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Il concetto di tempo

di Amir D. Aczel

Nessuna idea nella storia ha avuto lo stesso impatto, peso, importanza, urgenza, attrattiva, fascino – e il disperato universale bisogno che le persone hanno di cercare di capire che cosa realmente è –, come il concetto di tempo. È attraverso il tempo che noi, come tutti i sistemi biologici, nasciamo, maturiamo, diventiamo vecchi e, alla fine, moriamo.

Ma il tempo non è solo l’elemento chiave della nostra vita biologica, del lavoro, degli affetti, degli svaghi e di ogni altra cosa compresa fra queste, esso è anche l’elemento principale nella letteratura e nella musica; e fa la sua apparizione persino nell’arte, come è mostrato dal quadro cubista di Marcel Duchamp dove i suoi due fratelli giocano a scacchi in differenti punti nel tempo, tutti ripresi nella stessa tela.

Nel realizzare questo singolare dipinto, nel 1911, Duchamp fu influenzato dalle idee di Albert Einstein, il cui primo concetto rivoluzionario, la teoria della relatività ristretta, era stato dato alle stampe sei anni prima, nel 1905. Prima di Einstein, nessun uomo aveva mai sospettato che qualcosa di così fondamentale per le nostre vite come il tempo potesse essere tutto fuorché costante; agli inizi del ventesimo secolo, Michelson e Morley cercarono di rivelare il ‘vento d’etere’ (ether drift), ossia il cambiamento che essi si aspettavano di osservare nella velocità della luce misurata prima nella direzione della rotazione terrestre e poi in quella opposta. Essi installarono la loro apparecchiatura su due montagne della California ed usarono una tecnologia di misurazione molto avanzata. Ma non trovarono nulla! Einstein avrebbe potuto spiegargli il motivo: lui già sapeva che il tempo non era costante ma malleabile, e che la costante universale era la velocità della luce e che di conseguenza questa non avrebbe potuto cambiare, nonostante la rotazione della terra o qualsiasi altra cosa.

Nel suo famoso ‘paradosso dei gemelli’ Einstein ipotizzò che il gemello che viaggia in una navicella spaziale invecchierà più lentamente rispetto al fratello rimasto a terra. Agli inizi degli anni Settanta furono testati gli orologi atomici: uno a terra e uno in volo a bordo di un Boeing 747. E, in effetti, l’orologio sull’aereo rimase di una minuscola (molto, molto minuscola) frazione di secondo indietro rispetto all’orologio a terra. Così, in linea di principio, se ti muovi molto velocemente, invecchierai più lentamente (ma attenzione agli attacchi di cuore… devi muoverti in modo estremamente veloce: infatti, per avere un qualche effetto percepibile, ti devi avvicinare a una ragguardevole frazione della velocità della luce, che è di circa 300.000 chilometri al secondo).

In seguito, nel 1916, esattamente novant’anni fa, Einstein fu in grado di allargare le sue idee sulla relatività sino ad includere gli effetti della gravità e della massa, e quindi di rifondare la meccanica newtoniana in un contesto relativistico. Era così nata la teoria generale della relatività. Grazie a questa teoria noi sappiamo che anche la gravità ha effetto sul tempo: tanto più grande è la forza di gravità, tanto più il tempo passa lentamente. Se il nostro famoso gemello sulla navicella spaziale viaggia verso un buco nero (il residuo di una stella massiccia collassata, intorno alla quale la forza di gravità è immensa), lascia l’astronave e cade verso di esso, nel momento in cui si trova ad una certa distanza dal suo nucleo verrà visto, da un osservatore a bordo della navicella spaziale, ‘congelare’ nel tempo (anche se questo non avverrà nel suo sistema di riferimento; e sarà ovviamente schiacciato dalle ‘forze di marea’, tidal forces). Ma, in teoria, il tempo potrebbe fermarsi come visto da un particolare sistema di riferimento. Possiamo anche tornare indietro nel tempo e viaggiare nel passato?

Questa è ovviamente l’eterna ricerca umana. Nel 1947, il famoso filosofo e matematico austriaco Kurt Gödel risolse le equazioni di Einstein per un particolare tipo di universo: un universo che non si espande, e ruota. In un siffatto universo – Gödel lo dimostrò matematicamente – il viaggio nel tempo è possibile. Ma sfortunatamente il nostro universo è in espansione e nessuno sa se ruota (il convincimento scientifico è che non lo faccia). Il fisico John Archibald Wheeler, della Princeton University, ha dimostrato che un buco nero che ruota permetterebbe la formazione di ‘cicli chiusi nel tempo’ (closed loops in time), che potrebbero in linea di principio rendere possibile il viaggio nel tempo (ma non bisogna dimenticare quelle forze di marea che ti ucciderebbero prima). Le più recenti idee nella ‘teoria delle stringhe’ (string theory), che aspirano ad incorporare la teoria dei quanti con la relatività generale, postulano l’esistenza di una ‘schiuma quantistica’ (quantum foam) in cui il tempo e lo spazio sono così ben mescolati da creare un concetto del tutto nuovo del nostro vecchio amico, il tempo. Questo farebbe apparire il tempo anche più bizzarro di quanto già lo aveva fatto apparire Einstein… o Duchamp.

[Traduzione di Paola Zamparo]

© Riproduzione riservata

Amir D. Aczel

Amir D. Aczel è ricercatore all’Università di Harvard in Massachusetts e autore di numerosi libri di divulgazione scientifica, tra cui 'L’enigma di Fermat' (Il Saggiatore, Milano 1998), 'Entanglement: il più grande enigma della fisica' (Raffaello Cortina, Milano 2004) e 'Il taccuino segreto di Cartesio' (Mondadori, Milano 2006).

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