Viaggiare nel tempo

Secondo uno studio compiuto dal ricercatore israeliano Amos Ori, esiste la possibilità di costruire una macchina del tempo che non violi alcuna legge della fisica. Ma quali paradossi comporta, da un punto di vista filosofico, l'idea del viaggio nel tempo?

I viaggi nel tempo sono di sicuro, insieme al contatto con civiltà aliene, il filone più affascinante della fantascienza, oggetto fino ad oggi di infiniti libri, racconti, film.

Ma è un tema che non riguarda solo la fantascienza. Sono anni, infatti, che i fisici più brillanti si sforzano di trovare una serie di equazioni che dimostri la possibilità, se non altro teorica, di viaggiare nel tempo.

La teoria della relatività di Einstein, confermata ormai da svariati esperimenti, dimostra che il tempo fa parte, insieme alle tre dimensioni spaziali, di un unico continuum spazio-temporale, soggetto a deformarsi in conseguenza dell'azione della forza di gravità e della velocità.

Tradotto in parole povere, ciò significa che una persona che viaggiasse nello spazio ad altissima velocità, grazie ad una potente astronave, ritornerebbe sulla Terra al termine del proprio viaggio più giovane di un suo ipotetico gemello rimasto nel frattempo fermo sul pianeta. Ovvero, il tempo soggettivo di chi viaggia ad alta velocità scorre più lentamente del tempo soggettivo di chi viaggia a velocità inferiori.

Tra le implicazioni della teoria di Einstein vi è, inoltre, che non esiste un tempo unico, un momento presente applicabile all'intero universo. Esiste invece il tempo soggettivo di ogni oggetto fisico, vivente o non vivente, grande o piccolo che sia, dipendente dalla sua velocità e dall'attrazione gravitazionale a cui è sottoposto.

Tutto ciò si scontra fortemente con l'esperienza comune, che ci fa supporre che il nostro “adesso” corrisponda all'”adesso” di chiunque altro nel mondo, ovvero che la durata di un secondo sia la stessa dovunque. In realtà calcoli molto accurati dimostrano che la durata di un secondo… non è sempre un secondo. Dipende invece da dove ci si trova e dalla velocità con la quale si sta viaggiando.

Benché di difficile comprensione per la mente comune, il paradosso dei gemelli è un paradosso solo apparente, perché non viola i principi logici essenziali a cui siamo sottoposti: entrambi i gemelli percorrono il proprio tempo verso il futuro, solo che lo percorrono a velocità differenti.

Altre implicazioni della teoria di Einstein portano invece ad un vero e proprio paradosso. Oggetti di massa estremamente elevata potrebbero infatti curvare lo spaziotempo fino a chiuderlo su se stesso, creando così strani “oggetti” denominati closed timelike curves (CTC), ovvero curve temporali chiuse. Si tratta di percorsi nel tempo, i quali, essendo chiusi come anelli, consentirebbero di viaggiare nel tempo, incontrando ad un certo punto del viaggio non il proprio futuro, ma il proprio passato.

Un recente lavoro del fisico israeliano Amos Ori, pubblicato su Physical Review Letters, dimostra che è possibile in teoria, senza violare leggi fisiche, costruire una macchina del tempo in grado di permettere di incontrare, paradossalmente, il proprio passato. (Dell'argomento si è occupato anche il Corriere della Sera, in un recente articolo di tono molto divulgativo.) Saltando le parti matematiche, traduco di seguito alcuni passi dello studio di Amos, intitolato A new time-machine model with compact vacuum core (Un nuovo modello di macchina del tempo con un nucleo vuoto compatto).

Il problema dello sviluppo di una macchina del tempo è una delle domande aperte irrisolte nella fisica dello spaziotempo. Le macchine del tempo sono configurazioni dello spaziotempo che comprendono curve temporali chiuse [closed timelike curves] (CTC), in grado di consentire ad osservatori fisici il ritorno al proprio passato. In presenza di una macchina del tempo, la nostra usuale nozione di causalità non vale più. La domanda principale è: le leggi di natura consentono, in linea di principio, la creazione di una macchina del tempo a partire da condizioni iniziali “normali”? (Per “normale” intendo, in particolare uno stato iniziale in cui non vi siano CTC.)

