Viaggiare nel tempo è consentito dalla fisica di Einstein

Viaggiare nel tempo è un punto fermo dei film di fantascienza. Ma secondo Einstein è una possibilità fisica veramente consentita

Viaggiare nel tempo è un desiderio sia recondito che manifesto, consegnato ormai da secoli all’Umanità ma è un ideale che per i più appartiene alla fantasia e al fantasy cinematografico. Non solo, ogni legge della fisica indica che l’unico modo in cui ci è consentito viaggiare nel tempo è andare avanti.

Viaggiare nel tempo
Viaggiare nel tempo è consentito dalla fisica di Einstein

Viaggiare nel tempo: un concetto filosofico?

Filosoficamente, c’è anche un famoso paradosso che sembra indicare l’assurdità di chiunque sia in grado di viaggiare in epocche del passato per quantità arbitrarie di tempo: il paradosso del nonno.

In parole povere, se viaggiare nel tempo fosse possibile, saresti in grado di tornare indietro e uccidere tuo nonno prima che i tuoi genitori fossero concepiti, rendendo la tua stessa esistenza impossibile.

Viaggiare nel tempo
Viaggiare nel tempo è consentito dalla fisica di Einstein

Per un lungo periodo  viaggiare nel tempo sembravano vietati, ma grazie ad alcune proprietà molto interessanti dello spazio e del tempo nella relatività generale di Einstein, è ormai noto che viaggiare nel tempo è fisicamente possibile.

La relatività generale di Einstein connessa alla possibilità di viaggiare nel tempo

Secondo Einstein, spazio e tempo non sono entità separate, assolute, ma sono piuttosto intrecciate in un tessuto inscindibile: lo spaziotempo. Esiste una quantità nota per essere invariante, l’ intervallo spaziotemporale (a volte chiamato intervallo di Einstein), che rappresenta il movimento combinato attraverso lo spazio e il tempo insieme.

Per fare un esempio pratico, se sei a riposo e la tua posizione spaziale non cambia, allora ti stai muovendo nel tempo alla velocità massima consentita: in avanti, alla velocità di un secondo al secondo. Se sei in movimento e la tua posizione spaziale cambia con il tempo, allora ti muovi nel tempo a una velocità inferiore, poiché gli oggetti in movimento relativo sperimentano il fenomeno della dilatazione del tempo.

Più velocemente ti muovi nello spazio, più lentamente ti muovi nel tempo, fino al limite assoluto di quanto velocemente è possibile viaggiare: la velocità della luce. Quando ti avvicini a quel limite ultimo, il tuo movimento nello spazio diventa sempre più veloce, mentre il tuo movimento nel tempo diventa sempre più lento.

Se potessi effettivamente raggiungere la velocità della luce, che è fisicamente impossibile a meno che tu non sia un’entità priva di massa, scopriresti che il tempo sembra fermarsi per te e non passerebbe affatto durante il tuo viaggio.

In teoria, se potessi muoverti più velocemente della luce, diventeresti un tachione e sperimenteresti davvero il tempo che scorre all’indietro, tuttavia, questa possibilità è una situazione non fisica, poiché i tachioni non corrispondono a nulla che esista nella realtà fisica.

Viaggiare nel tempo
Viaggiare nel tempo è consentito dalla fisica di Einstein

Secondo Einstein tuttavia, andare più veloci della luce non è l’unico modo per viaggiare nel tempo. Mentre il movimento di qualsiasi entità reale attraverso il tessuto dello spaziotempo è limitato dalla velocità della luce nel vuoto, lo spaziotempo stesso non deve essere piatto e immutabile: come una griglia cartesiana tridimensionale.

Invece, secondo la relatività generale di Einstein, è possibile che lo spazio possa evolversi e, come parte di tale evoluzione, possa curvarsi, espandersi o contrarsi o persino creare e mantenere una connessione tra due punti disparati al suo interno.

Quest’ultima possibilità fu formulata negli anni ’30 da Einstein e dal suo allora studente, Nathan Rosen, ed era originariamente conosciuta come ponte Einstein-Rosen. Questo viene tradizionalmente visualizzato riducendo il numero delle dimensioni da tre a due e trattando lo spaziotempo come un foglio bidimensionale.

