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IL TEMPO SPIEGATO – UNA CONVERSAZIONE CON BRIAN COX
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IL PROFESSOR BRIAN COX, NOTO FISICO E CONDUTTORE TELEVISIVO, CI ACCOMPAGNA IN UN VIAGGIO EMOZIONANTE PER COMPRENDERE LA NATURA DEL TEMPO E DELLO SPAZIO. SCOPRI DI PIÙ.
Brian Cox, fisico delle particelle e professore all’Università di Manchester, esplora il concetto del tempo e le sue origini, insieme alle sfide filosofiche legate a un universo eterno. Spiega inoltre che non comprendiamo pienamente cosa misurino gli orologi e perché osservare la lancetta dei secondi sul quadrante può svelare i più profondi misteri dello spazio e del tempo.
Ascolta il nostro ultimo podcast con Brian Cox sul tempo e l’eternità.
LA BELLEZZA DELL’UNIVERSO
Cosa la affascina negli orologi meccanici?
Esiste una grande differenza tra un oggetto meccanico che misura lo scorrere del tempo e un telefono che lo fa. Guardando la lancetta dei secondi sull’orologio, ci si potrebbe chiedere cosa rappresenti esattamente. Se chiedessimo a Einstein, direbbe che misura la distanza percorsa nello spazio-tempo. Se chiedessimo a un esperto di termodinamica, direbbe che è legata all’entropia e che l’orologio sta misurando il progressivo dissolversi dell’universo.
È come una porta che conduce a domande profonde e a misteri oscuri. Questo, per me, rende gli orologi meravigliosi. In fondo, non sappiamo cosa stiano facendo davvero. Ogni volta che guardiamo l’orologio, è come se ci fosse sempre un profondo mistero, un enigma che si lega allo spazio, al tempo e alla struttura stessa dell’universo.
Se potesse immaginare la prossima complicazione di IWC Schaffhausen, quale sarebbe?
Se partiamo dal presupposto che un orologio è un dispositivo di misurazione, cosa succederebbe se potesse misurare la sua stessa età? Immaginiamo un cronografo che si avvia una volta sola e non si ferma più. Anche se tutti gli orologi fossero incredibilmente precisi, misurerebbero ciascuno un’età unica. Parliamo di differenze infinitesimali, naturalmente, ma ognuno di essi registrerebbe qualcosa di diverso. All’uscita dalla manifattura sarebbero tutti perfettamente sincronizzati, ma tornerebbero con età diverse. Questo perché ciascuno di loro avrebbe fatto un percorso diverso nello spazio-tempo al polso del suo proprietario, un percorso diverso tra gli eventi. Ed è proprio questa la bellezza del nostro universo.
— Brian Cox indossa il Portugieser Perpetual Calendar Ref. IW503703 con quadrante Horizon Blue
Se gettassimo un orologio in un buco nero, smetterebbe di ticchettare e si bloccherebbe per sempre. In quello che chiamiamo «orizzonte degli eventi» di un buco nero, il tempo cessa. Ma solo se visto dall’esterno. Se tu cadessi nel buco nero con il tuo orologio, questo continuerebbe a ticchettare al ritmo di un secondo al secondo.
— Brian Cox durante un’intervista presso IWC Schaffhausen
«UN GIORNO SENZA IERI»
Cos’è il tempo?
Anche se può sembrare una domanda semplice, la risposta è tutt’altro che semplice. La risposta breve è che non lo sappiamo veramente. Nel XVII secolo, Isaac Newton ipotizzò che nel cielo vi fosse una sorta di grande orologio e che il tempo scorresse allo stesso modo per tutti. Tuttavia, nel 1905, Albert Einstein smentito questa idea con la sua teoria della relatività. Il tempo scorre a velocità diverse per persone diverse e in luoghi diversi, accelerando rispetto ad altri o prendendo una strada diversa tra gli eventi.
Il tempo si ferma mai?
Se gettassimo un orologio in un buco nero, smetterebbe di ticchettare e si bloccherebbe per sempre. In quello che chiamiamo «orizzonte degli eventi» di un buco nero, il tempo cessa. Ma solo se visto dall’esterno. Se tu cadessi nel buco nero con il tuo orologio, questo continuerebbe a ticchettare al ritmo di un secondo al secondo. Questo ci fa capire quanto il tempo sia più complesso di quanto sembri. È un’area di ricerca moderna della fisica. Una celebre frase di Einstein recita: «Il tempo è misurato dagli orologi».
