Il tempo può effettivamente scorrere all’indietro, dicono i fisici

Credito fotografico: Paolo Carnassale – Getty Images

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  • Un nuovo documento suggerisce che il tempo può effettivamente scorrere in avanti e indietro.

  • I sistemi microscopici possono evolvere naturalmente verso una minore entropia, il che significa che potrebbero tornare a uno stato precedente.

  • Gli esseri umani non percepiscono questi microfenomeni a livello quantistico.

L’immagine di Isaac Newton di a orologio ticchettante universale più o meno riassume come intendiamo il tempo: il freccia del tempo va solo avanti, derubandoci crudelmente della possibilità di rivisitare il nostro passato.

Non tutti però lo danno per scontato, come dimostra Albert Einstein, il cui 1905 teoria della relatività speciale ha affermato che il tempo è un’illusione che si muove rispetto a un osservatore. Oggi, affermano fisici come Julian Barbour, che ha scritto un libro sull’illusione del tempo il cambiamento è reale, ma il tempo no; il tempo è solo un riflesso del cambiamento. E proprio la scorsa settimana, un team di fisici ha pubblicato un nuovo articolo che suggerisce che i sistemi quantistici possono andare avanti entrambi e indietro nel tempo.

Per capire perché gli scienziati hanno precedentemente stabilito che il tempo conosce solo una direzione, in avanti, dobbiamo esaminare la secondo principio della termodinamica. Afferma che all’interno di un sistema chiuso, l’entropia del sistema (cioè il misura del disordine e casualità all’interno del sistema) rimane costante o aumenta. Se il nostro universo è un ciclo chiuso, raggomitolato come una palla, la sua entropia non può mai diminuire, il che significa che l’universo non tornerà mai a un punto precedente. Ma cosa accadrebbe se la freccia del tempo osservasse i fenomeni in cui i cambiamenti di entropia sono piccoli?

“Prendi il caso di un gas in una nave”, dice Giulia Rubinoricercatore post-dottorato presso l’Università di Bristol e autore principale del nuovo articolo che appare in Fisica delle comunicazioni. «Supponiamo che all’inizio il gas occupi solo metà della nave. Quindi immagina di rimuovere la valvola che lo confinava all’interno della metà del vaso, in modo che il gas sia ora libero di espandersi in tutto il vaso”.

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Le particelle inizieranno a muoversi liberamente attraverso l’intero volume della nave. Nel tempo, il gas occuperà l’intera nave. “In linea di principio, esiste una probabilità diversa da zero che a un certo punto il gas torni naturalmente ad occupare metà della nave, solo che questa probabilità diminuisce quanto più grande diventa il numero di particelle che compongono il gas”, afferma Rubino. Se ci fossero solo tre particelle di gas invece di un’enorme quantità di gas (comprendente miliardi di particelle), sarebbe possibile che queste poche particelle finissero per sedersi ancora una volta nella parte del recipiente da cui erano originariamente partite. “La seconda legge della termodinamica è una legge statistica”, afferma Rubino. “È vero in media in un sistema macroscopico. In un sistema microscopico, possiamo vedere il sistema evolversi naturalmente verso situazioni di entropia inferiore”.

Lei e i suoi colleghi si sono interrogati sulle conseguenze dell’applicazione di questo paradigma nel regno quantistico. Secondo il principio di sovrapposizione quantistica, singole unità (ad esempio, di luce) possono esistere in due stati contemporaneamente, sia come onde che come particelle, manifestandosi come l’una o l’altra a seconda di ciò che stai testando. Il team di Rubino ha esaminato una sovrapposizione quantistica con uno stato che evolve sia avanti che indietro nel tempo. Le misurazioni hanno mostrato che il più delle volte il sistema finiva per andare avanti nel tempo. Ma per piccoli cambiamenti di entropia, il sistema potrebbe effettivamente continuare ad evolversi in avanti e indietro nel tempo.

Quindi, come si traducono queste complesse nozioni di fisica nell’effettiva esperienza umana? È finalmente giunto il momento di iniziare a fare i bagagli per un viaggio indietro nel tempo? Tieni i tuoi cavalli.

“Noi esseri umani siamo sistemi macroscopici. Non possiamo percepire queste sovrapposizioni quantistiche di evoluzioni temporali”, afferma Rubino. Per noi, il tempo va davvero avanti. Potrebbe darsi però che il mondo sia leggermente indeciso. “Al suo livello più fondamentale, il mondo è composto da sistemi quantistici [which can move forward and backward]”, spiega Rubino. “Avere una comprensione più profonda di come descrivere il flusso del tempo a livello di questi costituenti elementari potrebbe permetterci di formulare teorie più precise per descriverli e, infine, di ottenere una comprensione più profonda dei fenomeni fisici del mondo in cui abitiamo”.

Credito fotografico: coffeekai - Getty Images

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Non tutti però sono d’accordo sul fatto che la distinzione tra macroscopico e microscopico sia chiara. Ramakrishna Podila, un assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Clemson University nella Carolina del Sud, afferma che le statistiche su molte particelle rispetto alle statistiche su una singola particella sono un modo più accurato per descrivere le cose. Anche una singola particella ha i suoi microstati unici. Podila pensa che nella nostra ricerca per comprendere il tempo, stiamo anteponendo le equazioni alla realtà fisica e non abbiamo capito il punto.

“Associare la freccia del tempo con l’entropia o il collasso di un sistema quantomeccanico (come affermato nel documento) non sono affermazioni formali, ma metodi popolari facili da usare”, afferma. Anche l’evoluzione del tempo non è un assioma di per sé, ma una teoria che l’astrofisico Arthur Eddington coniato e reso popolare nel 1927. “Il fatto che queste idee vengano utilizzate non le rende verità. Quando dimentichiamo la fisica reale, sottostante [the universally accepted axioms]ci vengono in mente ogni sorta di cose pazze”, dice Podila.

Quindi forse è il tempo (e non lo spazio) ad essere l’ultima frontiera, nonostante quello che l’amato Capitano James T. Kirk ripeteva all’inizio di ogni Star Trek episodio. O forse lo spaziotempo, l’idea che spazio e tempo fondersi insieme in un continuum intrecciato, è. Da quando Einstein ha pensato alla sua teoria della relatività, abbiamo smesso di percepire lo spazio come una figura tridimensionale e il tempo come una figura unidimensionale. “Il tempo è diventato il quarto elemento di un vettore quadridimensionale che descrive lo spazio e il tempo”, afferma Rubino. È un’entità unificata e dinamica su cui ci stiamo ancora grattando la testa.

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