Puoi immaginare, proprio come puoi immaginare di piegare un foglio di carta piatto su se stesso, che due punti ben separati seguendo il foglio stesso possano essere collegati in una dimensione superiore (in questo caso, la terza dimensione) che normalmente è inaccessibile a chi è confinato nel foglio bidimensionale.

Questa proprietà dello spaziotempo, un’affascinante possibilità teorica, è probabilmente il concetto più importante quando si tratta della scienza del viaggiare nel tempo.

Il nome più comune per questa idea fisica è semplicemente chiamarlo wormhole, ma c’è un’altra possibilità: che i buchi neri, se entri in essi, si connettano effettivamente a un’altra regione dello spaziotempo. Se, invece di una densità di energia positiva (come possiedono i buchi neri standard), quella regione connessa avesse una densità di energia negativa, diventerebbe un buco bianco, il che significa che potresti entrare nell’estremità del “buco nero” ed emergere dall’altra parte, attraverso l’estremità del “buco bianco”, viaggiando attraverso un “buco” nello spaziotempo da un’estremità all’altra.

Sebbene non sappiamo ancora dell’esistenza di buchi bianchi fisici all’interno del nostro Universo, sono certamente soluzioni consentite nella relatività generale e sono solo la soluzione invertita nel tempo di un buco nero.

Viaggiare nel tempo

Quello che sappiamo esiste all’interno del nostro Universo conosciuto è questo: minuscole, minuscole fluttuazioni quantistiche che non possono essere evitate, che si verificano in tutto il tessuto dello spaziotempo, soprattutto su scala più piccola. Queste fluttuazioni energetiche, secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg, possono verificarsi ugualmente bene sia nella direzione positiva che in quella negativa e spesso possono verificarsi molto vicine l’una all’altra. Si prevede che queste fluttuazioni siano di natura casuale e spesso includano disconnessioni e riconnessioni dagli stati positivi e negativi originali che tipicamente inizialmente si verificano insieme.

In teoria, una fluttuazione di energia positiva, molto forte, densa creerebbe uno spazio curvo in un modo particolare (positivo), mentre una fluttuazione di energia negativa, forte, densa, curverebbe lo spazio esattamente nel modo opposto (negativo). Se poi dovessi collegare insieme queste due regioni di curvatura positiva e negativa, potresti, anche se solo per un breve istante, arrivare alla nozione di un wormhole quantistico.

Se il wormhole persistesse per periodi di tempo sufficientemente lunghi, potresti persino trasportare una particella attraverso di esso, permettendole di scomparire istantaneamente da una posizione nello spaziotempo e riapparire in un’altra.

Se vogliamo creare un wormhole fisico in cui un essere umano possa potenzialmente viaggiare nel tempo, questo è il nostro primo ordine del giorno: postulare che questa materia di massa/energia negativa esista. Mentre conosciamo i buchi neri nell’Universo, entità formate da massa/energia positiva, dovremmo postulare anche l’esistenza di buchi bianchi: entità formate da massa/energia negativa.

Se potessimo andare avanti e creare sia un buco nero supermassiccio che la sua controparte di massa/energia negativa (un buco bianco supermassiccio), potremmo immaginare di collegare i due, il che potrebbe risultare, finalmente, in quello che siamo stati cercando da sempre: un wormhole attraversabile.

Perché un wormhole attraversabile è così importante per l’idea del viaggiare nel tempo? Perché una volta che hai creato le due “estremità” del wormhole, oltre a forgiare e mantenere la connessione tra di loro, non importa quanto distanti successivamente prenderai questi due oggetti connessi l’uno dall’altro, con massa/energia sufficiente di entrambi tipo positivo e negativo: questa connessione istantanea rimarrà eternamente. Tutto questo è ottimo per i viaggi istantanei attraverso lo spazio e, sfruttando le leggi della relatività ristretta insieme a questo fenomeno relativistico generale, possiamo estenderlo anche al viaggiare nel tempo.

