LA NATURA DEL TEMPO, NELLA SCIENZA E NELL’ESPERIENZA UMANA

Partecipano: Paul Davies, Direttore del Beyond Center for Fundamental Concepts in Science e Co-Direttore del Cosmology Initiative presso l’Arizona State University; José Ignacio Latorre, Professore di Fisica Teoretica al Dipartimento di Ingegneria Chimica e dei Materiali all’Università di Barcellona e Visiting Professor presso il Center for Quantum Technologies dell’Università Nazionale di Singapore. Introduce Marco Bersanelli, Docente di Astrofisica all’Università degli Studi di Milano.

 

LA NATURA DEL TEMPO, NELLA SCIENZA E NELL’ESPERIENZA UMANA
Ore: 15.00 Auditorium D5
Partecipano: Paul Davies, Direttore del Beyond Center for Fundamental Concepts in Science e Co-Direttore del Cosmology Initiative presso l’Arizona State University; José Ignacio Latorre, Professore di Fisica Teoretica al Dipartimento di Ingegneria Chimica e dei Materiali all’Università di Barcellona e Visiting Professor presso il Center for Quantum Technologies dell’Università Nazionale di Singapore. Introduce Marco Bersanelli, Docente di Astrofisica all’Università degli Studi di Milano.

MARCO BERSANELLI:
Buongiorno, benvenuti a questo incontro, in questo Meeting che mette al centro l’urgenza di restituire l’uomo a se stesso, come ha detto Papa Francesco. Abbiamo voluto interrogare il mondo scientifico attraverso un tema centrale della ricerca scientifica, che coglie anche qualcosa di profondo nell’esperienza umana, nella drammaticità del vivere umano, nella ricerca dell’esigenza di un significato. E così è nata l’idea di mettere al centro il tempo, una scelta direi coraggiosa, perché è uno dei temi più profondi e più sfuggenti della nostra comprensione del reale. La natura del tempo, nella scienza e nell’esperienza umana. In effetti l’indagine scientifica è accompagnata da questa realtà del tempo in tanti modi, direi in modo profondo e anche in un modo silenzioso perché non appare necessariamente come la prima questione. E’ difficile da notare, ma ogni ricerca scientifica usa in modo profondo e pervasivo la nozione di tempo, sia a livello sperimentale che a livello teorico. Guardiamo alla fisica, oggi parleremo soprattutto del tempo in fisica, possiamo vedere che le grandi teorie fisiche in un certo senso si possono riconoscere da come usano il tempo, la teoria classica relativistica e quantistica. Il concetto di tempo sottostà, accompagna questioni profonde nel mondo scientifico, pensate al tema dell’evoluzione, al percorso del tempo nella natura oppure al concetto di causalità, di determinismo ed indeterminismo. Vediamo che si toccano temi che nascono dalla scienza ma poi si legano a spazi più ampi della ragione, a livello filosofico, a livello anche teologico. In effetti il tempo, oltre ad essere una variabile fisica che si usa nella scienza, è una realtà profondamente e misteriosamente inerente l’esperienza di ogni persona, pensate all’idea di memoria del passato, di attesa del futuro, di attenzione al presente, per usare le parole che ha usato sant’Agostino. Anche John Waters, ieri, citava proprio questa frase di sant’Agostino: “Che cos’è dunque il tempo? Se nessuno me lo chiede lo so. Se voglio spiegarlo a qualcuno che me lo chiede non lo so”.
Il nostro amico Andrea Moro, linguista, mi diceva che anche dal punto di vista linguistico la nozione di tempo “viene codificata nelle lingue umane in un modo sofisticato, a tal punto che nessuno è ancora riuscito ad elaborare una teoria che descriva nei dettagli che cosa sia e come funzioni il tempo grammaticale, persino nel nostro parlare c’è davvero qualcosa di misterioso legato al tempo”. Dunque si capisce che sono diverse le discipline con cui ci si può avvicinare a questa parola e questa realtà. Dico che questo incontro di oggi è un’anteprima di un convegno che per il settimo anno faremo a San Marino, organizzato da Euresis, dalla Fondazione CEUR, insieme al Meeting di Rimini, all’Università di San Marino, dove abbiamo invitato una decina di studiosi di tutto il mondo di diverse discipline, tra cui i nostri grandi ospiti di oggi, per riflettere su questo tema: “The Nature of Time, in Science and Human Experience”. Vorrei nominare queste persone perché sono quasi tutte qui presenti, due di loro interverranno oggi, e coprono campi diversi che vanno dalla Fisica Quantistica alla Cosmologia, dalla Fisica Teorica alla Biologia, all’Archeologia, Psicologia, Filosofia, Teologia. Sono: Giorgio Buccellati, che tanti di noi già conoscono, Marc Buehner, (facciamo un applauso unico per tutti alla fine), Paul Davies, George Ellis, Costantino Esposito, José Ignacio Latorre, Jonah Lynch, Hans Meinhardt, e Gal Zauberman.
