Un libro al mese
L'ordine del tempo
di Carlo Rovelli
Adelphi
[…] κατὰ τὴν τοῦ χρόνου τάξιν (secondo l’ordine del tempo): a questa frase di Anassimandro (610 -546 a. C., filosofo greco presocratico, allievo di Talete) si ispira il titolo del libro di Rovelli. In esso i principali filosofi del passato che hanno affrontato il problema del tempo (Platone, Aristotele, Agostino, Kant) sono citati ed elencati nel ricco e ben documentato indice analitico. Il libro, tuttavia, non è un trattato di Filosofia, bensì un testo in cui l’autore, responsabile del Gruppo di Gravità Quantistica (QG) del Centro di Fisica Teorica dell’Università di Aix-Marsiglia, cerca di introdurre il lettore, in modo mirabilmente lineare e semplice, nonostante la complessità dell’argomento, al tema scientifico della QG attraverso una profonda riflessione sul Tempo (t). Il problema della natura del Tempo ha affascinato il pensiero dell’Uomo sin da tempi remoti. Oggi sappiamo che sofisticati studi e sistemi di misura sono messi in atto presso prestigiosi istituti di ricerca per la determinazione accurata del Tempo, o meglio per la definizione della sua unità di misura, per la conservazione e disseminazione della stessa. Ma l’autore sottolinea nel suo libro che ‘la natura del tempo resta il mistero forse più grande’ da risolvere e comprendere. Partendo dagli antichi Greci, che, con Platone ed Aristotele, associano il Tempo al movimento (κινησις): ‘numero (αριθμος) del movimento tra il prima e il poi’, si legge nella Φυσικής dello Stagirita, l’autore sottolinea come l’idea di tempo si sia evoluta con la scienza moderna: Newton, infatti, dopo l’esperienza di Galileo, preoccupato più a misurare gli intervalli di tempo che a definirne la natura, è dell’idea che, per effettuare un salto di qualità, occorre pensare che il Tempo esiste, come lo Spazio, in modo assoluto indipendentemente dallo svolgersi dei fenomeni. Questa concezione, ampiamente criticata da Leibniz, che peraltro accusava Newton di aver reintrodotto così la metafisica nella Scienza, consente tuttavia a Newton di elaborare i principi della Meccanica e la Teoria della Gravitazione Universale. L’autore, però, mette in rilievo che la vera rivoluzione sulla natura del Tempo (e dello Spazio), dopo la parentesi di I. Kant che considera Spazio e Tempo come forme a priori dell’intelletto umano, si ha con A. Einstein che riesce a mediare, secondo l’autore, la posizione di Aristotele (αριθμος κινησεως), da una parte, con quella di Newton (del tempo assoluto, vero e matematico [che..] scorre uniformemente ), dall’altra, mediante l’elaborazione della sua teoria della Relatività Ristretta (RR) in cui Spazio e Tempo non sono più entità separate, ma costituiscono un continuum: lo Spazio-Tempo. Einstein comprende che la misura del Tempo, qualunque cosa esso sia, deve confrontarsi con la simultaneità degli eventi e la sincronizzazione degli strumenti che lo misurano, ovvero gli orologi.. che questi fenomeni dipendano dalla velocità dei corpi non è comprensibile alle velocità tipiche cui sono abituati i nostri sensi, per cui non sempre quanto percepito dai nostri sensi rappresenta la vera natura della realtà fisica. La teoria della relatività generale (RG) di A. Einstein completa questa indagine sullo spazio-tempo, evidenziando una struttura più profonda dello stesso ora associato al campo di gravità … Ma la vera domanda su cui ci porta a riflettere l’autore è: il Tempo, che emerge dalla Teoria della Relatività (TR), distorto, insieme con lo Spazio a cui è intrinsecamente legato, per effetti di velocità e di gravità, ha veramente un ruolo fondamentale nella Fisica? Innanzitutto nella Fisica, il Tempo, per come lo ha concepito Newton, interviene come una grandezza che varia in modo continuo, che scorre in modo lineare, e sia la Meccanica Classica (MC) sia la Meccanica Relativista (MR) di fatti non definiscono un verso del Tempo. .. le equazioni del moto sono di fatti invarianti per una inversione temporale di t in –t. In diverse soluzioni delle equazioni del moto, inoltre, se ben riflettiamo ad esse, come p.e. alla traiettoria parabolica di un grave, alle configurazioni stazionarie di una corda vibrante, ai moti circolari uniformi, al moto stesso dei pianeti, il tempo può essere visto come un parametro ‘privilegiato’ delle equazioni del moto … nel mondo quantistico, fatto di unità discrete, la natura continua del tempo non viene meno e sicuramente il tempo non si palesa nelle soluzioni dell’equazione d’onda che definiscono gli stati stazionari dell’atomo; tuttavia, a differenza di quanto avviene nel mondo macroscopico, nella Meccanica Quantistica (MQ) nel risolvere equazioni di diffusione è importante mantenere, per il calcolo delle ampiezze di scattering (S), un determinato ordine cronologico.. il calcolo della matrice S richiede un'operazione di ordinamento temporale … In questo panorama così complesso, l’ulteriore domanda è: cosa è il Tempo e da dove emerge questo flusso dal passato al futuro? L’autore mette in rilievo che già la teoria della Relatività dà un forte scossone alla nozione di tempo che comunemente si ha, perché non esiste un “presente” unico nell’universo. D’altronde a livello fondamentale, come un po’ accade con delle soluzioni in MC, il tempo sembra essere un ‘parametro’ privilegiato a tal punto che le equazioni fondamentali della Natura sembra che possano farne a meno.