Se dovessi costruire un wormhole con un buco nero supermassiccio e un buco bianco supermassiccio collegati da una sorta di ponte la storia cambia in modo significativo. Possiamo immaginare lo stesso identico scenario di prima, in cui lasciamo la Terra quasi alla velocità della luce e viaggiamo verso una destinazione che si trova a 40 anni luce di distanza, ma in modo tale che trascorrano solo sei mesi di tempo per le persone su salire a bordo dell’astronave.

Viaggiare nel tempo

Solo che, questa volta, poiché abbiamo creato un wormhole in precedenza, possiamo immaginare di aver lasciato un’estremità del wormhole quasi immobile, come rimanendo vicino alla Terra, mentre l’altra è stata portata lungo quel viaggio relativistico, vicino alla velocità di leggero.

Poiché queste due estremità del wormhole rimangono collegate attraverso lo spazio e il tempo, hai due opzioni per tornare a casa da 40 anni luce di distanza. Puoi viaggiare nel tempo: attraverso lo spazio, proprio come prima, al 99,9+% della velocità della luce. Quando ritornerai, per te sarà passato un anno, ma sulla Terra saranno passati 81 anni.

Oppure puoi prendere la scorciatoia che hai creato con tutti questi studi: entrando nell’estremità in rapido movimento del wormhole dopo che è stato spostato a velocità relativistiche per sei mesi: fino a una distanza di 40 anni luce.

Com’è possibile? Devi ricordare che nella relatività, il tempo stesso è relativo. Questo ci insegna qualcosa di profondo: che la nostra nozione di “anno” non è la stessa per tutti, soprattutto se si muovono nel tempo e nello spazio a velocità diverse.

Se consideriamo un ipotetico viaggio dalla Terra al sistema TRAPPIST-1, portando con noi un’estremità di questo wormhole, scopriremmo che l’estremità “in movimento” del wormhole sarebbe invecchiata solo della quantità di tempo che abbiamo trascorso nel nostro viaggio: 6 mesi.

Anche se, sulla Terra, sono trascorsi 40,5 anni, la connessione tra le due estremità del wormhole è ancora istantanea, e se viaggiassi indietro “per la via breve” attraverso il wormhole invece che per “la lunga via” attraverso lo spazio, non scoprirai che sono passati solo sei mesi quando uscirai dalla fine originale.

Conclusioni

Uno degli aspetti notevoli di questa forma di viaggio nel tempo fisicamente consentita è questo: scopriamo che ciò impedisce anche il verificarsi del paradosso del nonno! Anche se immagini che questo wormhole sia stato creato prima che i tuoi genitori fossero concepiti, e che tutti e quattro i tuoi nonni fossero a bordo della nave, e che la nave viaggiasse quasi alla velocità della luce mentre i tuoi genitori venivano concepiti e poi tu sei stato concepito, sei nato e cresciuto, non c’è modo per te di tornare all’estremità originale e immobile del wormhole un momento prima che i tuoi nonni salgano su quella nave.

Non c’è modo di tornare a un momento abbastanza precoce da poter impedire a tuo nonno di salire a bordo di quella nave o da impedire ai tuoi genitori di concepirti.

La cosa più vicina che potresti ottenere sarebbe mettere tuo padre e tua madre appena nati su una nave, quando erano molto piccoli, per catturare l’altra estremità del wormhole, farli vivere, invecchiare, concepirti e poi mandarti tornare indietro attraverso il wormhole.

Viaggiare nel tempo

Potresti incontrare tuo nonno sulla Terra, forse quando era ancora piuttosto giovane, forse anche più giovane di te adesso, ma questo accadrà comunque, per necessità, dopo la nascita dei tuoi genitori, e quindi non ci sarebbero modo per impedire la tua stessa esistenza.

È affascinante e vero che moltissime cose insolite diventino possibili nell’Universo se la massa/energia negativa è reale, abbondante e controllabile, e viaggiare nel tempo potrebbe essere, forse, la conseguenza più folle che abbiamo mai immaginato.

Nell’ambito della relatività speciale e generale, viaggiare nel tempo può essere difficile da realizzare in qualsiasi modo pratico, ma non c’è assolutamente nulla che vieti che questo accada.

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