Lectio Magistralis di Carlo Rovelli

Cos’è davvero il tempo?

Lo studio della fisica ci porta a sospettare che il tempo non esista realmente. Potrebbe essere una nozione approssimativa, nata dal fatto che conosciamo soltanto una parte estremamente minuta della realtà. Questo significa che il passare del tempo è una nostra esperienza particolare, e non un aspetto universale. 

Per esempio?

Pensiamo sempre che ci sia un alto e un basso nel mondo, ma sappiamo che quando gli astronauti escono dalla gravità terrestre per loro non esistono più alto e basso: tutte le direzioni sono uguali. Ecco, spesso in fisica succede questo: nozioni che sembrano ovvie sono solo frammenti della nostra determinata posizione sulla terra. 

Possiamo pensare il mondo senza far riferimento al tempo? 

Non è facile, perché abbiamo le nostre abitudini. Contro l’assunto che tutti gli eventi del Pianeta danzano con un unico direttore d’orchestra, che batte lo stesso tempo per tutti, io penso il mondo senza tempo, dove ognuno balla con il suo vicino, seguendo un ritmo diverso. 

Ma lo scorrere delle ore lascia segni del suo passaggio? Esiste una sua storia geografica? 

La nozione del tempo non è sbagliata, ma non è applicabile in generale. Nella nostra esperienza quotidiana, l’alto è in alto, la Terra è ferma e il tempo passa. E lascia segni. Purtroppo alcuni di questi li vediamo in modo evidente. Le tracce del tempo ne costituiscono la storia, scritta nelle cose e nella nostra memoria. In questo senso si, il tempo ha una sua geografia. 

Ogni cambiamento è difficile e richiede idee inusitate. Fin dove si può spingere la ricerca? 

Scardinare le abitudini è il bello della scienza. Altrimenti vivremmo ancora nelle caverne o saremmo qui a fare sacrifici ad Apollo. Invece continuiamo a imparare e scoprire cose nuove: ogni volta che abbattiamo un pregiudizio o diventiamo un po’ meno ignoranti, ci liberiamo anche di qualche pericolo.

Festival delle Scienze 2012

Il Festival delle Scienze di Roma affronterà, nella settima edizione in programma fino al 22 gennaio, tutte le questioni legate al tempo riunendo le grandi menti della ricerca italiana ed internazionale. 

Carlo Rovelli terrà una Lectio Magistralis domenica 22 alle ore 17:00 dal titolo “Il tempo non esiste”. 

“La scienza ci insegna è che il mondo spesso non è come ci appare a prima vista. Il cielo non è solo sopra la nostra testa, ma anche sotto di noi. La Terra non sta ferma, ma gira. Due gemelli possono re-incontrarsi, e scoprire di avere età diverse l’uno dall’altro. Oggi la fisica teorica ci insegna che il tempo ha una struttura diversa da quella che ci è familiare nella nostra limitata esperienza quotidiana. Anzi, addirittura che al livello più fondamentale del mondo, il tempo non esiste proprio. L’idea del tempo che passa è forse solo un’approssimazione grossolana che nasce dalla nostra personale esperienza di conoscenza molto limitata della realtà. Ma cosa vuol dire pensare al mondo senza il tempo? Che cos’è questa strana cosa, il tempo, che nasce dalla nostra ignoranza? In una breve lezione, e con parole semplici, cercherò di raccontare quello che oggi un fisico teorico capisce del tempo, e, ancora di più, quello che non capisce, e le domande che si pone.” 

Domenica 22/01/2012 

Teatro Studio, ore 17

Che cos’è il tempo?

Rimettere in discussione le “certezze” che ci portiamo dietro da secoli. Ecco qual è il ruolo della scienza. Studiamo e impariamo. Apprendiamo che alcune idee che radicate nella nostra mente non sono poi così certe e sono dovute alla “non conoscenza”.

Il tempo lo abbiamo sempre intrapreso come “unico” per tutti. Il tempo scorre su una linea retta e invece il tempo non passa alla stessa velocità. Carlo Rovelli ipotizza che due compagni di banco sono coetanei fino a quando si frequentano. Quando i due si incontrano dopo aver terminato la scuola i due non hanno più la stessa età. Uno dei due sarà sicuramente invecchiato più dell’altro.

