Cos'è Il Tempo E Va Sempre avanti?

Immaginate il tempo che scorre all'indietro. Le persone ringiovanirebbero invece di invecchiare e, dopo una lunga vita di graduale ringiovanimento – disimparando tutto ciò che sanno – finirebbero come un luccichio negli occhi dei loro genitori. Questo è il tempo rappresentato in un romanzo dello scrittore di fantascienza Philip K. Dick ma, sorprendentemente, la direzione del tempo è anche un problema con cui i cosmologi si stanno confrontando.

Mentre diamo per scontato che il tempo abbia una direzione precisa, i fisici no: la maggior parte delle leggi naturali sono "reversibili nel tempo", il che significa che funzionerebbero altrettanto bene se il tempo fosse definito come un movimento all'indietro. Allora perché il tempo si muove sempre in avanti? E ​​lo farà sempre?

Il tempo ha un inizio?

Qualsiasi concetto universale di tempo deve in ultima analisi basarsi sull'evoluzione del cosmo stesso. Quando guardiamo l'universo, vediamo eventi accaduti nel passato: ci vuole il tempo della luce per raggiungerci. Infatti, anche l'osservazione più semplice può aiutarci a comprendere il tempo cosmologico: ad esempio, il fatto che il cielo notturno sia buio. Se l'universo avesse un passato infinito e fosse infinito in estensione, il cielo notturno sarebbe completamente luminoso, illuminato da un numero infinito di stelle in un cosmo che è sempre esistito.

Per lungo tempo gli scienziati, tra cui Albert Einstein, hanno pensato che l'universo fosse statico e infinito. Da allora, le osservazioni hanno dimostrato che in realtà si sta espandendo, a un ritmo accelerato. Ciò significa che deve aver avuto origine da uno stato più compatto che chiamiamo Big Bang, il che implica che il tempo abbia effettivamente avuto un inizio. Infatti, se cerchiamo luce sufficientemente antica, possiamo persino vedere la radiazione residua del Big Bang: la radiazione cosmica di fondo. Comprendere questo è stato un primo passo per determinare l'età dell'universo (vedi sotto).

Ma c'è un problema: la teoria della relatività speciale di Einstein dimostra che il tempo è... relativo: più velocemente ti muovi rispetto a me, più lentamente trascorrerà il tempo per te rispetto alla mia percezione del tempo. Quindi, nel nostro universo di galassie in espansione, stelle rotanti e pianeti vorticosi, le esperienze del tempo variano: tutto il passato, il presente e il futuro sono relativi.

Esiste quindi un orario universale sul quale potremmo tutti concordare?

La linea temporale dell'universo. Progetto di Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Si scopre che, poiché l'universo è in media lo stesso ovunque e, in media, appare uguale in ogni direzione, esiste un "tempo cosmico". Per misurarlo, tutto ciò che dobbiamo fare è misurare le proprietà del fondo cosmico a microonde. I cosmologi lo hanno usato per determinare l'età dell'universo, la sua età cosmica. Si scopre che l'universo ha 13,799 miliardi di anni.

La freccia del tempo

Sappiamo quindi che il tempo è molto probabilmente iniziato durante il Big Bang. Ma c'è una domanda assillante che rimane: cos'è esattamente il tempo?

Per risolvere questo problema, dobbiamo considerare le proprietà fondamentali dello spazio e del tempo. Nella dimensione spaziale, ci si può muovere avanti e indietro; i pendolari lo sperimentano ogni giorno. Ma il tempo è diverso, ha una direzione, ci si muove sempre in avanti, mai all'indietro. Allora perché la dimensione del tempo è irreversibile? Questo è uno dei principali problemi irrisolti della fisica.

Per spiegare perché il tempo stesso sia irreversibile, dobbiamo trovare processi in natura che siano a loro volta irreversibili. Uno dei pochi concetti di questo tipo in fisica (e nella vita!) è che le cose tendono a diventare meno "ordinate" con il passare del tempo. Descriviamo questo fenomeno utilizzando una proprietà fisica chiamata entropia, che codifica il livello di ordine di qualcosa.

Immaginate una scatola di gas in cui tutte le particelle erano inizialmente disposte in un angolo (uno stato ordinato). Col tempo cercherebbero naturalmente di riempire l'intera scatola (uno stato disordinato) – e riportare le particelle in uno stato ordinato richiederebbe energia. Questo è irreversibile. È come rompere un uovo per fare una frittata: una volta che si è allargato e ha riempito la padella, non tornerà mai più alla forma di un uovo. Lo stesso vale per l'universo: evolvendosi, l'entropia complessiva aumenta.

Sfortunatamente, la situazione non si risolverà da sola. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

A quanto pare, l'entropia è un ottimo modo per spiegare la freccia del tempo. E sebbene possa sembrare che l'universo stia diventando più ordinato anziché meno – passando da un mare impetuoso di gas caldo distribuito in modo relativamente uniforme nelle sue fasi iniziali a stelle, pianeti, esseri umani e articoli sul tempo – è tuttavia possibile che stia aumentando il suo disordine. Questo perché la gravità associata alle grandi masse potrebbe trascinare la materia verso stati apparentemente ordinati – con l'aumento del disordine che pensiamo debba essere avvenuto in qualche modo nascosto nei campi gravitazionali. Quindi il disordine potrebbe aumentare anche se non lo vediamo.

Ma data la tendenza della natura a preferire il disordine, perché l'universo è nato in uno stato così ordinato? Questo è ancora considerato un mistero. Alcuni ricercatori sostengono che il Big Bang potrebbe non essere stato l'inizio, e che potrebbero esistere "universi paralleli" in cui il tempo scorre in direzioni diverse.

Il tempo finirà?

Il tempo ha avuto un inizio, ma se avrà una fine dipenderà dalla natura dell'energia oscura che ne sta causando l'espansione a un ritmo accelerato. La velocità di questa espansione potrebbe alla fine lacerare l'universo, costringendolo a concludersi in un Big Rip; in alternativa, l'energia oscura potrebbe decadere, invertendo il Big Bang e concludendo l'Universo in un Big Crunch; oppure l'Universo potrebbe semplicemente espandersi per sempre.

Ma uno di questi scenari futuri porrebbe fine al tempo? Ebbene, secondo le strane regole della meccanica quantistica, minuscole particelle casuali possono emergere momentaneamente dal vuoto – un fenomeno che si osserva costantemente negli esperimenti di fisica delle particelle. Alcuni hanno sostenuto che l'energia oscura potrebbe causare tali "fluttuazioni quantistiche" dando origine a un nuovo Big Bang, ponendo fine alla nostra linea temporale e iniziandone una nuova. Sebbene si tratti di un'ipotesi estremamente speculativa e altamente improbabile, ciò che sappiamo è che solo quando comprenderemo l'energia oscura conosceremo il destino dell'universo.

Quindi qual è l'esito più probabile? Solo il tempo ce lo dirà.