Il nostro modello consiste di un toro [=un solido a forma di ciambella] vuoto, che costituisce il nucleo della macchina del tempo. Questa regione toroidale vuota è immersa in una regione di materia più grande, di forma sferoidale, che soddisfa le condizioni di energia. La regione materiale è finita ed è circondata da una regione vuota esterna asintoticamente piatta. la violazione della causalità si verifica nel nucleo vuoto interno ed è completamente determinata dalle condizioni iniziali dell'insieme compatto S0 (localizzato anch'esso nel nucleo vuoto).

Esistono due analisi piuttosto generali, di Tipler e di Hawking, che pongono vincoli sulla creazione di una macchina del tempo in una regione compatta di spazio senza violare le WEC [Weak Energy Conditions: le WEC stabiliscono che per ogni osservatore fisico (sul vettore del tempo), la densità dell'energia è non-negativa, come accade per tutti i tipi noti di campi materiali (classici)]. A prima vista ciascuna di queste analisi sembrerebbe precludere la possibilità di un modello come quello presentato qui. Un esame più approfondito, tuttavia, rivela che non c'è alcuna incoerenza.

Vogliamo sottolineare nuovamente che, benché probabilmente non “compattamente generato”, il nostro modello dimostra la formazione di circoli causali chiusi a partire dalle condizioni iniziali su una regione vuota compatta S0.

Il fatto che le condizioni energetiche deboli, dominanti, e quelle forti siano soddisfatte suggerisce che le condizioni inziali richieste per il nostro modello sono accettabili. Ciò non vuol dire che noi saremo in grado di produrre concretamente in un prossimo futuro tali condizioni iniziali. Tuttavia forse una civiltà avanzata sarà in grado di farlo (e forse anche processi naturali, coinvolgenti grandi masse gravitazionali in rapido movimento, possono condurre a simili condizioni). Rimane ancora, però, il problema della stabilità.

Numerose analisi indicano possibili instabilità, per diverse soluzioni proposte per una macchina del tempo, alle classiche perturbazioni e/o alle fluttuazioni quanto-meccaniche. Queste instabilità possono far sorgere dubbi se un modello come quello qui presentato possa essere realmente implementato. Appare tuttavia che, finora, queste indicazioni di instabilità non eliminano la possibilità di una effettiva costruzione di una macchina del tempo.

La forza dell'instabilità quantistica non è ancora chiara e non è neppure chiaro quale potrebbe essere l'effetto di tale instabilità (cioè quale sarà la configurazione dello spaziotempo che alla fine risulterebbe). Dovremo forse attendere la formulazione di una teoria completa della gravità quantistica, prima di poter sapere se le instabilità quantistiche forniranno oppure no una protezione alla cronologia.

Seppure le leggi fisiche non risultano contraddette, stando alle conclusioni di Amos Ori, dalla possibilità di viaggiare a ritroso nel tempo, l'idea di incontrare se stessi nel proprio passato, o anche di influire sulle condizioni a monte della propria esistenza, è paradossale per vari motivi. Se io, per esempio, usando un'ipotetica macchina del tempo, incontrassi me stesso come ero anche solo dieci minuti fa, i dieci minuti di distanza temporale che separano il me stesso che torna indietro nel tempo dal me stesso “normalmente” esistente nel passato, avrebbero la stranissima proprietà di essere passato per il me stesso viaggiatore del tempo e futuro per l'alter ego che riceve la visita.

In altri termini, in quanto me stesso, dovrei serbare il ricordo di un incontro che ancora non ho fatto! E, se non serbo tale ricordo, significa che la persona che ho incontrato nel passato non ero io… Ma se serbo, invece, il ricordo, significa che ho incontrato qualcuno: dunque abbiamo due persone, il viaggiatore nel tempo e lo “stanziale”, non più una sola. Da qualunque parte si guardi l'incontro, non si sfugge alle sue conseguenze paradossali.

