Le masse gravitazionali dei corpi fisici possono alterare lo scorrere della Freccia del Tempo. La Natura mostra come dominare il tempo e costruire macchine per viaggiare attraverso i secoli. L’ipotesi di costruire un mini buco nero in laboratorio per invertire la direzione del tempo. Il primo crononauta del nostro millennio
di Giancarlo Barbadoro
L’esperienza del viaggio nel tempo
Il viaggio nel tempo non appartiene più al dominio della fantascienza, ma rappresenta una realtà ben precisa della ricerca che la scienza moderna sta elaborando. Una realtà che sconvolge l’approccio convenzionale con i fenomeni acquisiti dell’universo e modificano la percezione del nostro habitat di esistenza; e soprattutto ci portano in una dimensione di valutazioni psicologiche e morali di portata inaspettata.
La ricerca sulla possibilità dei viaggi nel tempo consente di fare ipotesi che vanno oltre l’apparenza dei consueti fenomeni del nostro vissuto quotidiano. Lo studio sulla natura del tempo e sulla possibilità di viaggiare attraverso di esso ci apre ad una percezione dell’universo che non ha più nulla a che fare con quella abituale. Lo studio sui fenomeni temporali porta ad una conoscenza in cui scienza e filosofia si fondono.
Studiando il tempo solo come grandezza fisica, riferita allo scandire dei secondi di un orologio o dell’incedere degli anni di vita, non si potrebbe andare molto più in là di un contributo ordinario all’esperienza quotidiana, e non porterebbe ad alcun accrescimento esperienziale sull’argomento.
Lo studio della natura del tempo al di là del concetto di grandezza fisica apre invece porte di esperienze inimmaginabili sull’universo. Fuori della grandezza fisica il tempo si mostra come un altro aspetto dell’universo al di là di come siamo abituati a concepirlo nell’esperienza dello spazio.
In questa prospettiva ci possiamo rendere conto che non esiste una vera e propria “Freccia del Tempo” unidirezionale, così come l’aveva stigmatizzata Arthur Eddington nel 1927, ma possiamo esplorare l’universo non solo attraverso lo spazio, ma anche viaggiando attraverso la dimensione del tempo.
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| Stephen Hawking, lo scienziato inglese noto per le sue ricerche sulle proprietà fisiche dei buchi neri. Secondo il ricercatore la costruzione di una macchina del tempo potrebbe essere già tecnologicamente possibile |
In questo caso l’universo si mostrerebbe sicuramente diverso da come lo abbiamo sempre immaginato. Ad esempio non esisterebbe più un vero concetto di morte se grazie ad una “macchina del tempo” potessimo andare nel passato a conversare con personaggi storici che non dovrebbero essere più in vita.
Si aprirebbe un orizzonte filosofico senza precedenti. Di fronte ad un viaggiatore del tempo che giunge dal futuro, anche noi potremmo chiederci chi siamo e che cosa sia successo alla nostra morte, visto che per lui la nostra umanità contemporanea sarebbe composta da defunti, ricordati in un libro di storia.
Oggi molti ricercatori sono convinti che sia possibile, almeno sul piano teorico, costruire una macchina del tempo. Sono di questa idea gli statunitensi Kip Thorne, noto negli ambienti scientifici per aver scritto un poderoso trattato sulla relatività , e gli astrofisici Ulvi Yurtsever e Michael Morris. Condivide le loro tesi una équipe di ricercatori francesi del Centro Nazionale di Ricerca Scientifica di Meudon presso Parigi.
Si aggiunge a questa convinzione anche lo scienziato inglese Stephen Hawking, che ritiene come il viaggiare nel tempo oggi non sia più un’utopia, né una semplice speculazione filosofica, lasciando intendere che forse qualche gruppo di ricerca governativo americano è già al lavoro sul tema.
Due scienziati israeliani, Amos Ori e Yakir Aharonov dell’università di Tel Aviv, hanno proposto la possibilità di costruire concretamente una macchina del tempo utilizzando un buco nero da costruire in laboratorio, di dimensioni idonee. Il buco nero non dovrebbe avere grandi dimensioni, ma avrebbe la capacità di sovvertire il flusso unidirezionale della “Freccia del Tempo” e quindi consentirebbe ad una capsula temporale e ai suoi “crononauti” di spostarsi, a piacere, avanti e indietro attraverso le epoche. Non solo, ma consentirebbe anche di spostarsi rapidamente da una stella all’altra dello spazio accorciando le distanze esistenti.
Alcuni autori hanno teorizzato in merito che sarebbe necessario un “Collider”, un acceleratore di particelle elementari capace di farle scontrare tra di loro, lanciate ad alta velocità , sino a che venga dato vita a un mini buco nero. Una volta realizzato sarebbe possibile aprire verso il futuro un “worm hole”, un tunnel che si snoda attraverso lo spazio-tempo, in cui far fluire segnali codificati destinati agli scienziati che sono in attesa nel loro tempo.
