La fisica dell’illusione

“La persistenza della memoria” (Salvador Dalì, 1931)

di Giorgio Masiero

Dall’assoluto al relativo, dal relativo all’illusorio: l’escalation nella degradazione del tempo da parte della speculazione matematico-fisica

Ricorre quest’anno il centenario della teoria della relatività generale, il (secondo) capolavoro di Einstein, dove la gravità è ridotta a geometria, cosicché i moti celesti sono spiegati come effetti inerziali della curvatura locale dello spazio-tempo. Anche in questo caso però, com’è sempre accaduto nella storia della scienza naturale, la scoperta ha originato più nuove domande delle risposte che è riuscita a fornire. Facciamo un passo indietro, di 1.500 anni.

Non sarà mai apprezzata abbastanza la ricerca originale (psicologica, filosofica, metafisica e religiosa) sulla natura del tempo che Sant’Agostino fece nelle sue “Confessioni” (398 d.C.), un libro il cui soggetto è l’uomo integrale, indagato dall’autore attraverso un’innovazione letteraria, l’introspezione. “Gli uomini vanno ad ammirare le vette dei monti, le onde enormi del mare, le correnti amplissime dei fiumi, la circonferenza dell’Oceano, le orbite degli astri, mentre trascurano se stessi”: le “Confessioni” sono il primo caso di Bildungsroman, intercalato da digressioni sul linguaggio, la relatività delle leggi civili, la memoria, la fragilità umana e… il tempo. Montaigne e Proust avrebbero seguito le orme.

Il tempo reale, scopre Agostino scavando dentro di sé, anche se è convenzionalmente misurato da un giro del Sole, è un vissuto dell’anima. Il tempo è una cosa concreta, intimamente connessa all’esperienza presente, passata e futura di ognuno. Il futuro non c’è ancora, ma c’è nell’anima l’attesa delle cose future. Il passato non c’è più, ma c’è nell’anima la memoria delle cose passate. Il presente ha la durata di un istante, ma perdura nell’anima l’attenzione alle cose presenti. Il tempo esperito diviene così un eterno presente, perché il passato è in realtà il presente del passato (presente nella memoria di ciò che è stato), mentre il futuro è il presente del futuro (presente nella speranza o nel timore di ciò che sarà). In accordo con la Bibbia, Agostino formula una concezione lineare del tempo e inventa il concetto di storia: il tempo ha avuto inizio con la creazione e terminerà col giudizio universale. Tutto ciò che accade dall’inizio del tempo alla sua fine, cioè la storia cosmica e umana, è unico ed irripetibile.

Nella metafisica dei teologi arabi del Kalam (IX-XII secolo), i mutakallimun, la speculazione sul tempo fisico – quella grandezza che si misura con strumenti dedicati – fece passi ulteriori. Non esiste uno spazio separato dal tempo, ma un’unione reale in cui la dimensione temporale è connessa alle 3 spaziali; né lo spazio-tempo è assoluto, ma le sue estensioni sono relative all’osservatore: “Non c’è nessuna differenza tra l’estensione temporale che, rispetto ad uno di noi, distingue il prima dal poi, e l’estensione spaziale che, rispetto ad uno di noi, divide il sopra dal sotto” (Al Ghazali, “Incoerenza dei filosofi”). In assenza di corpi materiali né lo spazio, che ne indica la superficie limitante e le distanze reciproche, né il tempo che ne descrive lo stato di moto hanno senso: “Il tempo è la durata in cui un corpo è a riposo o in moto: se il corpo è privato di questi stati cessa di esistere e anche il tempo cessa di esistere. […] Corpo e tempo coesistono” (Ibn Hazm, “Dettagliato esame critico”). Spazio, tempo, corpi e moto sono nel Kalam 4 concetti correlati.

Distinguendolo dalla durata degli stati mentali (“aevum”) e della vita divina (“aeternitas”), la Scolastica cristiana avrebbe condiviso le concezioni dei mutakallimun sul tempo fisico (“tempus”): “Nello stesso modo che non c’è uno spazio reale fuori dell’universo e possiamo tuttavia immaginarlo, così prima dell’inizio del mondo non c’era un tempo, benché possiamo immaginarlo” (Tommaso, “De potentia”). “Si dice che le cose furono create all’inizio del tempo, non perché l’inizio del tempo sia misura dell’atto creativo, ma perché il cielo e la terra sono stati creati insieme al tempo” (“Summa Theologiae”).