Ringraziamoli perché è un dialogo che il Meeting rende possibile, trovarsi cordialmente di fronte ad un tema, con il desiderio di imparare gli uni dagli altri. Non è una cosa comune, vi assicuro. Ecco, passo adesso a presentare i nostri due ospiti. Paul Davies e José Ignacio Latorre, ringrazio per la loro presenza perché non so chi dei due ha fatto più ore di aereo per venire qua oggi, perché uno arriva dall’Australia e l’altro arriva da Singapore, e hanno dovuto incastrare i loro impegni per essere qui oggi.
Paul Davies lo conosciamo tutti, è una figura molto famosa a livello mondiale. Lo conosciamo tutti anche perché è stato già due volte al Meeting con noi, si occupa di Fisica Teorica, di Cosmologia e di Astrobiologia. Attualmente è all’Arizona State University, è Direttore di Beyond Center for Fundamental Concepts in Science, dove anche è CoDirettore del Settore di Cosmologia, ed è leader del Centro per la Convergenza delle Scienze Fisiche e la Biologia del Cancro. Ha lavorato all’Università di Cambridge, London, New Castle, e poi è andato in Australia, ad Adelaide, alla Macquaire University, dove ha sviluppato il Centro Australiano di Astrobiologia a Sidney. Ha vinto un numero molto grande di premi importanti, ne cito solo un paio: nel ’95 ha vinto il premio Templeton, uno dei più grandi e prestigiosi premi culturali mondiali. Ha vinto anche il Robinson Cosmology Prize. Dal 2011 è membro dell’ordine di Australia. Pensate che a lui è stato anche dedicato il nome di un asteroide, il 1992OG, che si chiama Paul Davies: è il riconoscimento del lavoro che lui ha fatto proprio sull’impatto degli asteroidi. È noto per essere autore di diversi best-sellers sulla scienza, accessibili a tutti ma profondamente scientifici, l’ultimo è Uno strano silenzio. Siamo soli nell’Universo?, che è stato tradotto recentemente anche in italiano. Inoltre è famoso come commentatore di televisione e radio in tutto il mondo.
José Ignacio Latorre è un fisico teorico spagnolo, attualmente è Full Professor di Fisica Teorica all’Università di Barcellona, è un’autorità a livello mondiale sulla Fisica Quantistica, quindi sulla Quantum Information. Ne avremo un assaggio oggi parlando del tempo, e anche della Fisica delle alte energie. Ha avuto il Phd a Barcellona, dopo si è trasferito negli Stati Uniti al MIT, e ha studiato e ha lavorato poi al Nils Bohr Institute in Danimarca. Lui dirige anche il Benasque Center for Science, dove si fanno convegni di altissimo livello internazionale da diversi anni, di diverse discipline, quindi di nuovo un’apertura interdisciplinare su temi più diversi, dalla teoria delle stringhe ai software per telefoni cellulari androidi, tanto per dare un’idea. È anche molto attivo nel campo della divulgazione, in particolare ha fondato un canale scientifico radio-televisivo via Web, ha curato due mostre sul rapporto tra la Fisica e l’Estetica, ed è anche esperto di trasferimento di conoscenze di base per le imprese economiche e commerciali, ad esempio sulla previsione di stock-market e di nuovo sulla telecomunicazione, telefoni cellulari e così via. Un ultimo cenno che voglio fare su José Ignacio è che oltre ad essere un grande fisico, è un grande intenditore di vino, è un produttore di vino, pensate che ha messo insieme una piccola produzione di vino con un suo collega e sulla etichetta di questo vino ci sono dei diagrammi di Feynman, che sono dei modi di esprimere delle interazioni fondamentali. Mi diceva poco fa, che prima che venisse pubblicata la famosa scoperta del Bosone di Higgs, di cui abbiamo parlato lo scorso anno, c’era una etichetta del suo vino che già portava il diagramma del Bosone di Higgs: non so se vale come pubblicazione scientifica.