Lo studio sui viaggi nel tempo comporta una necessaria sinergia di molteplici campi della fisica e della filosofia. Il confronto con le proprietà della dimensione del tempo può portarci ad una conoscenza che si snoda attraverso l’ignoto e che può consentire di sviluppare nuove forme di interattività con l’universo in cui viviamo.
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| Alcuni ricercatori hanno teorizzato la realizzazione di un mini buco nero in laboratorio, a mezzo della collisione di particelle all’interno di un Collider, per creare un “worm-hole”, un cunicolo attraverso lo spazio-tempo, in grado di raggiungere il futuro |
La ricerca nel campo dei viaggi del tempo ci porta in ogni caso ad una percezione dell’esistenza che va oltre la consuetudine e ci mostra una dimensione straordinaria con cui possiamo rivoluzionare le nostre convinzioni scientifiche e sensoriali alla ricerca di una sempre più completa conoscenza di noi stessi e dell'universo.
L’azione gravitazionale sul tempo
Oggi il tempo non appare più come un fenomeno inalterabile e ineluttabile, così come era stato descritto dall’astrofisico Arthur Eddington nella sua teoria della “Freccia del Tempo”. Un fenomeno unidirezionale che sembra essere profondamente legato solamente all’esperienza quotidiana.
È un classico, sostenuto dalla seconda legge della termodinamica, osservare come un corpo ceda il suo calore ad un altro e questo ad un altro ancora, verificandosi la sua progressiva perdita di intensità . Per la nostra esperienza quotidiana è impossibile osservare che l’ultimo corpo riporti indietro il calore ricevuto sino a ridare al primo l’intensità originaria del calore che aveva ceduto in precedenza.
È un fenomeno imprescindibile quello di vedere una tazzina che cade e si rompe in tanti pezzi senza ricomporsi ripercorrendo la caduta all’indietro. Non si è mai visto, a memoria d’uomo, che i cocci si mettano di nuovo spontaneamente insieme ridando alla tazzina la sua integrità . Eppure questo comportamento ordinario delle cose che sembra contraddistinguere la natura del tempo non è reale e non è neppure assoluto.
Possiamo dire che il comportamento del tempo così come lo conosciamo ha una sua caratteristica prettamente legata alla dimensione del nostro quotidiano sulla scala dei fenomeni a misura d’uomo. Ad esempio, le moderne osservazioni sul piano subatomico contraddicono la nostra convinzione sensoriale. Queste hanno rilevato infatti come il tempo si mostri perfettamente reversibile e come non valgano più i principi della seconda legge della termodinamica che ci è tanto fermamente abituale. Addirittura, attraverso le osservazioni della ricerca moderna, si scopre che il flusso del tempo è manipolabile e può aprire la strada all’effettiva realizzazione di una “macchina del tempo”.
La teoria della relatività proposta da Einstein stabilì che il tempo non scorre con un flusso uniforme, ma è destinato a rallentare in prossimità dell’influenza delle masse e, per via di questo fenomeno, non esiste addirittura una sincronicità temporale tra i diversi luoghi dello spazio.
È stato dimostrato come la materia influisca sulla struttura dello spazio. La sua concentrazione, la massa, come quella che costituisce un pianeta o una galassia, incurva la linearità virtuale della distesa spaziale. Un esperimento condotto dalla NASA con il satellite Gravity Probe-B, lanciato nel 2004, ha consentito di verificare nel 2011 un effetto provocato dalla gravità terrestre attraverso quattro giroscopi mantenuti in una condizione di superfreddo che hanno misurato la presenza di un vortice spazio-temporale attorno alla Terra, come prevede la teoria della gravità einsteniana. Per capire il fenomeno si può immaginare la Terra come una sfera pesante di metallo posata al centro di un panno teso. Il panno sotto il peso della massa di metallo si incurva creando un indotto verso la stessa sfera distorcendo lo spazio e il fluire del tempo.
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| Un “wormhole”, “buco di verme”, sarebbe in grado di modificare il flusso del tempo e della posizione dello spazio dando la possibilità alle future missioni spaziali di esplorare mondi estremamente lontani dalla Terra in tempi praticamente istantanei |
Anche Arthur Eddington, l’ideatore della “Freccia del Tempo”, aveva avuto modo di verificare per la prima volta il fenomeno della “lente gravitazionale” prevista da Einstein, in occasione dell'eclissi del 29 maggio 1919, quando constatò che la luce delle stelle veniva deflessa dal Sole.
La rilevazione della modifica della costante temporale
In prossimità di una massa il fluire del tempo rallenta in proporzione al valore di grandezza della stessa massa. Più ci si allontana dalla massa e più il tempo riprende a scorrere veloce.