Quando è iniziato il tempo?
In fisica esiste un concetto chiamato freccia termodinamica del tempo, secondo il quale la differenza tra passato e futuro è dovuta all’evento straordinario del Big Bang, l’origine del nostro universo. In base a questa teoria, il Big Bang di 13,8 miliardi di anni fa rappresenterebbe l’inizio del tempo. Tuttavia, non possiamo essere certi che questo sia stato il vero momento in cui il tempo è cominciato. Non sappiamo nemmeno se l’universo abbia avuto un inizio definito. Come disse il celebre astrofisico e sacerdote Georges Lemaître, ciò implicherebbe che c’è stato «un giorno senza ieri».
Approfondiamo: cos’è l’eternità?
Nel nostro attuale modello di base dell’universo, sappiamo che l’universo non solo si sta espandendo, ma lo fa a un ritmo accelerato. Se questa espansione continua, arriverà un punto in cui ogni cosa sarà così distante da ogni altra e la temperatura di ogni cosa sarà la stessa. Tecnicamente, potremmo affermare che l’entropia aumenta costantemente mentre l’universo passa da uno stato altamente ordinato a uno più disordinato. Tuttavia, dobbiamo considerare che un orologio è un dispositivo termodinamico, e per costruirlo è necessaria una differenza di temperatura. In un futuro lontano, potremmo giungere a un punto in cui non esisteranno più le differenze di temperatura nel nostro universo, e questo potrebbe significare la fine del tempo come lo conosciamo.
Se indossi un orologio, lo vedrai sempre ticchettare al ritmo di un secondo al secondo. Questo è il tempo nel tuo contesto. Un’altra persona potrebbe andare in luoghi diversi e fare cose diverse. E quando vi incontrerete di nuovo e confronterete gli orologi, sarete invecchiati a ritmi diversi.
I TEMPI DI UNA SINFONIA
Un minuto è sempre un minuto, un secondo è sempre un secondo?
La Nona Sinfonia di Mahler richiede una quantità precisa di tempo per la sua esecuzione, misurata da un orologio che rimane fermo rispetto all’orchestra. Tuttavia, se prendessimo quell’orologio e lo portassimo fuori dalla sala da concerto, facessimo un giro e poi rientrassimo, l’orologio misurerebbe un tempo leggermente inferiore tra l’inizio e la fine della sinfonia.
Questo non significa che gli orologi non siano precisi. Al contrario. Gli orologi misurano fedelmente e accuratamente il tempo che intercorre dall’inizio alla fine dell’esecuzione. È piuttosto il tempo stesso che scorre in modo diverso per i due orologi. Nella relatività, e nella realtà, il tempo è soggettivo. Si tratta di differenze minime, chiaramente, a meno che l’orologio non viaggi a una velocità prossima a quella della luce. In tal caso, la differenza diventerebbe sostanziale.
Più acceleriamo, più il tempo passa lentamente.
Nel Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, i protoni girano intorno all’acceleratore di particelle a una velocità pari al 99,999999% la velocità della luce. A questa velocità fanno il giro dell’anello di 27 km ben 11.000 volte al secondo. Tuttavia, per i protoni il tempo passa 7000 volte più lentamente. Un secondo per noi equivale a sette millisecondi per loro.
Ma dal punto di vista delle particelle, il loro orologio continuerebbe a ticchettare al ritmo di un secondo al secondo. Può sembrare una contraddizione ma non lo è. Infatti, dal punto di vista della particella, la circonferenza dell’anello dell’acceleratore si riduce da 27 chilometri a 4 metri. Il risultato è lo stesso. Lo spazio e il tempo si scambiano, si confondono. Questo è solo un altro modo di pensare alla relatività.
Quindi, l’ora che leggo sul mio orologio è valida solo per me?
Secondo la teoria di Einstein, esiste il cosiddetto «tempo proprio». Se indossi un orologio, lo vedrai sempre ticchettare al ritmo di un secondo al secondo. Questo è il tempo nel tuo contesto. Un’altra persona potrebbe andare in luoghi diversi e fare cose diverse. E quando vi incontrerete di nuovo e confronterete gli orologi, sarete invecchiati a ritmi diversi. Ma quella persona, nel suo contesto, vedrà sempre il tempo scorrere al ritmo di un secondo al secondo.