Il tempo scorre più velocemente in montagna che al mare, lo possiamo misurare con orologi di precisione, ma la differenza è talmente sottile che non può influire sul nostro corpo e sulla nostra vita. Questo però permette di avere un’altra concezione del tempo che non scorre uguale per tutti.

Siamo sempre alla ricerca di nuove certezze, di nuove cose da scoprire e di rinnovare le nostre idee. Rovelli nel suo articolo apparso sul Sole24 ore, si addentra in tunnel (per fortuna non quello cern-gran sasso) che lo porta a teorizzare che "il tempo non esiste”. 

Il concetto di tempo è radicato nel nostro cervello grazie al muoversi delle lancette degli orologi. Nel 1967 Bryce DeWitt combinò relatività generale e teoria quantistica riuscì a derivare un’equazione che descriveva le proprietà quantistiche dello spazio ma senza indicare la variabile t. 

Per adesso è impossibile concepire uno spazio senza tempo, ma semplicemente perché ancora non ne siamo venuti a conoscenza.

Link all'articolo "Il mondo senza tempo"

Per approfondire:

Che cos'è il tempo? Che cos'è lo spazio? Carlo Rovelli - Di Renzo Editore Collana I Dialoghi	Sopra un raggio di luce Bryce Dewitt - Di Renzo Editore Remainders

La rivoluzione di Anassimandro

Carlo Rovelli, fisico teorico docente all'università di Marsiglia e di Pechino, tra gli iniziatori della gravità quantistica a loop, partendo dalla dirompente combinazione di curiosità e lucidità dell'intelligenza di Anassimandro, disegna un'articolata riflessione sulla natura del pensiero scientifico che altro non è che una continua «ribellione colta» al sapere del presente.

Che cos’è il tempo? Che cos’è lo spazio?

di PierLuigi Albini

Carlo Rovelli è un nome noto nell’ambito dei fisici, ma anche degli appassionati di scienze, per essere il più illustre rappresentante nonché l’autore, insieme a Lee Smolin, dell’unica alternativa credibile alla nota teoria delle stringhe. Si tratta dell’ipotesi della gravità quantistica nella sua versione cosiddetta a loop, che da anni cerca di riconciliare la relatività generale con la meccanica quantistica. Dall’incompatibilità di quelle due diverse visioni del mondo, osserva Rovelli, discende che “non sappiamo più bene cosa siano lo spazio, il tempo e la materia”.

È proprio dalla scoperta, negli anni dell’Università, dell’esistenza di queste contraddizioni nelle concezioni della realtà che nasce la sua decisione di occuparsi del problema. In questo agile testo, l’autore ricostruisce il suo percorso di ricerca e presenta nello stesso tempo al lettore, in modo chiaro, gli elementi di conoscenza dello stato della fisica fondamentale e del perché la frammentaria spiegazione di cosa è in ultima analisi il mondo non regge più. La gravità a loop dà una spiegazione granulare dell’Universo, in cui lo spazio è formato da anelli chiusi le cui relazioni costituiscono ciò che appunto noi chiamiamo spazio. Per quanto riguarda il tempo, fondamentalmente ne nega l’esistenza, quando dal livello macroscopico si passa al molto piccolo: il mondo, nell’ultrapiccolo non “cambia con il tempo, ma in qualche altro modo”.

La teoria della gravità quantistica a loop, piuttosto precisa dal punto di vista matematico e in grado di fornire predizioni, non è stata ancora verificata sperimentalmente (come del resto quella rivale delle stringhe); la sua validazione offrirebbe spiegazioni a campi diversi della fisica e aprirebbe alla mente umana una nuova concezione dell’Universo. Peraltro, il concetto di struttura a loop si sta facendo strada anche in altri campi, come quelli dell’analisi della complessità e dell’autorganizzazione iniziale della vita.

Come accade troppo spesso in Italia, il giovane Rovelli, dopo aver ottenuto una borsa di studio annuale dall’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN), non ebbe più alcuna possibilità di impiego né all’Università né altrove. Per fortuna, una telefonata transoceanica lo chiamò all’Università di Pittsburgh, dove lavorava un qualificato gruppo di ricerca impegnato sulla relatività generale. Ma a Pittsbugh, Rovelli scoprì anche la possibilità di discutere in modo interdisciplinare, nell’importante Centro di studi di filosofia della scienza, i problemi dello spazio e del tempo. In seguito, fu chiamato all’Universitè du Méditérranée di Marsiglia, dove tuttora lavora.