Grazie di essere qua.
Allora, come apertura del contributo dei nostri ospiti abbiamo chiesto a ciascuno di loro in di raccontarci, in una ventina di minuti, qualche sottolineatura di come il tempo gioca nel tipo di ricerca di cui loro si occupano. Cominceremo con Paul Davies. Una delle cose che noi normalmente diamo per scontata è la direzione del tempo, il fatto che il tempo fluisce in una certa direzione, la così detta “freccia del tempo”: è un tema di cui Paul si è occupato e di cui ci parlerà.

PAUL DAVIES:
Grazie e buon pomeriggio a tutti, signore e signori.
Il 20 di maggio dell’anno scorso c’è stato un terremoto molto vicino a qui – vediamo un’immagine del terremoto -, danni di questo tipo son molto noti agli italiani. Un modo per descrivere cosa è successo in queste circostanze è dire che la torre del campanile è passata da uno stato di ordine a uno stato di disordine e questo è stato provocato dal tremore della terra. Immaginiamo di andare adesso in questo luogo e rimanere lì sulla strada, ad un certo punto immaginiamo che la terra cominci tremare e che noi vediamo che appunto i mattoni si sollevano e magari formano una nuova torre del campanile. Questo potrebbe essere una specie di miracolo, ed è un esempio di ciò che appunto gli scienziati chiamano la “freccia del tempo”. In altre parole, ci sono dei processi che vanno in una direzione nel tempo ma non li vediamo verificarsi nell’altra direzione. Questa è una cosa che conosciamo bene: immaginiamo di fare un film di una scena quotidiana, e di farla vedere in pubblico. Il pubblico ride sempre se la vede a ritroso, perché appunto sa che è impossibile che un evento si possa verificare anche all’incontrario. Quindi abbiamo questa “freccia del tempo” che fa una distinzione fra il passato e il futuro. Nella vita quotidiana non abbiamo mai dubbi circa questa direzione, non siamo mai confusi tra passato e futuro. Come possiamo studiare questo dal punto di vista scientifico? Più o meno 150 anni fa, i fisici hanno cominciato a formulare una legge generale della natura che cerca di descrivere proprio questo processo in una unica direzione per quanto riguarda il tempo. Questa legge prende il nome di seconda legge della termodinamica. Nella sua prima forma affermava in maniera piuttosto semplice che quando c’è un oggetto caldo e ce ne è anche uno freddo, il flusso di calore netto va dall’oggetto più caldo a quello più freddo. Se per esempio mettiamo un pupazzo di neve davanti al fuoco, ci si aspetta che il pupazzo di neve si sciolga per il calore del fuoco, non ci si aspetta di vedere che si formi della neve nel fuoco, quindi il flusso di calore va da sinistra a destra e non da destra a sinistra: questa asimmetria è praticamente analoga alla “freccia del tempo” di cui abbiamo parlato finora. Vediamo questa seconda legge della termodinamica all’opera non solo sulla terra, ma nell’intero universo. Alcuni anni fa mi sono preso la briga di andare a fare un calcolo di quello che sarebbe stato il conto energetico per l’energia utilizzata dal sole. Se dovessimo pagare l’energia generata dal sole, il valore sarebbe quello che vedete in diapositiva, una enorme cifra per ogni secondo. Ovviamente non ci sarebbe mai una reversibilità di questo processo e quello che vale per il sole vale anche per le altre stelle dell’universo, che praticamente rilasciano calore nell’universo, calore che ovviamente non ritorna a queste stelle. Ogni stella, incluso il sole, deve avere una energia, questa è necessaria perché ci sia del calore e fino a quando dura questa energia continuerà questo calore, però siccome la quantità di combustile è limitata per le stelle, non possono continuare a splendere per sempre. Il nostro sole è più o meno di cinque miliardi di anni di età ed è a metà della sua esistenza, dopo di che probabilmente esaurirà il proprio combustibile. Alla fine tutte le stelle muoiono. Qui vediamo la morte di una stella, questo è l’esempio di una stella