Il problema dunque della natura del tempo consiste di due parti:
1) Se o no il Tempo è una quantità fondamentale della Natura
2) Come l’ordine cronologico emerge nel laboratorio di misura e negli eventi quotidiani quando le leggi fondamentali sembrano non richiedere necessariamente il parametro tempo
L’autore mette in rilievo che nel momento in cui si prendono in esame gli effetti quantistici sulla gravità e si arriva ad affrontare la QG, ci si rende conto che tali effetti sono importanti a scale di Lunghezza e Tempo molto piccole definite dalla lunghezza di Planck Lp (~10-33 cm) e dal tempo di Planck Tp (~10-44 s) che definiscono delle unità di misura naturali dello Spazio e del Tempo, basate sulle 3 costanti fondamentali (G,c e h) per cui non si può escludere che a scale così piccole esistano “atomi” di spazio e tempo che definiscono la vera trama dello spazio-tempo.. in tal modo ‘i quanti elementari del campo gravitazionale vivono alla scala di Planck. Sono i grani elementari che tessono la tela mobile con cui Einstein ha reinterpretato lo spazio e il tempo assoluti di Newton’, i grani di spazio si strutturano in reti di spin (chiamate così per le corrette proprietà geometriche e di simmetria dello spazio che devono possedere) in cui singoli anelli (loop) possono costituirsi dando, in tal modo, il nome alla teoria (Loop Quantum Gravity), campo di studio dell’autore.
Il tempo, finalmente, a livello macroscopico emerge dal II principio della termodinamica dell’aumento dell’Entropia, unico principio della fisica, come sottolinea l’autore, a dare una direzione alla variabile temporale. La Termodinamica, difatti a ben pensarci, è l’unica teoria fisica i cui principi sembrano essere inviolabili qualunque siano le nostre concezioni di Spazio e Tempo che tanto si sono avvicendate dai filosofi del passato alle teorie fisiche più o meno recenti, dalla MC alla TR sino alla MQ.
A livello fondamentale l’autore mette in rilievo che ‘quello che è del tutto credibile, comunque, è il fatto generale che la struttura temporale del mondo sia diversa dall’immagine ingenua che ne abbiamo … […] il mistero del tempo ci inquieta da sempre, muove emozioni profonde. Così profonde da nutrire filosofie e religioni’.. il tempo che emerge dalle riflessioni dell’autore ha una duplice natura: - Termico, ovvero un tempo strettamente connesso alle trasformazioni termodinamiche che avvengono in natura e secondo l’autore è questo quello più vicino alla nostra sensazione di tempo - Quantistico, ovvero strettamente connesso con la non-commutatività che è alla base delle grandezze quantistiche e che forse, secondo l’autore, introduce a livello macroscopico l’ordine degli eventi che noi percepiamo …
Sicuramente però non l’Energia bensì l’Entropia trascina il mondo portandoci così ad avvertire il passaggio dal passato al futuro, e forse è questo incessante divenire cosmico (παντα ρει), che vede il mondo come ‘una struttura che si sfalda gradualmente’ attraverso un processo di disordine, a racchiudere in sé il vero mistero della nostra stessa esistenza.
Possiamo concludere dalla lettura di questo interessante libro, ricco di note e riferimenti bibliografici, che dall’antichità ad oggi emerge come le diverse concezioni di Spazio e Tempo (già sin dagli atomi di Leucippo e Democrito all’ordine cosmico di Platone ed Aristotele) si siano sempre scontrate e confrontate dando sempre però un impulso alla conoscenza come se il mondo osservabile, indagato e regolato da leggi fisiche, avesse bisogno e dell’una e dell’altra o addirittura di entrambe contemporaneamente.
(AGOSTO 2017 SxT-libroalmese)//Marco Capogni
