Il tempo: come lo vede la fisica?
Scienza e Fisica Quantistica
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In che dimensione si sviluppa il tempo? Come lo percepiamo? In questo articolo leggiamo insieme tutto ciò che non sapevamo su uno dei fenomeni più studiati di sempre: il tempo
Antonella Ravizza - 12/12/2018
Il tempo è quella dimensione in cui misuriamo il trascorrere degli eventi e comprende il passato (un ricordo rappresentato da una memoria del vissuto), il presente (una lettura del reale percepito) e il futuro (una previsione). È un concetto molto complesso, per questo è da sempre oggetto di studi e di discussioni, non solo scientifiche, ma anche filosofiche. Secondo la fisica, il trascorrere del tempo inizia al momento della nascita dell'Universo e il suo corso è determinato da tutti i cambiamenti di spazio e di materia regolati da leggi fisiche. Tutto quello che si muove nello spazio viene studiato anche in relazione al tempo, per esempio la terra ruota attorno al proprio asse e sulla propria orbita, e queste rotazioni permettono la distinzione tra giorno e notte, e quella tra primavera, estate, autunno e inverno, quindi in questo caso è evidente che il movimento è legato al tempo.
Come percepiamo il tempo?
Ne percepiamo il suo trascorrere solo grazie al cambiamento della realtà che ci circonda. Il tempo è quindi inteso come durata, per questo si usa parlare in fisica di intervallo di tempo, perché ha un inizio e una fine. Due diversi eventi possono definirsi simultanei quando avvengono contemporaneamente, o uno può essere successivo all'altro nel caso contrario. In fisica per misurarlo si usa l'unità del Sistema Internazionale, cioè il secondo, con i suoi multipli (il minuto, l'ora, il giorno, la settimana, il mese, l'anno, il lustro, il decennio, il secolo e il millennio). Lo strumento di misura è l'orologio o il cronometro. Adesso esistono degli orologi atomici che sono precisissimi. Gli orologi si basano sul confronto tra un movimento nello spazio e un movimento campione (meccanico o elettronico). A volte il tempo si usa anche come misuratore di distanze, per esempio si sente spesso parlare di “anno-luce” per indicare la distanza percorsa dalla luce in un anno, dal momento che la velocità della luce è nota ed è costante. Isaac Newton lo definisce come “senso di Dio”, che scorre sempre immutabile.
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Ci vogliono ancora dei secoli prima che Einstein, nella sua teoria delle relatività, introduca il concetto di tempo non assoluto, che dipende dalla velocità (Einstein fa riferimento alla velocità delle luce c=300000 km/s) e che dipende dal riferimento spaziale preso in considerazione. Per questo, secondo Einstein, è preferibile parlare di spazio-tempo: l'aspetto cronologico e quello spaziale sono fortemente legati, inseparabili. Lo spazio-tempo viene modificato dai campi gravitazionali, che possono deflettere la luce e addirittura rallentare il tempo. Non solo, ma il tempo di un osservatore si ottiene da quello di un secondo osservatore moltiplicandolo per un fattore di conversione che dipende dalle velocità relative dei due osservatori stessi. Questo in pratica ci dice che se dalla Terra potessimo vedere un razzo mentre viaggia molto velocemente nello spazio, vedremmo l’equipaggio al suo interno muoversi al rallentatore.
Il paradosso dei gemelli
È noto a questo proposito il “paradosso dei gemelli”: un gemello parte per un viaggio nello spazio, su una navicella che si muove ad una velocità prossima alla velocità della luce, mentre il suo fratello gemello resta sulla Terra. Secondo le leggi della Relatività, al suo ritorno il gemello che era partito sarà più giovane del gemello rimasto a terra. Ma sempre secondo la Relatività tutti i sistemi di riferimento privi di accelerazione e di cambiamento di direzione e sottoposti allo stesso moto sono uguali. Quindi il paradosso è che secondo il gemello astronauta è la Terra a muoversi a una velocità prossima alla velocità della luce; allora ci chiediamo: per quale gemello è passato meno tempo? Chi dei due sarà più giovane dell'altro? Naturalmente c'è una soluzione al paradosso: dobbiamo considerare che il gemello sull'astronave ha fatto più cambiamenti di moto rispetto alla Terra (durante la partenza ha accelerato, ha invertito la marcia per tornare indietro, ha decelerato per potersi fermare). Sarà quindi il gemello sull'astronave a ritrovarsi più giovane al suo ritorno. Secondo la Fisica Moderna, il tempo è definito come la distanza tra gli eventi calcolata utilizzando delle coordinate spazio-temporali quadrimensionali. In fisica teorica si usa molto come unità di misura del tempo il tempo di Planck, cioè il tempo che impiega un fotone che viaggia alla velocità della luce a percorrere la lunghezza di Planck, che è data dalla seguente relazione: , dove ħ è la costante di Planck, G è la costante di gravitazione universale e c è la velocità della luce nel vuoto. Il tempo di Planck risuta uguale a circa 5,4 x 10 -44 secondi ed è la più piccola quantità di tempo misurabile. La Meccanica Quantistica rivoluziona l'idea di tempo che ci eravamo fatti. Anche il tempo non è continuo, ma quantizzato, anche se non possiamo dimostrarlo materialmente, perché il tempo di Planck, cioè l'intervallo minimo possibile, è così breve da essere al di là delle attuali possibilità sperimentali. Recentemente, peró, tra i fisici emergenti dei nostri tempi, nasce l'idea che la fisica moderna si capisce meglio dimenticando il tempo: è più facile capire come funziona il mondo a livello fondamentale senza parlare di tempo, la teoria descrive come si muovono le cose una rispetto all'altra. Con la Meccanica Quantistica abbiamo capito che tutte le quantità fisiche sono imprecise e fluttuanti; anche il tempo non è più lineare, ma è come se fosse diviso in più parti dotate di spessore. Lo spazio e il tempo si frantumano in una specie di schiuma microscopica. Il noto fisico Carlo Rovelli parla di gravità quantistica a loop (LQG, loop quantum gravity). Questo non vuol dire che il tempo non ci sia nella vita quotidiana, naturalmente, ma che il concetto di tempo non è utile quando si studiano le strutture generali della materia.
“Tempo, non c’è tempo, sempre più in affanno, inseguo il nostro tempo vuoto di senso. Senso di vuoto”…forse Franco Battiato nel 2007 aveva già previsto tutto?