La sua storia professionale è uno dei tanti esempi di “fuga dei cervelli”, che non consiste solo nella perdita di punte di eccellenza, come nel caso di Rovelli e altri, ma nell’emigrazione di migliaia di giovani promesse scientifiche normali, che rappresentano la base di qualsiasi possibilità di sviluppo scientifico. Non sono solo le punte di eccellenza, infatti, a fornire una radiografia dello stato di salute scientifica di un paese. Come osserva l’autore, l’Italia rischia di scivolare nella marginalità, per il continuo impoverimento culturale scientifico. Povero Paese, prima massacrato dall’idealismo crociano e dal vetero-umanesimo e poi da un modello di sviluppo e da una prevalente mentalità dei gruppi dirigenti dalla vista corta e dalla mentalità ottusa. Infine, un plauso all’editore Di Renzo, che è da ammirare per la tenacia e l’amore con cui pubblica da anni testi di divulgazione scientifica di alto livello e di ottima leggibilità.

Relatività e tempo immaginario

La fisica classica di Galilei-Newton viene costruita introducendo una spazio fisico euclideo (cioè infinito ed illimitato) ed un tempo infinito, che scorre indipendentemente. Poiché si suppone che la velocità della luce sia infinita, allora noi vediamo il presente, e tutti gli osservatori contemporanei avranno lo stesso passato (che non è più) e lo stesso futuro (che non è ancora). Otteniamo così il modello di Universo di Newton, cioè uno spazio-tempo a fogli tridimensionali, che ci danno lo spazio nei successivi istanti. In questo Universo le leggi fisiche sono le stesse in tutti i punti dello spazio, in ogni epoca e nei riferimenti inerziali (cioè dotate di moto rettilineo eduniforme rispetto alle stelle fisse. Vale allora il principio di relatività di Galilei, che si può enunciare in questo modo:

In tutti i sistemi inerziali : (a) le leggi della meccanica sono le stesse ; (b) la velocità della luce è costante (perché è infinita).

Poiché la velocità della luce, pur essendo grandissima (300.000 km/s) è finita, occorre perfezionare la fisica classica e passare alla relatività speciale di Einstein. Infatti noi vediamo le stelle, le galassie e le quasar come erano migliaia, milioni o miliardi di anni fa. Questo porta ad uno stretto legame tra lo spazio ed il tempo e ad un mescolamento tra passato, presente e futuro, che non sono più gli stessi per gli osservatori contemporanei.

Otteniamo così il modello di Universo di Minkowski, a quattro dimensioni, che perfeziona quello di Newton e che deve essere studiato con i metodi della geometria iperspaziale. Nella relatività speciale vale il principio di relatività di Einstein.

Tratto da "Zero, Infinito, Immaginario - Giuseppe Arcidiacono - Di Renzo Editore"

La macchina del tempo

Chi di noi, in gioventù, non si è immerso nella lettura del famoso libro di Herbert G. Wells “La macchina del tempo”? Il protagonista di questo romanzo aveva un dispositivo con il quale viaggiare nel tempo e visitare epoche future del pianeta. Wells impartì a questo dispositivo anche la capacità di effettuare un ritorno nel passato. Un gran numero di libri sono stati scritti fantasticando sulla possibilità di visitare senza limiti il passato e il futuro. Con ogni probabilità, gli autori di quei racconti non dubitarono mai che le loro invenzioni appartenessero alla pura immaginazione e li considerarono null’altro che trucchi letterari.

L’intera esperienza del genere umano e la conoscenza scientifica hanno tratto l’inevitabile conclusione che il viaggio nel tempo sia impossibile. È lo spazio l’ambito in cui il movimento è permesso: viaggiare sulla Terra è possibile nelle differenti direzioni, come pure tornare al punto di partenza. Al contrario siamo apparentemente incapaci di scegliere la direzione del movimento nel tempo e siamo limitati a fluttuare passivamente in questo flusso. Si era sempre creduto che questa fosse la principale differenza tra tempo e spazio.
La scoperta di Einstein del 1905 sulle sorprendenti proprietà del tempo dimostrò erroneo sia il ritenerci prigionieri del flusso del tempo, sia la convinzione che sia per noi impossibile dirigerlo. Da allora in poi le vecchie concezioni sono state considerate frutto di ignoranza, come conseguenza delle limitate possibilità che l’umanità aveva avuto nel passato.

