registriamo la vita sulla Terra . Le civiltà sorgono e muoiono, le stelle nascono e si estinguono e il nostro metodo per tracciare il modo in cui quei momenti si collegano al presente rimane invariato. Ma il tempo non è così costante né così semplice come potrebbe sembrare.

Nel XVII secolo, il fisico Isaac Newton vide il tempo come una freccia scoccata da un arco, che viaggiava in linea retta e senza mai deviare dal suo percorso. Per Newton, un secondo sulla Terra equivaleva allo stesso secondo su Marte , Giove o nello spazio profondo. Credeva che il movimento assoluto non potesse essere rilevato, il che significava che nulla nell’universo aveva una velocità costante, nemmeno la luce. Applicando questa teoria, poté supporre che se la velocità della luce poteva variare, allora il tempo doveva essere costante.

Il tempo deve scorrere da un secondo al successivo, senza alcuna differenza tra la durata di due secondi qualsiasi. Questo è qualcosa che è facile pensare sia vero. Ogni giorno ha circa 24 ore; non hai un giorno con 26 e uno con 23.

Nel 1905, Albert Einstein affermò che la velocità della luce non varia , ma è costante, viaggiando a 186.282 miglia al secondo (299.792 chilometri al secondo). Postulò che il tempo fosse più simile a un fiume, che scorre e rifluisce a seconda degli effetti della gravità e dello spazio-tempo. Il tempo accelererebbe e rallenterebbe attorno a corpi cosmologici con masse e velocità diverse, e quindi un secondo sulla Terra non era la stessa durata di tempo ovunque nell’universo.

Decenni dopo, la teoria di Einstein si dimostrò vera. Nell’ottobre del 1971, i fisici JC Hafele e Richard Keating testarono la teoria di Einstein facendo volare quattro orologi atomici al cesio su aerei di tutto il mondo, andando verso est e poi verso ovest.

Nel loro articolo pubblicato nel 1972 sulla rivista Science, Hafele e Keating riferirono che gli orologi aviotrasportati erano circa 59 nanosecondi più lenti di un orologio atomico terrestre quando viaggiavano verso est e 273 nanosecondi più veloci della versione terrestre quando viaggiavano verso ovest. I loro risultati hanno supportato la teoria di Einstein secondo cui il tempo fluttua in tutto l’universo.

Esistono due modi principali per misurare il tempo: il tempo dinamico e quello atomico. Il primo si basa sul movimento dei corpi celesti, inclusa la Terra, per tenere traccia del tempo, che si tratti del tempo di rotazione di una stella rotante distante come una pulsar , del movimento di una stella nel nostro cielo notturno o della rotazione della Terra. Tuttavia, nonostante una stella rotante, questi metodi non sono sempre del tutto accurati.

La vecchia definizione di secondo era basata sulla rotazione della Terra. Poiché il sole impiega un giorno per sorgere a est, tramontare a ovest e sorgere di nuovo, un giorno veniva diviso quasi arbitrariamente in 24 ore, un’ora in 60 minuti e un minuto in 60 secondi. Tuttavia, la Terra non ruota in modo uniforme. La sua rotazione diminuisce ad una velocità di circa 30 secondi ogni 10.000 anni a causa di fattori come l’ attrito delle maree .

Gli scienziati hanno escogitato modi per tenere conto della variazione della velocità di rotazione della Terra, introducendo i secondi intercalari, ma per ottenere un tempo più preciso è necessario andare ancora più piccoli.

Il tempo atomico si basa sulla transizione energetica all’interno di un atomo di un determinato elemento, comunemente cesio. Definendo un secondo utilizzando il numero di queste transizioni, il tempo può essere misurato con una precisione tale da perdere una piccola parte di secondo in un milione di anni. La definizione di secondo è ora definita come 9.192.631.770 transizioni all’interno di un atomo di cesio, ha riferito Scientific American .

Gli orologi atomici forniscono la traccia più accurata del tempo sulla Terra. L’intero sistema GPS in orbita attorno alla Terra utilizza orologi atomici per tracciare con precisione le posizioni e trasmettere i dati al pianeta, mentre interi centri scientifici sono istituiti per calcolare la misura del tempo più accurata, solitamente misurando le transizioni all’interno di un atomo di cesio.