Possiamo citare alcuni esempi che evidenziano come le masse gravitazionali possono influire sulla costante del tempo.
Nel 1959 gli scienziati R.V.Pound e G.A.Rebka dell'Università di Harvard applicarono l'effetto Mossbauer, che consente di utilizzare i nuclei atomici come orologi estremamente precisi, per verificare il postulato relativistico sulla contrazione del tempo. Nella struttura di ricerca del Jefferson Physical Laboratory, negli USA, vennero proiettati allo scopo dei fasci di raggi gamma dal piano terra dell'edificio verso l'ultimo piano, a circa 20 metri di altezza.
La teoria della relatività prevedeva che se la gravità rallenta il tempo, lo spettro della radiazione emessa in presenza di un forte campo gravitazionale, come quello della Terra, doveva essere spostato verso il rosso, cioè verso frequenze minori. Fu quanto venne rilevato nell'esperimento. Il fenomeno del rallentamento gravitazionale del tempo era stato dimostrato.
Pound e Rebka riuscirono anche a misurare la differenza nello scorrere del tempo tra il tetto e la base. Il ritardo previsto per una differenza di altezza così piccola è minuscolo, ma Pound e Rebka grazie all’impiego del loro orologio atomico riuscirono a misurarlo.
Il principio della dipendenza del tempo all’azione gravitazionale e il fenomeno della non sincronicità degli eventi temporali, venne ulteriormente verificato nella constatazione che un nucleo radioattivo posto al piano terreno di un edificio, sottoposto quindi a maggior gravità , manifesta una frequenza minore dei raggi gamma, cioè una minore lunghezza d'onda, rispetto ad una identica fonte radioattiva posta molto più in alto, che risulta essere maggiore. Come dire che al piano terreno, in prossimità della massa del pianeta, il tempo degli orologi scorre più lentamente di quello dei piani superiori.
Negli anni ‘60 in Italia venne condotto un esperimento per verificare il fenomeno di rallentamento del tempo in dipendenza all’azione delle masse gravitazionali. Due orologi atomici tarati sullo stesso tempo vennero separati. Uno fu portato in cima al Cervino, l'altro rimase in attesa in laboratorio. Quando, al termine dell'esperimento, i due orologi furono messi a confronto, quello tenuto in vetta risultò in anticipo di qualche miliardesimo di secondo rispetto a quello lasciato al livello del mare.
Nel 1972, negli USA, venne ripetuto l'esperimento con due orologi atomici all'idrogeno. Uno di questi venne caricato su un aereo militare che si alzò per volare per alcune ore ad alta quota. Quando fu riportato a terra l'orologio aveva anticipato di un miliardesimo di secondo ogni secondo del suo gemello lasciato a terra. Risultò evidente che a bordo dell'aereo, lontano dalla massa della Terra, il tempo era scorso più velocemente di quanto era avvenuto al suolo.
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| Il paradosso dei due gemelli proposto da Einstein per spiegare gli effetti della massa sul tempo. Il gemello astronauta, a bordo dell’astronave lanciata alla velocità prossima a quella della luce, si troverebbe a vivere un tempo rallentato rimanendo più giovane del gemello lasciato sulla Terra |
I paradossi e le prospettive dell’azione gravitazionale sul tempo
Negli anni della conquista dello spazio, una sonda lanciata nel sistema solare venne persa nello spazio dal centro di controllo di Houston. Poi qualcuno si ricordò del postulato relativistico di Einstein sul rapporto esistente tra velocità , massa e tempo e la sonda potè così essere "riagganciata". Ancora oggi, i progettisti delle missioni nello spazio devono tener conto degli inevitabili effetti relativistici prodotti dalla velocità sul tempo.
Anche il sistema GPS, il Global Positioning System, usa tuttora il criterio relativistico per calcolare la posizione corretta dei soggetti che si muovono sulla superficie del pianeta. Infatti gli orologi atomici nei satelliti della rete GPS sono più veloci di quelli a terra, in anticipo di circa 38 milionesimi di secondo al giorno, per l'effetto combinato del moto del satellite e del fatto che il campo gravitazionale terrestre è più debole alla quota orbitale. Se non venisse tenuto in conto lo spostamento temporale creato dal moto e dalla gravità della Terra, la posizione rilevata dal “navigatore” risulterebbe sfasata rispetto a quella indicata dal satellite orbitante nello spazio.