— Il Portugieser Eternal Calendar IW505701 con fasi lunari con una precisione di 45 milioni di anni
— Il calibro 52640 di manifattura IWC in cui viene montato il ruotismo di 400 anni che compie un giro completo ogni quattro secoli
DIETRO IL SIGNIFICATO DI «LINEA DEL MONDO»
Come è possibile che il tempo scorra a velocità diverse per persone diverse?
La teoria della relatività di Einstein si concentra sugli eventi. Schioccare le dita è un evento; accendere una candela è un evento. Qui, seduti a conversare, stiamo partecipando a un evento. Potremmo dire: l’anno prossimo ci incontreremo di nuovo e vedremo chi sarà invecchiato di più. La risposta a questa domanda è complessa: dipende dal percorso che ciascuno di noi ha fatto nello spazio-tempo.
Il percorso che facciamo tra i diversi eventi determina la lunghezza del nostro cammino. E questa lunghezza è il tempo misurato dai nostri orologi. Pertanto, l’orologio non è misura il tempo, ma piuttosto la distanza tra gli eventi. È come chiedere: qual è la distanza tra Sciaffusa e Londra? Dipende dal come si viaggia.
Può spiegare con un esempio cos’è lo spazio-tempo?
L’immagine dello spazio-tempo che ho elaborato nel corso degli anni e che insegno agli studenti è quella di una mappa. Possiamo concepire lo spazio-tempo come un insieme di tutti gli eventi, tutte le cose che accadono nello spazio e nel tempo nel nostro universo. Ora, immaginiamo di posizionare dei punti sulla mappa. C’è una linea che seguiamo da un evento all’altro, un percorso che tracciamo sulla mappa. Questa linea è chiamata linea del mondo. Mentre ci muoviamo sulla mappa, i nostri orologi misurano la lunghezza della nostra linea del mondo.
Se consideriamo il tempo come una distanza, quanta strada percorriamo in una vita?
Secondo la teoria di Einstein, la distanza percorsa nello spazio-tempo corrisponde alla nostra età. È una risposta semplice. Se vivi per 77 anni, 6 giorni e 3 secondi, questa è la distanza che hai percorso, ed è una cosa bellissima. Letteralmente, l’età è la distanza percorsa nello spazio-tempo.
Se prendiamo alla lettera la teoria di Einstein, allora tutto lo spazio-tempo è già sulla mappa. Non solo il passato, ma anche il futuro.
IL SENSO DEL TEMPO E DELLO SPAZIO
La linea del mondo è stata tracciata fin dall’inizio? O si forma durante il nostro viaggio?
Se prendiamo alla lettera la teoria di Einstein, allora tutto lo spazio-tempo è già sulla mappa. Non solo il passato, ma anche il futuro. C’è chi immagina un universo a blocchi, considerando lo spazio-tempo come un blocco immutabile a quattro dimensioni, in contrapposizione a uno spazio tridimensionale che si modula continuamente con il passare del tempo. Alcuni fisici, tuttavia, ipotizzano che il futuro sia in qualche modo costruito. Il concetto di cui stiamo parlando è la teoria quantistica della gravità. La gravità è la curvatura dello spazio-tempo, che è strettamente legata allo spazio e al tempo. Tuttavia, oggi tutti sembrano concordare sul fatto che probabilmente esiste una teoria più profonda.
Come potrebbe essere questa teoria?
Stiamo iniziando a sospettare che lo spazio e il tempo siano nati da qualcos’altro che non ha spazio e tempo al suo interno. Possiamo fare un’analogia con la coscienza umana. Potremmo pensare agli esseri umani come a collezioni di atomi che obbediscono alle leggi della natura e generano qualcosa di nuovo e diverso.
L’idea che possiamo guardare un orologio e trovarlo bello, cos’è? Qualunque cosa sia, deriva da qualcosa che non ha in sé la «bellezza». Allo stesso modo, stiamo iniziando a credere che esista un’immagine più profonda, forse la teoria delle stringhe o una teoria quantistica degli oggetti che interagiscono. E, in qualche modo, da tutto ciò emerge un senso dello spazio e del tempo.
Grazie, Brian, per questo stimolante viaggio nella mente di un fisico!
— Brian Cox e Chris Grainger-Herr, CEO di IWC Schaffhausen, durante la registrazione del podcast
Per approfondire il tema del tempo e dell’universo, scopri l’ultimo episodio del nostro podcast.