Ma questo significa che possiamo liberamente vagare nel tempo?

Approfondiamo:

• Igor D. Novikov - Il ritmo del tempo
• Carlo Rovelli - Che cos'è il tempo? Che cos'è lo spazio? 
• Olivier Costa De Beauregard - Irreversibilità, entropia, informazione

Spazio-Tempo di Ignazio Licata

L’indagine newtoniana comincia con lo studio del moto dei corpi. Storicamente era stata preceduta dai grandi risultati galileiani di cinematica, con lo studio della forma geometrica dei vari tipi di moto, ma spetta a Newton il merito di aver intuito che la costruzione di una dinamica, cioè di una teoria che collegasse il moto delle particelle con l’azione delle forze, implicava necessariamente una definizione dello sfondo rispetto al quale studiare i fenomeni meccanici, ossia una concezione dello spazio e del tempo. Questo avrebbe poi permesso di formulare tre domande cruciali: dove mi muovo? (problema del sistema di riferimento), come mi muovo? (problema cinematico della geometria del moto), perché un oggetto si muove? (Problema dinamico della relazione tra moto della particella ed ambiente circostante o delle cause del moto).

Newton distingue tra uno spazio assoluto, per sua natura senza rapporto con alcunché di esterno ... uguale ed immobile ed uno spazio relativo, dimensione mobile o misura degli spazi assoluti, che i nostri sensi determinano in base alla sua posizione rispetto ai corpi. Analogamente introduce un tempo assoluto, vero, matematico, in sé e per sua natura fluisce uniformemente senza rapporto con alcun ché di esterno e viene chiamato anche durata ed un tempo relativo, apparente, comune, misura sensibile ed esterna, precisa o ineguale della durata per mezzo di movimento.

Quindi per Newton l’estensione spaziotemporale ha una sua realtà oggettiva, spazio e tempo assoluti sono enti dotati di una realtà fisica fondamentale e la loro esistenza è indipendente da quella della materia ordinaria. Spazio e tempo relativi sono invece mere convenzioni linguistiche per esprimere il mutare delle cose ed il moto degli oggetti. Relazioni tra cose materiali, come diceva il contemporaneo Leibniz.

Una posizione relazionale a proposito del tempo è anche quella di Sant'Agostino, espressa nel celebre passo delle Confessioni:

“Che cos’è dunque il tempo? Se nessuno me lo domanda, lo so. Se devo spiegarlo a qualcuno non lo so. Nondimeno so che, se nulla passasse, non vi sarebbe un tempo passato e, se nulla cambiasse, non vi sarebbe un tempo presente”.

Secondo la concezione relazionale dello spazio e del tempo, questi altro non sono che un teatro di coordinate, parametri matematici per descrivere il divenire della materia. Questa è ancora oggi la posizione dominante tra i fisici e viene espressa solitamente nel linguaggio della epistemologia operativa di P. W. Bridgmann (1927), secondo la quale una grandezza fisica è definita dall’insieme di operazioni atte a misurarla. Dunque, spazio è una nozione connessa alla convenzione scelta per misurare le lunghezze fisiche concrete degli oggetti, e tempo altro non è che la sequenza ordinata scandita da quel particolare sistema fisico periodico scelto convenzionalmente come orologio. Pur non senza ripensamenti, Einstein scriveva nel 1952:

“…lo spazio-tempo non è di necessità qualcosa a cui si possa attribuire un esistenza separata, indipendente dagli oggetti della realtà fisica”.

Secondo la moderna e più diffusa visione, dunque, introducendo uno spazio ed un tempo assoluti, Newton sarebbe entrato in contraddizione con le sue stesse Regole per ragionare in filosofia, esposte nel III Libro dei Principia, laddove dice che :

“non dobbiamo ammettere altre cause delle cose naturali se non quelle tali che sono tanto vere quanto sufficienti per spiegarne le apparenze”.   