L’orologio di Jacopo Dondi a Padova

Chi ha detto che la scienza moderna nacque nel XVII secolo? Se consideriamo  il tempo fisico, la scoperta più importante avvenne in pieno Medio Evo, nel XIII secolo, e fu un’autentica rivoluzione: la creazione di orologi meccanici. Questi, installati prima nei conventi benedettini e progressivamente in torri e campanili di tutt’Europa, scandivano, per la prima volta al mondo in forma affidabile e continuativa, il tempo del lavoro nelle campagne e nei laboratori artigianali e il tempo del riposo e della preghiera, le stagioni della potatura, della semina e della raccolta, ecc., ecc. L’introduzione del bilanciere e dello scappamento portò alla costruzione di macchine che segnavano (e scoccavano ai quattro venti con sistemi sonori sincronizzati) l’ora e le sue frazioni, il giorno, il mese, la costellazione, la fase lunare. In figura è ritratto il primo orologio astronomico (Padova, 1344), tuttora funzionante. Nella metà della figura riguardante l’ingranaggio, si distinguono la parte destra dedicata a misurare il tempo (con lo scappamento e il bilanciere) e la parte sinistra dedicata a battere i botti.Il giorno solare (medio) di questi orologi – e la sua frazione 1/86.400, chiamata secondo – sono stati fino al 1956 l’unità ufficiale del tempo in fisica. Oggi, con l’introduzione di orologi atomici, il secondo è definito come 9.192.631.770 periodi di una particolare transizione di livello del Cesio 133.

Guidato da un’asimmetria presente nelle equazioni di Maxwell (1864) e dall’invarianza della velocità della luce emersa nell’esperimento di Michelson e Morley (1887), con un paio di geniali intuizioni Einstein trovò tra il 1905 e il 1915 le equazioni che correlano quantitativamente le 4 grandezze che i mutakallimun  avevano unito metafisicamente. Nella relatività generale lo spazio-tempo è un fluido 4-dimensionale che ospita la materia e i campi (le forze della natura) e interagisce con essi, modificandoli ed essendone modificato. Lo spazio-tempo ha, per le masse e le energie che lo popolano, la stessa realtà che ha il mare per le navi che lo solcano: il mare si allarga, si stringe, s’incurva, avvolge la nave, la può spostare ed anche rovesciare. Viceversa la nave sposta l’acqua, fa cambiare la forma alla superficie del fluido, modifica le onde e ne crea di nuove. Se nei pressi c’è un altro natante, gli spostamenti, provocati dalla prima nave all’acqua immediatamente circostante, vengono trasmessi attraverso le onde fino all’acqua che circonda il natante e ne disturbano il movimento. È così, in definitiva, che il Sole attrae la Terra (e viceversa); che la Luna muove le maree sulla Terra (e viceversa, la Terra trattiene intorno a sé la Luna); che roteano reciprocamente le galassie nell’universo. La massa del Sole modifica lo spazio-tempo del sistema solare, incurvandolo, e le increspature eteree si trasmettono come onde alle zone di spazio-tempo vicine, che si trasmettono a quelle più in là…, fino ad arrivare (alla velocità della luce) alle zone di spazio-tempo vicine a ciascun pianeta: questo ne risente incurvandosi verso il Sole e così correggendo alla Keplero la sua traiettoria altrimenti rettilinea. Non c’è nella gravitazione quell’azione istantanea a distanza che Newton congetturò senza potersela spiegare. La relatività generale:

• descrive con maggior precisione della gravitazione newtoniana il moto degli astri;

• non solo: sorprendendo il suo stesso autore, diede origine ad una nuova scienza sperimentale, la cosmologia scientifica, a partire dalla predizione dell’espansione dell’universo fino ai buchi neri;

• ancora: insegnò l’importanza della geometria e della simmetria in fisica, in uno schema che sarebbe stato più volte replicato fruttuosamente in altri rami, dal modello standard alla cristallografia.

• Ma c’è un ma: la relatività generale non si combina con la descrizione della materia ai livelli atomico e subatomico offerta dalla fisica quantistica.

La gravità non è quantizzata, né è soggetta al principio d’indeterminazione: la discrepanza nel suo comportamento rispetto agli altri tre campi causa contraddizioni matematiche che i fisici teorici cercano da molti anni di risolvere, ancora senza successo, in una super-teoria unificata. La debolezza del campo gravitazionale rispetto agli altri campi rende praticamente impossibile misurare eventuali effetti quantistici della gravità, cosicché non ci sono dati sperimentali a guidare la ricerca teorica verso la nuova teoria unificata. Rilevare un “gravitone” – l’ipotetica particella del campo gravitazionale quantizzato – richiederebbe un acceleratore delle dimensioni della Via Lattea o un rivelatore della massa del pianeta Giove. Allora ai fisici non resta che dedicarsi alla fantasia matematica, formulando sistemi formali coerenti, estremamente astratti – come la teoria delle stringhe, la gravità asintoticamente libera, ecc. – che però corrono il rischio di non avere alcun rapporto con la fenomenologia. “Finché non vedrò una predizione controllabile, io non ci credo” (Brian Greene, superesperto in stringhe). Se non ci crede, almeno vi si diletta e ci vive.