che è morta improvvisamente, si chiama Supernova; questa è l’esplosione gigantesca che si è verificata, l’immagine mostra una galassia e vediamo la supernova rappresentata da questo punto luminoso. Questa unica stella praticamente splende per un breve periodo tanto luminosamente come tutta la galassia, dopo di che quello che rimane della stella può essere magari soltanto un buco nero, cioè smette di splendere. La cosa che vale per quella stella vale naturalmente per tutte le altre stelle. Non tutte avranno questo tipo di esplosione, ma tutte hanno una durata limitata. Oltre un secolo fa, i fisici si sono resi conto che in seguito alla seconda legge della termodinamica l’intero universo aveva intrapreso un percorso verso uno stato finito di equilibrio, uno stato di entropia o disordine massimo che hanno chiamato la morte termica dell’universo. La persona che per la prima volta aveva espresso questa previsione abbastanza buia è stato Lord Kelvin, che già nel 1852 ha proclamato che l’universo sta morendo, una prospettiva alquanto deprimente. Questo è un esempio della “freccia del tempo” su scala cosmica. Che cosa ci dice? L’universo si sta spostando verso una morte. Probabilmente l’inizio dell’universo era stato ben diverso e questo ve lo illustro con un semplice esperimento, con una scatola contenente gas: immaginiamo che ci sia una scatola e a sinistra abbiamo un gas giallo e a destra un gas blu con le molecole che si spostano in maniera del tutto caotica, poi togliamo la divisione che c’è tra le due parti. Cosa succede? Succede che le molecole si mescolano tra loro fino a quando si diffondono all’interno di tutto il contenitore, senza poter più distinguere quelle che sono blu o gialle. Questo è un esempio di uno stato dove si passa dall’ordine al disordine: in alto abbiamo uno stato molto più di ordine, invece in basso di disordine. Ecco, quando siamo davanti ad un contenitore di gas di questo tipo, non possiamo vedere la situazione opposta, cioè è impossibile che si demiscelino i due gas, quindi abbiamo qui una “freccia del tempo” dove praticamente da una situazione di ordine andiamo ad una situazione di disordine, ma non ci attendiamo di vedere l’opposto. E’ strano però che le leggi della fisica, leggi che appunto stabiliscono come si muovono le molecole che interagiscono fra loro, siano completamente simmetriche nel tempo. Questo nel 19vesimo secolo ha portato ad un paradosso, alle volte prende il nome del paradosso della reversibilità: la collisione fra due molecole qualsiasi è completamente simmetrica nel tempo, cioè una molecola rimbalza in questo modo, praticamente può soltanto rimbalzare in questo modo e ritorna poi nello stato di partenza. Quindi che cosa ci suggerisce tutto questo in un contenitore di gas? Ci suggerisce che non c’è una “freccia del tempo” intrinseca. Il motivo per cui vediamo una freccia, è che lo stato del gas nel contenitore incomincia in una situazione di ordine, perciò possiamo capire la “freccia del tempo” per il contenitore del gas nel senso che c’è una preparazione iniziale ordinata. Invece cosa possiamo dire dell’origine dell’universo? Pensiamo che l’universo sia incominciato, abbia avuto origine col Big Bang. Noi pensiamo che l’universo sia incominciato in maniera del tutto ordinata. E’ possibile avere un’idea di come fosse l’universo inizialmente da un progetto su cui lavora il professor Bersanelli, la missione Planck, è proprio lui il responsabile di questo progetto. Qui vediamo una mappa del calore dal cielo e vediamo che ci sono delle variazioni di calore nel cielo. E’ una cosa che interessa sia me che Marco. Ma oggi è molto più importante che ci concentriamo su un altro punto, cioè sul fatto che la radiazione di calore attraverso il cielo è molto uniforme, cioè praticamente la temperatura nell’universo è ovunque la stessa, e questo ci dice che quando ha avuto inizio l’universo, la materia era distribuita in maniera molto uniforme. Se