E cosa sembra esserci di più superfluo di uno spazio assoluto, uniforme ed indifferenziato, per rispondere alla prima delle domande chiave: dove mi muovo? E' chiaro che per descrivere il moto di un corpo è necessario riferirsi ad un altro corpo di riferimento. Dunque lo spazio relativo basta e sopravanza. Questa, in sintesi, fu poi la critica che Mach mosse a Newton duecento anni dopo, scrivendo La meccanica nel suo sviluppo storico-critico (1883), inaugurando il nostro attuale modo di leggere Newton. In realtà il solitario pensatore del Trinity College aveva dei buoni motivi di ordine fisico per mettere spazio e tempo assoluti alla base del suo sistema di filosofia naturale e li troviamo proprio nelle Regole sopracitate:
            
 “…dobbiamo, per quanto è possibile, assegnare agli stessi effetti naturali le stesse cause” e “La qualità dei corpi ... che troviamo appartenere a tutti i corpi entro il raggio d’azione dei nostri esperimenti, debbono venir considerate qualità universali di qualunque corpo”; inoltre ... dobbiamo considerare le proposizioni raccolte per induzione generale dai fenomeni come precisamente vere o molto vicine ad esserlo”.

In linguaggio moderno vediamo come in questi passi Newton pone e risolve con chiarezza due problemi fondazionali di delicata ed estrema importanza per la fisica: quello dell’isotropia ed omogeneità dello spazio e del tempo rispetto alle leggi fisiche ed alle proprietà dei corpi e quello, collegato, dell’induzione.

Utilizzando un tessuto assoluto ed uniforme come teatro degli eventi fisici, Newton assicura una solida argomentazione in favore dell’idea che una legge o una proprietà fisica, proprio perché lo spazio è uguale in ogni direzione (isotropia) ed in ogni punto (omogeneità), ha valore universale. Lo stesso dicasi per l’omogeneità degli istanti del tempo. Questo, in definitiva, giustifica l’uso dell’induzione nella ricerca fisica.
Possiamo concepire il concetto stesso di legge fisica proprio perché traiamo dall’esperienza questo postulato di invarianza delle leggi fisiche rispetto all’uniformità del tessuto spaziotemporale. Naturalmente, aggiunge prudentemente Newton, entro il raggio d’azione dei nostri esperimenti.

Prevenendo la critica di Hume (1739) su cosa in definitiva ci assicuri che, in date condizioni, a certe cause sarebbero seguiti sempre gli stessi effetti, Newton risponde con un postulato sulle simmetrie fondamentali dello spazio e del tempo.

Certamente un passo audace, preparato però dalle idee di Copernico, Bruno, Keplero e Galilei, che avevano progressivamente minato la vecchia concezione di una distinzione tra fisica terrestre e fisica celeste, fondata su una sostanziale diversità tra leggi e proprietà delle sfere celesti e del mondo sublunare Una legge fisica non è tanto più vera ed universale quante più volte la verifico (concezione ingenua dell’induzione, detta dai logici da molti a tutti), ma la postuliamo universalmente vera in virtù della assoluta uniformità dello spazio e del tempo.

La regola d’induzione usata dai fisici è del tipo da uno a tutti ed è concettualmente sostenuta dall’assioma di invarianza così chiaramente espresso da Newton. Come egli dice, dobbiamo dunque considerare precisamente vere o molto vicine ad esserlo le asserzioni raccolte per induzione generale. In altre parole possiamo ragionevolmente confidare che la misura delle proprietà di una particella daranno lo stesso risultato al CERN come a Novosibirsk, sia che la particella venga prodotta in laboratorio sia che venga rivelata in uno sciame di raggi cosmici. Dunque, stessi oggetti, nelle stesse condizioni, produrranno gli stessi comportamenti. Vedremo poi la delicata problematicità delle condizioni quando parleremo del determinismo.

Tratto da "Osservando la sfinge" di Ignazio Licata - Di Renzo Editore

Lo spazio e il tempo di Giorgio Parisi

La relatività ristretta segna, nel 1905, un primo abbandono della concezione di tempo assoluto, ugualmente definito per ciascun osservatore. Infatti, nella relatività ristretta, il tempo e lo spazio sono sullo stesso piano e il fluire del primo è diverso, per due osservatori differenti (rallentamento del tempo con l'aumentare della velocità, paradosso dei gemelli, ecc.). Le predizioni della relatività ristretta sono facilmente verificabili sul piano sperimentale, anche se ci sono alcune zone oscure nella teoria.

