Cos’è il tempo? L’essenza misteriosa della quarta dimensione

SIAMO NATI; viviamo; a un certo punto, moriamo. L’idea che la nostra esistenza sia limitata dal tempo è fondamentale per l’esperienza umana. Il tempo è un universale la cui natura noi tutti – e in particolare i fisici – non riusciamo a cogliere. Ma perché il tempo è così problematico? “Se avessimo una risposta davvero valida a questa domanda“, afferma Astrid Eichhorn, fisica teorica presso l’Università della Danimarca meridionale a Odense, “allora non sarebbe così problematico“.

A un certo livello, il tempo è semplice: è ciò che impedisce a tutto di accadere in una volta sola. Potrebbe sembrare irriverente, ma è almeno qualcosa su cui le persone possono essere d’accordo. “L’ordine causale delle cose è davvero ciò che riguarda il tempo“, afferma Eichhorn.

Vista in questo modo, l’esistenza del tempo può essere interpretata come una precondizione necessaria per il tipo di universo in cui le cose portano ad altre cose, tra cui la vita intelligente che può porre domande, come “cos’è il tempo?“. Oltre a ciò, l’essenza del tempo è misteriosa. Per esempio, perché le cose possono influenzare altre cose solo in una direzione nel tempo, ma in più direzioni nelle tre dimensioni dello spazio?

La maggior parte delle teorie fisiche, dalle leggi del moto di Isaac Newton alla meccanica quantistica, eludono tali domande. In queste teorie il tempo è una “variabile indipendente” rispetto alla quale cambiano altre cose, ma che non può essere modificata da nient’altro. In questo senso, il tempo esiste al di fuori della fisica, come il battito di un metronomo al di fuori dell’universo al quale ogni cosa al suo interno suona.

Le teorie della relatività di Albert Einstein, sviluppate all’inizio del XX secolo, hanno spazzato via tali nozioni eteree. Nella relatività, il tempo è una cosa fisica e dinamica, fusa con lo spazio per formare lo spazio-tempo, il tessuto dell’universo stesso. E lo spazio-tempo non è assoluto, ma relativo, deformato dal movimento e dalla gravità. Se viaggi velocemente, o se ti trovi in ​​un forte campo gravitazionale, il tempo rallenta.

La relatività del tempo ha conseguenze di ampia portata perché non esiste un modo univoco di definirne il passaggio, non esiste un modo univoco di definire l’“adesso”. Einstein concluse che tutti gli “adesso” – passato, presente e futuro – devono esistere simultaneamente, un’immagine nota come l’universo a blocchi che è completamente in contrasto con le nostre intuizioni.

Questa discrepanza si verifica perché, nel nostro universo, la velocità della luce è finita. Possiamo raggiungere determinati tempi solo entro un certo, beh, tempo, quindi non possiamo mai raggiungere quella visione dell’universo a blocchi simile a quella di Dio. “In pratica, la causalità limita ciò che possiamo percepire in un modo molto rigoroso, e la nostra esperienza e tutto ciò che ci colpisce è fortemente limitato dalla causalità“, afferma la cosmologa Katie Mack della North Carolina State University .

Tempo e spazio

I misteri non finiscono qui. Rendendo il tempo parte del tessuto fisico di un universo che, per quanto ne sappiamo, iniziò con un big bang circa 13,8 miliardi di anni fa, la teoria della relatività generale di Einstein implica che il tempo stesso abbia avuto un inizio e forse avrà anche una fine. Non può esserci un metronomo eterno che ticchetta al di fuori dell’universo come implica la teoria quantistica, perché una tale fonte dovrebbe esistere al di fuori dello spazio e del tempo stesso.

Ciò crea un divario attualmente incolmabile tra relatività e teoria quantistica. Nel tentativo di attraversarlo, ricercatori come Eichhorn sperano di fare progressi verso un’immagine più unificata della fisica, che dovrebbe avere una concezione del tempo molto diversa.

Molte teorie della “gravità quantistica” propongono che se potessimo ingrandire molto il tessuto dello spazio-tempo di Einstein, a un livello a grana fine noto come scala di Planck, scopriremmo una sottostruttura – una sorta di pixelizzazione quantistica. Ciò aprirebbe possibilità completamente nuove. “Può darsi che la struttura quantistica dello spazio e del tempo sia diversa in presenza della materia rispetto a quando si pensa a una sorta di universo che contiene solo spazio e tempo“, afferma Eichhorn.

Non tutti pensano di dover andare così lontano. Alcuni vedono una strada per trovare la natura del tempo in una migliore comprensione della teoria quantistica. O forse il tempo stesso è un miraggio. Come il colore o il motivo di una foglia di un albero, il tempo potrebbe non avere alcun significato, dice Mack, il cui passaggio inventiamo per dare un senso ai modelli locali intorno a noi e alle nostre vite.

Dopotutto, non misuriamo mai il tempo stesso, ma piuttosto i cambiamenti regolari – che si tratti del passaggio delle stagioni, dell’oscillazione di un pendolo o dell’oscillazione di un atomo di cesio – che reingegnerizziamo in qualcosa di misterioso che chiamiamo “tempo”. “È qualcosa che vediamo e sembra esserci“, dice Mack. “Ma potrebbe non avere alcuna importanza per il cosmo“.