andiamo a vedere l’universo di oggi, vediamo qualcosa di molto diverso, vediamo che la materia è aggregata in stelle, galassie e gruppi di galassie, cioè abbiamo avuto appunto una aggregazione della materia. Il motivo è la gravitazione. La gravitazione ha il potere di far ammassare la materia e nel corso del tempo questi ammassi di materia si ingrandiscono sempre di più e hanno una forza sempre maggiore, alla fine potremmo arrivare alla formazione di un buco nero. In cosmologia questo è proprio la “freccia del tempo” più importante, cioè la transizione da un universo uniforme a quello che è un universo successivo nel tempo, dove si sono formati questi ammassi di materia. Altri processi, tipo le emissioni della luce solare, derivano da questo processo fondamentale. Quindi una spiegazione della “freccia del tempo” ha bisogno che gli scienziati rispondano ad una domanda: perché l’universo è incominciato in un modo così uniforme, perché il Big Bang ha creato un universo così uniforme? Non conosciamo la risposta, ma una idea molto diffusa è quella che si chiama inflazione. Dopo il Big Bang, l’universo è enormemente cresciuto di dimensioni, quindi tutte le irregolarità precedenti sono state evidenziate, però poi ad un certo punto sono state appianate. Questo potrebbe essere una parte della risposta ma ancora rimane non risolta la questione della fonte ultima della “freccia del tempo”, perché noi vogliamo sapere perché l’universo è nato nel Big Bang in uno stato fisico e perché è stato oggetto di questo processo di inflazione. Questa è una domanda che ancora non ha risposta e quindi vorrei concludere la mia presentazione dandovi una possibile idea di come poter recuperare la “freccia del tempo” in un universo che è governato da leggi simmetriche del tempo. Questa è l’idea: quello che abbiamo chiamato universo forse non è quello che pensiamo, forse è una parte sola infinitesimale di un sistema molto più grande, dove non c’è stato un solo Big Bang ma tanti Bang dispersi nel tempo e nello spazio. Questo prende il nome di “multiverso”, cioè tanti universi. Certo, sono speculazioni, però se fosse vera questa teoria, potrebbe essere una risposta all’enigma della “freccia del tempo”, perché ciascun universo
può essere dotato di una propria “freccia del tempo”, freccia che va in diverse direzioni. Per esempio, quando si fa un passo indietro e si guarda l’immagine nel suo complesso, non c’è una direzione preferita in cui va il tempo; invece ciascun universo avrà appunto un inizio e una fine, una nascita e una morte, un ciclo di vita come gli esseri umani, ma in generale, globalmente, il sistema risulterebbe esser eterno. Senza “freccia del tempo”, se non ci fosse una singola “freccia del tempo”, se non ci fosse un’unica “freccia del tempo” gli esseri umani non potrebbero esistere, non ci potrebbe essere vita. Quindi se abbiamo per esempio diversi universi con frecce che vanno in entrambe le direzioni, allora in questi universi, dove non c’è una singola freccia, non ci potrebbero essere degli osservatori. Noi invece viviamo in universo che ha un passato e un futuro. Quello che sto dicendo probabilmente si discosta molto dalla spiegazione corretta, però vi illustra quanto meno quali sono tutti gli enigmi che pervadono tutta la fisica e che hanno portato tanti grandi fisici, nel corso degli anni, a chiedersi come spiegare un mondo che ha determinate caratteristiche che non sono contenute nelle leggi di base. Questa è una sfida molto grande, molto grande per la scienza, non soltanto per quanto riguarda la “freccia del tempo”, ma anche riguardo ad altri tanti enigmi, come per esempio l’esistenza della coscienza dell’essere umano. Con questa nota filosofica concludo la mia presentazione.

MARCO BERSANELLI:
Grazie Paul. Allora adesso passiamo dal macrocosmo al microcosmo e chiediamo a José Ignacio di condurci alla nozione del tempo che si ha nella fisica quantistica. Anche qui troveremo delle sorprese.