La relatività generale del 1915 (che ebbe una spettacolare verifica sperimentale nel 1921, con la misura della deviazione della luce delle stelle durante un'eclisse di sole) causa un rimescolamento molto più profondo nelle nostre concezioni dello spazio-tempo e le conseguenze ultime di questa teoria non sono state ancora raggiunte.

La novità, nella teoria della relatività generale, consiste nel supporre che lo spazio-tempo non sia piatto e che la sua curvatura sia all'origine delle forze gravitazionali. A prima vista questo non sembra un grande cambiamento concettuale; i guai cominciano a palesarsi quando si considerano gli effetti di campi gravitazionali intensi. Infatti, la concentrazione di grandi quantità di materia in regioni ristrette dello spazio (dello stesso ordine di quelle che possono essere generate dal collasso di una stella) crea fenomeni completamente nuovi e apparentemente paradossali: i buchi neri.

La soluzione esatta delle equazioni gravitazionali (sotto ipotesi semplificatrici) porta alla conseguenza che una persona, che cade dentro un buco nero, raggiunge in un tempo soggettivamente finito l'istante che per un ipotetico osservatore esterno corrisponde, invece, a un tempo infinito. Si rimane quindi intrappolati dentro il buco nero e non si può tornare nell'universo attuale, in quanto il tempo (infinito) dell'universo usuale è già terminato.

Più in generale, l'aver concepito lo spazio-tempo come curvo, porta necessariamente alla possibilità che lo spazio abbia una struttura topologica complicata. Non si tratta semplicemente dell'eventualità che lo spazio sia finito, ma di qualcosa di ben più strano: come nei libri di fantascienza, è possibile che regioni apparentemente lontane dello spazio siano in realtà connesse tra loro, mediante una strada più corta (ovviamente questo può accadere solo in presenza di campi gravitazionali molto intensi); lo stesso potrebbe accadere per collegare regioni apparentemente lontane nel tempo: si cade dentro un buco nero e dopo un attimo di tempo soggettivo, si esce da un buco bianco (l'inverso del buco nero), che sono trascorsi alcuni miliardi di anni del tempo usuale.

Il lato più strano consiste nel fatto che la teoria della gravità quantistica sembrerebbe predire (almeno secondo una scuola di pensiero) che lo spazio-tempo sia pieno di queste strutture su scala microscopica (dette wormholes, ovvero buchi a forma di verme), che congiungono punti a distanza macroscopica. Altri sostengono che la struttura dello spazio nella gravità quantistica è ancora più complicata e su piccola scala lo spazio (come la superficie dell'acqua quando forma una schiuma) è lontano dall’essere approssimativamente piatto.

In tutte queste teorie non è affatto chiaro come mai, pur essendo lo spazio-tempo così curvo e complicato, su piccole scale, viene comunque da noi percepito come piatto. Al momento, la gravitazione quantistica resta un aspetto parzialmente incompreso; molti dubitano che essa sia una teoria coerente e propongono delle modifiche, sulle piccole distanze, alla teoria della gravitazione classica o alla meccanica quantistica.

Le sorprese non finiscono qui: teorie attualmente molto di moda ipotizzano che lo spazio abbia nove (o forse venticinque) dimensioni e che l'universo si estenda su una distanza piccolissima (10-33 cm) nelle sei dimensioni aggiuntive, mentre è estremamente vasto nelle dimensioni usuali. Teorie di questo genere sembrerebbero essere l'unica possibilità per tracciare le equazioni complete della gravitazione quantistica.

Ma si sta facendo strada un cambiamento di prospettiva ancora più radicale: gli oggetti di base descritti dalla teoria sono enti che esistono al di fuori dello spazio e del tempo; l'intrecciarsi di questi oggetti provoca l'emergere dello spazio e del tempo come proprietà collettive; le dimensioni dello spazio-tempo sono invece quantità derivate, che devono essere calcolate nella teoria. Metaforicamente, potremmo pensare che gli oggetti di base sono anellini: a seconda di come li connettiamo, possiamo avere oggetti con dimensioni diverse; per esempio una catena, una superficie o un solido compatto.

Gli sforzi di un gran numero di fisici sono concentrati nel cercare di capire se queste nuove proposte siano completamente coerenti e quali siano le corrispondenti previsioni sperimentali. Solo il futuro ci potrà dire fino a qual punto dovremo modificare i nostri concetti di spazio e di tempo.