Mentre la maggior parte degli orologi atomici si basa sui campi magnetici , gli orologi moderni utilizzano i laser per tracciare e rilevare le transizioni energetiche all’interno degli atomi di cesio e mantenere una misura del tempo più definita.

Sebbene gli orologi al cesio siano attualmente utilizzati per tenere il tempo in tutto il mondo, gli orologi allo stronzio promettono una precisione doppia, mentre un progetto sperimentale basato su atomi di mercurio carichi potrebbe ridurre ulteriormente le discrepanze a meno di un secondo perso o guadagnato in 400 milioni di anni.

Un tempo gli scienziati pensavano che lo spazio e il tempo fossero separati e che l’universo fosse semplicemente un assortimento di corpi cosmici disposti in tre dimensioni. Einstein, tuttavia, introdusse il concetto di tempo come quarta dimensione, il che significava che spazio e tempo erano indissolubilmente legati. La sua teoria generale della relatività suggerisce che lo spazio-tempo si espande e si contrae a seconda della quantità di moto e della massa della materia vicina.

Molti anni dopo la sua proposta, la teoria della relatività generale di Einstein fu dimostrata grazie alla Gravity Probe B della NASA, che dimostrò che lo spazio e il tempo erano effettivamente collegati. Quattro giroscopi venivano puntati in direzione di una stella lontana e, se la gravità non avesse avuto effetto sullo spazio e sul tempo, rimarrebbero bloccati nella stessa posizione.

Gli scienziati hanno chiaramente osservato un effetto di “trascinamento del fotogramma” dovuto alla gravità della Terra, il che significava che i giroscopi venivano spostati leggermente fuori posizione. Ciò suggerisce che il tessuto dello spazio può essere alterato e, se spazio e tempo sono collegati, allora il tempo può essere allungato e contratto dalla gravità.

Sebbene Newton ed Einstein abbiano elaborato teorie contrastanti per spiegare come funziona il tempo, entrambi gli studiosi concordano sul fatto che il tempo si muove solo in avanti. Finora non esiste alcuna prova fisica che qualcosa nell’universo possa schivare il tempo, andare indietro o saltare avanti. E gli scienziati non sono del tutto sicuri del perché il tempo si muove solo in avanti, ma hanno delle teorie.

Una teoria si basa sulla seconda legge della termodinamica . Questa legge afferma che tutto nell’universo tende a spostarsi da una bassa ad un’alta entropia, o dall’uniformità al disordine, iniziando dalla semplicità del Big Bang fino alla disposizione quasi casuale delle galassie e dei loro abitanti ai giorni nostri. Questa è conosciuta come la “freccia del tempo”, o talvolta “freccia del tempo”, probabilmente coniata dall’astronomo britannico Arthur Eddington nel 1928, ha detto il filosofo analitico Huw Price al Séminaire Poincaré nel 2006 .

Eddington suggerì che non era simmetrico: “Se mentre seguiamo la freccia troviamo sempre più elementi casuali nello stato del mondo, allora la freccia punta verso il futuro; se l’elemento casuale diminuisce, la freccia punta verso passato”, scrisse in ” La natura del mondo fisico ” nel 1928. Ad esempio, se osservassi una stella quasi uniformemente, ma poi la vedessi esplodere come una supernova e diventare una nebulosa sparsa, sapresti che era passato dall’uguaglianza al caos.

Un’altra teoria suggerisce che il passare del momento sia dovuto all’espansione del nostro universo . Man mano che l’universo si espande, lo trascina con sé perché spazio e tempo sono collegati come uno. Ma ciò implica che se l’universo raggiungesse un limite teorico di espansione e cominciasse a contrarsi, allora si invertirebbe: un piccolo paradosso. Potrebbe davvero tornare indietro, riportando tutto a un’era di semplicità e terminando con un “Big Crunch”? È improbabile che saremo qui per scoprirlo, ma possiamo formulare ipotesi su ciò che pensiamo potrebbe accadere.

Forse gli scienziati non hanno tutte le risposte, ma nell’ultimo secolo hanno fatto progressi impressionanti nella comprensione del suo funzionamento. Dalle antiche meridiane ai moderni orologi atomici, ora possiamo seguire lo scorrere di un secondo più da vicino che mai. Rimane un argomento complesso, ma grazie ai visionari scientifici ci stiamo avvicinando a svelare i segreti di questa costante universale non così costante.