Altrettanto impossibili, almeno per il senso comune, sono le conseguenze dell'alterazione del passato, anche se si evita di incontrare direttamente se stessi. Se io tornassi ad un'epoca precedente il matrimonio dei miei genitori ed impedissi loro di sposarsi e di mettermi al mondo, chi sarebbe mai quell'essere “non nato” venuto dal futuro a cambiare il corso degli eventi?

Tutto ciò ha a che fare con quella che i fisici chiamano la freccia del tempo. Il tempo, cioè, a differenza dello spazio, sembra avere una sola direzione, un solo senso di marcia. Mentre una strada può essere percorsa indifferentemente da Nord a Sud o da Sud a Nord, il tempo lo si può percorrere solo dal passato verso il futuro. In altre parole, gli eventi che si succedono nel tempo non sono reversibili.

Se un bicchiere cade a terra e si frantuma in mille pezzi, non è possibile ripetere l'evento al contrario: non è dato nella realtà che i frantumi del bicchiere, facendo il contrario di ciò che le leggi fisiche prescrivono loro (cioè schizzare in tutte le direzioni in seguito all'impatto con il suolo), si ricompongano da soli fino a ricostituire il bicchiere nella sua integrità originaria. Se si proietta al contrario il filmato della rottura di un bicchiere, ci si accorge immediatamente che la ricostituzione dell'oggetto dai suoi frammenti rappresenta una violazione dei vincoli a cui la realtà fisica è sottoposta.

Tornare indietro nel tempo sarebbe appunto una violazione della direzione della freccia del tempo. Per sfuggire a tale paradosso, fisici e scrittori di fantascienza hanno proposto la teoria degli universi paralleli. Come è noto, la realtà fisica a livello quantistico soggiace a leggi diverse da quelle valide a livello macroscopico. Mentre un essere umano può esistere in un solo stato per volta, per esempio “vivo” o “morto”, una particella subatomica può esistere in più stati simultanei, che, in base al senso comune, si escluderebbero a vicenda.

E' dimostrato, ad esempio, che un elettrone può esistere simultaneamente come onda e come particella. Il particolare tipo di interazioni richieste ad un oggetto subatomico, lo farebbero propendere per uno stato di esistenza o per l'altro. Secondo alcuni fisici, addirittura, non esisterebbe una realtà subatomica in sé, finché l'intervento di una particolare interazione non fa “precipitare” il mondo quantistico in uno stato definito e misurabile. La teoria degli universi paralleli sfrutta l'indeterminatezza del mondo quantistico per postulare la coesistenza di universi differenti, che possono essere attraversati viaggiando a ritroso nel tempo.

Grazie dunque all'esistenza di universi paralleli, io potrei tornare indietro nel mio passato, modificarlo fino al punto di impedire la mia nascita e continuare a vivere indisturbato. Il differente futuro che si genererebbe in seguito al mio intervento modificatore esisterebbe soltanto in un universo parallelo. Intanto, nel mio universo “originario”, quello da cui sarei partito per viaggiare a ritroso nel tempo, si registrerebbe “semplicemente” la mia scomparsa: tutto continuerebbe a funzionare come prima, solo senza di me. Ciascun universo sarebbe perciò perfettamente coerente al suo interno: ogni evento storico sarebbe sottoposto ai principi di causalità, di non contraddizione e di non reversibilità della freccia del tempo.

A me sembra però che anche lo scenario degli universi paralleli contenga delle possibili contraddizioni. Se potessi tornare indietro nel tempo ed incontrare me stesso nel passato, sia pure in un universo parallelo, saremmo in ogni caso due persone, non una. Quindi o il concetto di “me stesso” è inadeguato a descrivere l'evento e la relazione tra i due che si incontrano oppure l'evento e la relazione sono impossibili. Se sono possibili, per entrambi i “me stesso” l'incontro in un qualsiasi universo deve essere comunque un evento che va dal passato verso il futuro, altrimenti altererebbe la freccia del tempo. Alla fine, dunque, anche il viaggio nel passato è un viaggio nel futuro…

di Michele Diodati

fonte:pesanervi.diodati.org/