L’occasione di scoprire il santo Graal della “Teoria del Tutto” (dove “Tutto” è evidentemente un po’ esagerato) risulta troppo ghiotta per non scatenare una corsa verso cieli sempre più alti tra i fisici con propensioni astrattiste. Sono stati così inventati anche modelli di funzionamento della natura nei quali la contraddizione matematica tra la relatività e i quanti viene eliminata al prezzo d’introdurre una contraddizione nuova ancora più grave per la scienza sperimentale: quella con l’esperienza! Secondo uno di questi modelli, per es., il tempo non esiste. Il tempo sarebbe un’illusione. Così,

–          dopo il monumento al tempo (e allo spazio) eretto da Newton nel 1687, per il quale l’uno (e l’altro) sono due contenitori eterni, assoluti, incorruttibili (perché indipendenti dalle vicende trasformative della materia) e reciprocamente indifferenti;

–          dopo l’ingiuria al monumento portata da Einstein nel 1905 con la relativizzazione del tempo della relatività speciale, che eliminando la simultaneità per gli osservatori in moto relativo, ha mostrato (contro la concezione di Newton, ma compatibilmente con quella della metafisica medievale) la dipendenza di passato, presente e futuro dall’osservatore;

ora, nel “modello della gravità quantistica a loop” di Carlo Rovelli, Lee Smolin ed altri, il monumento viene definitivamente demolito con la sparizione completa del tempo, al livello fondamentale. A questo livello basilare esisterebbero solo “atomi di spazio” e l’universo con la sua storia non sarebbe altro che un modo in cui i granuli spaziali si dispongono.

Evidentemente l’atomismo è un totem duro da abbandonare: perché dovrebbero essere questi enti senza tempo l’ultimo livello, con tutto quello che resterebbe ancora là fuori, da spiegare, oltre il “Tutto”? Il fatto è che il livello più fondamentale possibile dell’esperienza, perché questo sì irriducibile e indivisibile, quello sotto il quale semplicemente ogni esperimento e ogni scienza scompaiono, è la coscienza. La coscienza è la facoltà umana di volere, scegliere, intuire e ragionare – persino necessaria per organizzare un esperimento di fisica –. E, come ha spiegato Agostino e ciascuno intende per introspezione personale, la coscienza si dipana nel tempo. Qualcuno sa immaginare un esperimento con cui corroborare la speculazione di un ente senza il tempo?

Forse il primo a saperlo inconsciamente è lo stesso Rovelli quando, postulando che “La realtà non è come ci appare”, fa una petizione metafisica in supplenza di una controllabilità empirica as usual in scienza.

La verità è che, lungi dall’essere il tempo un’illusione, la stessa relatività einsteiniana del tempo (e dello spazio), com’è solitamente veicolata nella divulgazione, si rivela spazzatura all’esame condotto da una prospettiva più seria, quella della fisica corroborata e stabilita.Se il tempo fosse completamente relativo, che senso avrebbe assegnare un’età (di circa 14 miliardi di anni) all’universo come fanno i cosmologi? o una grandezza (di circa 14 miliardi di anni luce)? o una velocità alla nostra galassia come fanno gli astronomi? Ecc., ecc., con tutte le altre tabelle di tempi, distanze e velocità che popolano gli atlanti astronomici della Nasa.

L’età dell’universo è misurata dall’istante del “Bang” e il sistema di riferimento è quello in cui la radiazione cosmica di fondo (CMBR) è isotropa, cioè non spostata verso il rosso, né verso il violetto in una qualsiasi direzione. Rispetto a questo sistema di riferimento, che ha un senso oggettivo, e quindi assoluto nella cosmologia scientifica, anche la velocità della nostra galassia acquista senso. Tutte le misure – di età, grandezza, velocità – diventano altrettanto assolute rispetto al sistema della CMBR, ovvero alla “creazione” nel ristretto significato scientifico del termine, s’intende.

Ovviamente, per un sistema fisico “isolato” (da tutto il contesto dell’universo) non esiste un riferimento assoluto, e ciò proprio perché per costruzione non c’è nulla fuori di un tal sistema fisico, ideale e immaginario! Quando studia la materia “isolata”, la fisica trascura a priori un inizio e un confine assoluti, l’orizzonte coincidendo necessariamente con il laboratorio dell’osservatore/sperimentatore. Ciò, come abbiamo visto sopra, lo sapeva già la metafisica altomedievale e parlare di uno spazio-tempo assoluto non avrebbe per lo studio di un sistema isolato maggior significato di voler preferire nella geografia terrestre la longitudine misurata dal meridiano di Roma o di Pechino piuttosto che da quello di Greenwich. Ma l’asse terrestre è un fatto, e quindi l’equatore, i paralleli e la latitudine non sono concetti relativi in geografia terrestre; allo stesso modo, la radiazione cosmica di fondo è un fatto, e quindi il suo sistema di riferimento ha a livello cosmologico un significato assoluto.

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