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martedì 24 maggio 2016

CI VUOLE UN FISICO — il Blog di Michele Campisi

Michele Campisi

MICHELE CAMPISI - Laureato in fisica teorica a Pisa, ha ottenuto il titolo di Dottore di Ricerca negli Stati Uniti, ed ha lavorato per anni come ricercatore in Germania. Attualmente è Marie Curie Fellow presso la Scuola Normale Superiore di Pisa dove svolge attività di ricerca nel campo della fisica quantistica, grazie al Progetto ``NeQuFluX'' finanziato dalla Comunità Europea.

E se il tempo non esistesse?

di Michele Campisi - lunedì 12 ottobre 2015 ore 17:15

Un famoso aforisma di Sant'Agostino recita: “Quid est ergo tempus? si nemo ex me quaerat, scio; si quaerenti explicare velim, nescio.” Cosa è il tempo? Se nessuno me lo chiede, lo so; se voglio spiegare a chi lo chiede, non lo so.”

La fisica moderna non ci ha aiutato molto a spiegare cosa sia il tempo. Infatti si può a ragione sostenere che la fisica si sia sviluppata come si è sviluppata ed ha raggiunto i grandiosi risultati che ha raggiunto, proprio perché ha messo da parte il problema del tempo. Ma i nodi stanno venendo al pettine e per poter proseguire ancora sulla via della conoscenza, è probabilmente giunto il momento di affrontare la questione.
Tutta la Fisica Moderna si basa sull'idea di Galileo e Newton che esista un tempo assoluto che scorre ad un ritmo costante. Sembra un'idea del tutto semplice e naturale ma solo perchè siamo abituati a darla per scontata. A pensarci bene, l'idea di tempo assoluto presenta molte insidie. Dire che esiste un tempo assoluto è come dire che al di fuori dell'Universo (ammesso che abbia senso parlare di un “di fuori”) esista un "orologio divino" che scandisce appunto il tempo assoluto. Il tempo assoluto sarebbe quindi dato dalla posizione delle lancette dall'orologio divino. Anche ammettendola, però, la sua esistenza sarebbe del tutto irrilevante, perché se l'orologio divino è al di fuori del nostro universo, nessuno può essere in grado di vederlo e leggervi l'ora. Giusto? Ciò che di sicuro esiste, però, sono i nostri “orologi terreni”, come quelli che portiamo al polso o che ci indicano l'ora sullo schermo del computer. 

Questi, a differenza dell'orologio divino, sono parte del nostro Universo, sono molto utili e pratici ed alcuni di essi sono precisissimi. Ma cosa vuol dire precisissimo? A pensarci bene dovrebbe voler dire che si muove in sincrono con l'orologio divino (riecco spuntare l'idea di tempo assoluto!); in realtà chi può dire che un orologio è preciso se nessuno ha accesso all' orologio divino? Insomma quando diciamo che un orologio è preciso, in realtà stiamo facendo un'affermazione del tutto arbitraria. Eppure ci troviamo in un certo imbarazzo a sostenere che un moderno orologio atomico sia meno preciso del pendolo del nonno. 

Qui sta uno degli aspetti misteriosi del tempo. Va notato che non c'è niente di sostanziale che differenzi il pendolo del nonno dall'orologio atomico. Entrambi sono sistemi meccanici le cui configurazioni sono soggette al cambiamento. Misurare il tempo con l'uno o con l'altro significa assegnare a queste mutevoli configurazioni il ruolo di lancetta. Non era forse questo quello che faceva Galilei durante i suoi famosi esperimenti sul piano inclinato? Comparava la distanza percorsa della palla che vi rotolava con la quantità di acqua che nel frattempo era uscita da un contenitore con un piccolo foro sul fondo, ed era entrata in un recipiente. La lancetta del suo orologio era il livello dell'acqua nel recipiente (vedi la figura). Tutto qui. Riferiva il cambiamento osservato nella posizione della palla con il cambiamento osservato nel livello dell'acqua. Oggi i fisici sperimentali fanno la stessa cosa, solo con orologi molto più sofisticati!

Ma possiamo andare avanti nella conoscenza scientifica continuando ad ignorare i problemi fondamentali riguardanti la natura del tempo? Sembrerebbe di no: uno dei grandi problemi irrisolti della fisica moderna è come conciliare la relatività generale di Einstein, cioè la teoria della gravità, con la fisica quantistica. Sembra che risolvere il problema del tempo possa essere la chiave di volta per unificare le due teorie.

Nel 1983 Wheeler e DeWitt, nel tentativo di formulare una teoria unificata della gravità e dei quanti, raggiunsero un risultato apparentemente paradossale e sconcertante: l'universo è statico. Vale a dire non esistono cambiamenti di alcun tipo, non c'è niente che scorre, il tempo non esiste! Page e Wootters proposero una soluzione del paradosso che trovo affascinante: Se si potesse osservare l'Universo dall'esterno, non si noterebbe in esso nessun movimento, nessun cambiamento, come predetto da Wheeler e DeWitt. Il cambiamento si manifesta solo quando vediamo le cose “dal di dentro”. Può sembrare un'idea del tutto astratta, ma non lo è affatto. Un gruppo di fisici Italiani (tra cui Vittorio Giovannetti, mio collega alla Scuola Normale Superiore di Pisa), hanno svolto un esperimento che simula lo scenario descritto, e ne conferma la sensatezza (l'esperimento è descritto in un articolo scientifico consultabile a questo indirizzo: http://arxiv.org/abs/1310.4691). 

Senza entrare nel dettaglio tecnico: hanno generato una coppia di fotoni (che simulano l'universo) e li hanno osservati in due modi diversi: attraverso un apparato esterno e attraverso un apparato interno in cui un fotone fa da orologio per l'altro. L'apparato esterno non ha rilevato nessuna evoluzione temporale. L'apparato interno ha invece rilevato che uno dei due fotoni evolve nel “tempo” segnato dall’altro.

L'esperimento sembra dire: il Tempo è un'illusione che emerge dal fatto che chi osserva l'Universo è esso stesso parte dell'Universo. E' la stessa conclusione a cui sono giunti i mistici di ogni religione e periodo storico. Il Tutto è immobile. Il cambiamento è corruzione mondana. Chissà se Sant'Agostino sarebbe stato d'accordo.

Michele Campisi

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