JOSÉ IGNACIO LATORRE:
Sono veramente contento di essere qui, ma mi dispiace di non saper parlare l’italiano. Allora, io non porto l’orologio. Che ore sono quindi? Quello che vedete qui è quello che noi chiamiamo appunto il tempo universale coordinato sulla Terra. Quindi ci sono degli orologi atomici distribuiti in diversi strati che controllano appunto quello che noi chiamiamo il tempo sulla terra. Questa ora è precisa in una parte su un miliardo. Questo è sorprendente; noi esseri umani abbiamo adesso un controllo sorprendente sul tempo e questo controllo sul tempo è dovuto al fatto che controlliamo la fisica a livello quantistico. Noi utilizziamo orologi quantistici per determinare, definire il nostro tempo. Comincio adesso la mia presentazione e comincio con un’immagine di un dipinto di Dalì. Io ho scoperto che nel ’54 Dalì aveva rappresentato questo orologio al momento della prima esplosione, aveva studiato un po’ la meccanica quantistica e aveva realizzato questo dipinto veramente fantastico. Questo quadro l’ho messo qui per farvi vedere e ricordarvi che tutti quanti noi veniamo da origini diverse, tutti quanti abbiamo esperienze diverse in rapporto al tempo, possiamo essere psicologi oppure possiamo essere esperti di economia, di legge, ecco, ciascuno ha una comprensione del tempo diversa. Io non credo di potervi dare più informazioni di quelle che vengono dalla scienza, perché questo è l’ambito di cui mi occupo. La mia presentazione riguarderà esclusivamente il concetto del tempo in fisica, in particolar modo a livello subatomico. Quindi partiamo con la presentazione, cercherò di esprimere tre concetti, tre idee. La prima idea riguarda la precisione, il fatto che abbiamo tanto controllo sulla precisione del tempo e poi la seconda idea è che cos’è il tempo nella nostra equazione. Un punto ancora più delicato è se le leggi della fisica controllano l’evoluzione del tempo in modo tale che tutto risulti più o meno determinato. Allora, guardiamo il primo aspetto: la precisione. Vedete che oggigiorno si può comprare un orologio atomico per un prezzo al sotto dei 100 dollari, quindi su Amazon.com si può andare a comprare un orologio di questo tipo, ha una precisione di una parte per un miliardo. Ma non era così anticamente. Che cos’è un orologio? Vediamo un po’ cos’è un orologio. A sinistra vediamo che c’è un orologio a pendolo, al centro abbiamo un orologio solare, mentre a destra abbiamo un orologio di tipo meccanico. Che cosa hanno in comune tutti questi orologi? E che cos’è un orologio, che cos’è veramente? Un orologio è un fenomeno fisico che ci dà un ciclo di riferimento. Con l’ orologio a pendolo abbiamo un fenomeno periodico, con l’ orologio solare abbiamo la Terra che ruota ed è un fenomeno periodico, se abbiamo un orologio meccanico ci sono degli ingranaggi che definiscono un fenomeno periodico dei meccanismi. Quindi l’ orologio è un fenomeno fisico che parla a nostro vantaggio: è robusto, è preciso, è riproducibile, può essere piccolo, nemmeno troppo costoso. L’orologio comunque controlla sostanzialmente un movimento periodico. Vediamo la definizione dell’orologio atomico. Abbiamo appunto un orologio che ha a che fare con la proprietà dei fotoni, della luce, parliamo di frequenza di un fotone particolare, quello che è emesso nel cesio, quindi definiamo un secondo come è scritto qua, cioè 9, 1, 9, 2…, tutti quelli che vedete qua sono i cicli per secondo. Questa è la definizione che oggi diamo al tempo, al secondo, però la nostra tecnologia è talmente avanzata che oggi questa tecnologia stessa risulta essere obsoleta, nel senso che oggi appunto si sta già parlando di come cambiare questa definizione per trovarne una che sia più precisa. Adesso cerchiamo di parlare in termini ancora più semplici: cerchiamo di realizzare quello che potrebbe essere un orologio ideale. Si tratta di un concetto molto semplice: due specchi, un fotone che praticamente rimbalza avanti e indietro tra questi due specchi, tra uno e l’altro; ogni volta che il fotone va a colpire lo specchio si sente un clic – quindi sentirete che ci sarà un “clic, clic, clic” – allora, questo è il mio orologio ideale, no? Vedete, “clic, clic, clic”, così, ok? Questo è il mio orologio. Allora vediamo cosa succede se questo orologio lo sposto: immaginiamo che ce ne siano due di orologi, uno in alto che appunto fa questo “clic, clic, clic”, e un secondo che si muove, che si muove verso destra. Il fotone però si muove sempre alla stessa velocità, si muove alla velocità della luce che rimane costante. Allora osserviamo la traiettoria di questo secondo orologio. Vedete che ci vuole più tempo perché vada a