Gli effetti dell’azione della massa sul tempo sono resi ancora più evidenti nell'ormai classico esempio del “paradosso einsteniano dei due gemelli”, così come è stato prospettato dalla applicazione teorica della relatività . Questo paradosso prevede che uno dei due gemelli si imbarchi su un’astronave che parte verso lo spazio alla velocità di 260.000 km al secondo per raggiungere una stella posta alla distanza di 45 anni luce. Secondo quanto previsto dalla relatività , a quella velocità la massa dell'astronave aumenterebbe a dismisura e a causa di essa il tempo a bordo verrebbe enormemente rallentato sino a differenziarsi sensibilmente da quello rilevato sulla Terra alla partenza dell’astronave.
Al termine del viaggio, il tempo trascorso a bordo dell'astronave porterebbe il gemello astronauta ad avere 48 anni di età , mentre per quello rimasto sulla Terra il tempo trascorso risulterebbe di ben 102 anni. Quando i due gemelli si erano separati avevano ognuno 20 anni, al loro incontro non avrebbero più la stessa età . Il tempo risulterebbe trascorso in maniera differente per ciascuno di loro. Un esempio che mostra senza ombra di dubbio l'assenza di sincronicità del tempo nell'universo e l'indeterminatezza con cui si può esprimere la freccia del tempo, sino a dubitare che essa possa realmente manifestarsi al di là dell'esperienza percettiva dell'uomo.
Ma senza attendere la possibilità dei viaggi spaziali, è quanto già accade ora negli acceleratori di particelle. Accade infatti che una particella, di cui si conosce il tempo di vita, prima di decadere nelle caratteristiche di un'altra particella, può vivere per un tempo più lungo di quanto le spetterebbe. La velocità assunta dalla particella nell’acceleratore giunge a conferirle maggiore massa e quindi rallenta il tempo, rimanendo con le sue caratteristiche più a lungo.
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| Edward Whymper, lo scalatore che per primo conquistò la vetta del Cervino, divenendo il primo “crononauta” nell’alterazione temporale dovuta al venir meno dell’influenza della gravità terrestre |
Possiamo applicare l’influenza delle masse sul tempo valutando quello che accade in una qualunque città . Il tempo di chi abita al piano terreno, anche se in infinitesimali valori di misura, ma che comunque rendono evidente il fenomeno, scorre inevitabilmente più lentamente di chi abita nello stesso palazzo al 30° piano. In pratica, l’inquilino del piano terra avrà teoricamente modo di vivere più a lungo del suo coinquilino che abita in alto.
Ma accade anche, paradossalmente, che entrambi non si trovino nello stesso tempo.
Allo stesso modo non si trova nello stesso tempo chi sta viaggiando a bordo di un aereo di linea, che si trova spostato nel futuro di pochissimi nanosecondi, rispetto al proprio amico che lo sta attendendo all’aeroporto. Non si trova nello stesso tempo chi si trova in questo momento al suolo rispetto all’equipaggio di una stazione spaziale che sta orbitando intorno alla Terra. La ISS, ad esempio, non è nello stesso tempo di quanti si trovano nelle città della Terra. Si trova nel futuro, anche se per pochi miliardesimi di secondo.
La constatazione che il tempo può essere reversibile a determinate condizioni e la valutazione di poter manipolare il tempo attraverso l’azione gravitazionale rende credibile la costruzione di “macchine del tempo” che siano in grado di viaggiare attraverso la dimensione temporale.
Il primo viaggiatore del tempo della nostra epoca
La capacità di viaggiare attraverso il tempo è già al presente una realtà . Conosciamo addirittura il primo “crononauta” che è riuscito a superare la barriera del tempo per raggiungere il futuro per poi ritornare nuovamente nella nostra epoca risultando più giovane di tutti gli altri uomini che aveva lasciato nella sua epoca.
Ne parlano i libri di storia. Il crononauta in questione è Edward Whymper che salì in vetta al Monte Cervino il 14 luglio 1865.
Ovviamente l’alpinista non era consapevole della sua impresa di viaggiatore temporale, ma nel suo soffermarsi in cima alla montagna si trovò a vivere in un altro tempo rispetto a quello che era vissuto nella pianura sottostante. Un evento che sarebbe stato rivelato secoli dopo dall’esperimento attuato, con i due orologi atomici, proprio sul Cervino.
Edward Whymper si trovò inconsapevolmente a vivere in un tempo più veloce di quanto lo vivessero i suoi compagni alla base della montagna. L’alpinista fece un vero e proprio salto nel futuro per poi ritornare al suo passato, che si trovava ad essere più vecchio di quando lo aveva lasciato. Anche se di pochi miliardesimi di secondo, che in ogni caso facevano la differenza.
La Natura, rivelando altri segreti delle sue leggi, ha indicato alla scienza moderna un’altra via per aprire nuove porte di esperienza e di conoscenza sull’universo.
Forse la convinzione di Hawking è ben reale e in questo momento ci sono già dei prototipi di macchine del tempo che sfidano la complessità dell’architettura dell’universo in piccoli salti temporali in tutte le direzioni.
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