Giorgio Parisi  - La chiave, la luce e l'ubriaco - Di Renzo Editore

Dimenticate il tempo

Partiamo dal titolo: Dimenticate il tempo. È quello del saggio di Carlo Rovelli (Che cos'è il tempo? Che cos'è lo spazio? - Di Renzo Editore) che ha vinto il primo premio al concorso sul tema promosso dal Foundational Questions Institute, in sigla FQXi, battendo un centinaio di colleghi di tutto il mondo.

L'FQXi è un'organizzazione con sede a New York diretta da Max Tegmark, cosmologo del Mit: tra i suoi iscritti alcuni dei più autorevoli scienziati internazionali, con lo scopo di stimolare il dibattito sulle questioni fondamentali della fisica e della cosmologia. E nulla è fondamentale, in fisica, quanto la natura dello spazio e del tempo. Cinquantaquattro anni, veronese, Rovelli è un fisico teorico di fama mondiale. Dopo una brillante carriera che lo ha portato dall'Italia agli Stati Uniti e poi alla Francia, oggi è responsabile di un attivo gruppo di ricerca all'Università del Mediterraneo di Marsiglia. Con lo statunitense Lee Smolin, ha elaborato la "gravità quantistica a loop", principale antagonista della teoria delle stringhe, che tenta di riconciliare le visioni contrapposte della relatività generale e della meccanica quantistica. E proprio da questo impegno nasce l'originale visione - condivisa da altri eminenti fisici teorici - secondo cui il tempo non esiste. «Già - dice - Ma è un'affermazione che deve essere precisata. Perché il tempo della nostra esperienza quotidiana esiste. È il tempo come variabile fondamentale che non esiste. Deriva dall'interazione delle altre variabili fisiche. Prendiamo i colori, per esempio. Sono parte integrante della nostra esistenza, abbiamo dato loro nomi, ne abbiamo una percezione condivisa. Ma è solo la nostra percezione dei colori, a esistere. Perché la scienza ci insegna che sono il risultato dell'interazione della luce con i recettori della retina, che inviano informazioni al cervello. Ciò che chiamiamo colori sono radiazioni elettromagnetiche di una certa lunghezza d'onda, ma nonne abbiamo bisogno per descrivere la fisica della luce».

E lo stesso vale per il tempo. «Tutti ne abbiamo una percezione, ma se vogliamo elaborare una descrizione della natura indipendente dalla nostra percezione io penso che dobbiamo ammettere che il tempo non esiste». L'idea è rivoluzionaria ma non è nuova. E il concetto di tempo è radicato in tutte le culture, eppure rimane inafferrabile, tanto che già sant'Agostino ne sottolineava l'ambiguità: «Se non mi chiedono che cosa sia il tempo lo so, ma se me lo chiedono non lo so». «In fisica-continua Rovelli - il dibattito nasce con Newton, prosegue con Einstein e muta ancora con la meccanica quantistica. Newton assume che c'è un tempo che scorre indipendentemente da tutto, inventandosi una variabile che rappresenta il parametro con cui tutto cambia. Da allora, tutta la fisica è descritta con equazioni che dipendono dal tempo. Ma il tempo si misura con gli orologi, e questi misurano il tempo con il moto di un pendolo».

La scoperta che il pendolo misura bene il tempo è di Galileo. «A questo proposito mi piace ricordare l'aneddoto secondo cui Galileo si accorge che le oscillazioni di un pendolo sono uguali nella Cattedrale di Pisa, osservando il movimento di un candelabro. Galileo misura la durata delle oscillazioni contando i battiti del suo polso, e si accorge che hanno tutte la stessa durata. Da allora, il moto regolare di un pendolo è sfruttato per misurare il tempo. Poi abbiamo cominciato a usare gli orologi per misurare i battiti del polso...».