colpire l’altro specchio. Mentre nel primo caso abbiamo un “clic, clic, clic”, nel secondo caso abbiamo un “clic” più lento, fa lo stesso movimento ma molto più lentamente dell’altro. L’idea è che la misura del tempo dipende dallo stato di movimento dell’orologio e questo sulla base della relatività. Se siamo a riposo e vediamo un altro orologio che si muove, lo vediamo come più lento. Cerchiamo di vedere adesso il discorso del movimento. Guardate: il primo orologio adesso si sposta e l’altro invece è in una posizione più ritardata; vedete quindi che il secondo orologio ha una reazione molto più lenta. Non è teoria questa ma è realtà. Andiamo avanti e vediamo che appunto questo è un dato di fatto, è esattamente quello di cui abbiamo bisogno per il GPS: tutte le volte che andate in auto, vorrei che ricordaste che i dati arrivano da satelliti che sono in orbita attorno alla terra. Hanno degli orologi atomici con precisione di una parte per miliardo e praticamente vengono fatte delle correzioni per far andare più rapidamente o più lentamente l’orologio per via dell’effetto della relatività. Quindi quello che all’inizio del Ventesimo secolo era scienza di base, scienza pura, si è trasformato nella tecnologia attuale, si è trasformato in un vero e proprio business, in qualcosa senza di cui non si può nemmeno più vivere. Qual è la frontiera della precisione temporale oggi? Io qui mi fermo al Duemila. Vedete, abbiamo una precisione di 0,09 nanosecondi al giorno. In aprile del 2013 – quindi lo scorso aprile – il miglior orologio fatto dall’uomo aveva una precisione di 1,6 x 10-18. Quando orologi di questo tipo verranno commercializzati, potranno dare una precisione posizionale addirittura migliore di un micron, quindi non è assolutamente impossibile che anche in futuro, non so, gli interventi chirurgici possano essere effettuati con macchine effettuate con orologi ottici. Vi invito soltanto a pensare a quale potrà essere il futuro quando la precisione sarà intorno a un micron: potremo fare delle cose veramente oggi impossibili. Allora con la meccanica quantistica riusciamo a dominare il tempo.
Secondo punto: il concetto del tempo. Il tempo che cos’è in un’equazione? Bene, abbiamo tutta una serie di particelle qui a sinistra, particelle che hanno forza, si muovono, e dopo un certo periodo si trovano in una differente posizione. Vogliamo vedere la misura del cambio di posizione. Mentre appunto l’ orologio fa “clic, clic, clic”, vogliamo vedere un movimento in riferimento a un altro movimento, quindi diciamo che queste particelle hanno cambiato posizione di tot quando il fenomeno di riferimento, l’orologio, è cambiato di tot. Questo è un esempio molto semplice: prendiamo una particella, una particella che si muove a velocità costante; in alto c’è l’orologio di riferimento, quello che fa “clic clic clic” e adesso vado a controllare in che posizione si trova la particella ogni volta che sento fare clic dall’orologio. Vedo che la particella si muove “clic clic clic”, quindi di nuovo faccio “clic clic clic” e vedo che ad ogni clic c’è uno spostamento in distanza uguale. Quindi a quella velocità si ha lo stesso spostamento in corrispondenza dello stesso clic. Se voglio sapere dove arriverà la particella dopo tanti clic, semplicemente posso fare: velocità per numero di clic. Il tempo è semplicemente un parametro che correla il nostro movimento ad un altro movimento di riferimento. Se inseriamo le forze in questo contesto, cambia la velocità però il concetto sostanzialmente è uguale. Vogliamo ora vedere come cambia il movimento facendo riferimento ad un altro movimento. Nella fisica classica il tempo è un parametro: noi non misuriamo il tempo, noi misuriamo quanti clic vengono fatti da una qualche altra cosa. Il movimento viene correlato con un altro movimento, quindi se il nostro movimento di riferimento è perturbato, tutte le misure del tempo cambiano. Inoltre abbiamo una definizione di causalità nel senso che se c’è una causa c’è anche un effetto. Nella meccanica quantistica non cambia nulla: il tempo è un parametro che correla l’evoluzione del sistema quantistico ad un orologio di tipo classico e, appunto, viene così stabilita una causalità. Di nuovo il tempo non viene misurato. Il tempo non è così osservabile.
Passiamo a un terzo punto. Io spero che Marco mi consenta di provocarvi un pochettino, naturalmente. Andrete a casa con qualcosa a cui pensare. Cerco di capire il tempo e vedo che le forze danno origine a un movimento e semplicemente posso scrivere un’equazione che mi dice quale sarà lo stato futuro di quel sistema. Allora vedo che c’è un rapporto tra causa ed effetto. