“L’ordine del tempo” di Carlo Rovelli (3/6)
Tempo e meccanica quantistica
Una approfondita analisi in sei puntate dei contenuti del libro di Carlo Rovelli “L’ordine del tempo”, spiegati nel modo più semplice possibile. Una lettura dedicata a chi prova un senso di vertigine di fronte al mistero del tempo.
Relatività ed entropia ci hanno mostrato che il tempo non è unico, non è indipendente, non ha un presente condiviso, non ha una direzione a livello microscopico. La comune nozione di ‘tempo’ esce da questa gragnuola di colpi come un pugile suonato, pronto a ricevere il pugno del KO. E il pugno arriva inesorabile, inferto dalla meccanica quantistica, la teoria di maggior successo del 20° secolo, in grado di fornire predizioni che si sono rivelate corrette con un altissimo grado di precisione.
Sono tre le proprietà che caratterizzano il mondo dei quanti: la granularità, l’indeterminazione e l’aspetto relazionale delle variabili fisiche. Ciascuna di esse contribuisce a distruggere quel poco che restava della nostra idea di tempo.
Nell’idea di tempo c’è, ad esempio, l’idea del continuo, cioè la presunzione di poter suddividere il flusso temporale in una quantità di intervalli, di istanti, arbitrariamente piccoli. La fisica quantistica ci mostra che invece le cose non stanno così. La realtà è quantizzata, non è continua: la luce per esempio è fatta di fotoni, cioè quanti di luce; gli elettroni intorno al nucleo di un atomo possono esistere solo in determinati livelli energetici e non in altri, e così via. Anche il tempo è quantizzato, secondo la gravità quantistica. Non possiamo dimostrarlo materialmente, perché l’intervallo minimo possibile, il cosiddetto tempo di Planck, corrisponde a una durata inconcepibilmente piccola: 10⁻⁴⁴ secondi, un intervallo così breve da essere al di là (almeno per ora) di ogni possibilità sperimentale. Tuttavia, se potessimo scendere fino al tempo di Planck, scopriremmo che una durata più breve, per esempio 10⁻⁴⁵ secondi, è impossibile. A quella scala il tempo non fluisce più in modo continuo, ma a salti. Il tempo non è infinitamente divisibile.
La seconda proprietà dell’universo quantistico è l’indeterminazione. Ogni particella esiste in uno stato indeterminato finché non entra in un’interazione con qualche altra entità (cioè finché non avviene una misurazione, per usare un termine tecnico più preciso). Prima e al di là dell’interazione, la particella esiste in quella che si definisce una sovrapposizione di stati: una condizione che non ha riscontro nella nostra esperienza quotidiana e che possiamo rappresentarci come una nuvola di probabilità, nessuna materialmente realizzata.
In virtù di quest’intrinseca indeterminazione, non possiamo sapere, per esempio, un elettrone in quale punto esatto dello spazio si troverà nel momento in cui ne misureremo la posizione. Ma sappiamo anche che spazio e tempo sono intimamente collegati a formare lo spaziotempo, che è il modo in cui si manifesta il campo gravitazionale. Ciò significa che la medesima indeterminazione che caratterizza la posizione di un oggetto nello spazio influenza anche la sua posizione nel tempo. Per dirla con le parole di Rovelli:
Anche la distinzione fra presente, passato e futuro diventa quindi fluttuante, indeterminata. Come una particella può essere diffusa nello spazio, così la differenza fra passato e futuro può fluttuare: un avvenimento può essere insieme prima e dopo un altro.
A rendere ancora più indeterminate le caratteristiche del tempo, contribuisce la terza proprietà del mondo dei quanti: l’aspetto relazionale delle variabili fisiche. Quando una particella interagisce con qualche altra cosa— per esempio un elettrone colpisce lo schermo di un televisore a tubo catodico — perde la sua indeterminazione, si localizza, ma solo relativamente a ciò con cui ha interagito (lo schermo del televisore). Per il resto dell’universo, succede invece che l’elettrone comunica la sua indeterminazione, come una sorta di “contagio”, allo schermo del televisore. È solo nell’ulteriore interazione con un terzo oggetto che entrambi possono uscire dalla sovrapposizione di stati tipica dell’indeterminazione quantistica e apparire in una configurazione determinata.
La conseguenza di questo aspetto relazionale del mondo quantistico è che le durate temporali degli accadimenti sono determinate solo rispetto a specifiche interazioni, mentre sono indeterminate ed esistono in una sovrapposizione di stati per tutto il resto dell’universo.
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