I ruoli, insomma, si sono ribaltati, confondendo il senso di ciò che intendiamo quando parliamo di "misurare il tempo". «Quando misuriamo il tempo, in realtà, confrontiamo il ritmo del pendolo con quello del polso. Non c'è bisogno del tempo. Newton ne era consapevole, e lo scrive nei Principia. Dice che misuriamo sempre variabili fisiche, e vediamo come evolvono una rispetto all'altra. Però introduce il tempo, e scrive tutte le equazioni in funzione di esso, che gli serve per descrivere le relazioni tra le altre grandezze. Nella realtà, il tempo si elide». Dopo che la relatività ha abbattuto l'idea newtoniana di tempo assoluto, e con l'avvento della meccanica quantistica, il dibattito si ripropone ai giorni nostri. «Negli anni Sessanta, combinando relatività generale e meccanica quantistica, John Archibald Wheeler e Bryce DeWitt hanno ottenuto un'equazione in cui il tempo scompare. Di fronte a questa equazione si possono avere due atteggiamenti. Uno è spaventarsi. L'altro è tornare a Galileo, al pendolo, ai battiti del cuore. Forse l'equazione ci sta dicendo che, quando unifichiamo relatività e meccanica quantistica, il gioco di postulare un tempo indipendente dalle variabili individuali non vale più. Restano le variabili fisiche, ed equazioni che ci dicono in che relazione stanno tra loro. La gravità quantistica descrive ciò che accade su scala molto piccola. Dire che il tempo non esiste è dire che su questa scala non possiamo più affidarci agli orologi».

Il tempo della nostra esperienza, in questo contesto, è qualcosa che emerge dai fenomeni, come i colori emergono dalla nostra percezione della luce.«Per capire che cos'è questo qualcosa, ho elaborato un'idea insieme ad Alain Connes, uno dei più grandi matematici viventi. La nozione di tempo nasce dal fatto che a scala macroscopica abbiamo una descrizione approssimativa del mon do: il tempo è effetto della nostra ignoranza. Infatti, mentre possiamo scrivere le equazioni della meccanica senza il tempo, non possiamo farlo con quelle della termodinamica. L'idea stessa di reversibilità e irreversibilità richiede una freccia del tempo. Ma ciò accade perché scegliamo poche variabili pressione, volume, temperatura - per descrivere il sistema. E queste sono grandezze mediate, dalla cui evoluzione emerge in modo naturale il tempo».

Certo, non sarà facile verificarlo a livello sperimentale. «Non si tratta di verificare questa specifica idea sul tempo, ma se il nostro approccio alla gravità quantistica è corretto o no. Fino a pochi anni fa sembrava impossibile fare misure nei regimi estremi della gravità quantistica, ma ora non più. La teoria permette di fare i conti rispetto a quanto è accaduto poco dopo il big bang, ricostruendo gli scenari alle origini del cosmo, il che può condurre a previsioni sulle proprietà della radiazione cosmica di fondo o delle onde gravitazionali. Oggi sono anche possibili misure che ci danno informazioni sulla struttura dello spazio su piccolissima scala. La speranza è che fra non molto si possano confrontare le previsioni teoriche con le misure sperimentali. E se le previsioni si dimostreranno corrette forse potremo archiviare la nostra vecchia concezione del tempo. Ancora una volta, la fisica ci avrà insegnato che la realtà è diversa dalle idee ingenue che ne abbiamo, e ci avrà offerto una nuova immagine del mondo».

Fonte: La Repubblica

Bryce DeWitt - Sopra un raggio di luce - Di Renzo Editore
Carlo Rovelli - Che cos'è il tempo? Che cos'è lo spazio? - Di Renzo Editore

Spazio - Tempo

Una nuova immagine del mondo viene messa in atto dalla fisica di base: quella di un mondo senza spazio e tempo. Lo spazio e il tempo come noi li conosciamo spariranno dall’immagine scientifica del mondo nello stesso modo in cui il concetto di centro dell'universo è scomparsa.

Carlo Rovelli, fisico teorico, dipinge un quadro chiaro della fisica fondamentale per dare luce alle carenze e rispondere alle domande ancora senza risposta. Seguiamo passo dopo passo, dai sogni della sua ribellione giovanile all’ ipotesi vertiginosa della fisica.

Carlo Rovelli non è solo un magico divulgatore, ci mostra le questioni filosofiche legate a questi temi, e ci espone il significato e il valore della conoscenza scientifica.

Questo testo è semplice e profondo, ci dice che lo spazio è costituito da reti organizzate. Anassimandro fu uno dei più grandi pensatori di ogni tempo, è giunto il momento di ripensare il concetto di tempo, e che tutti questi temi hanno un ruolo nel cammino della nostra civiltà.

Che cos'è il tempo? Che cos'è lo spazio? - Carlo Rovelli - Di Renzo Editore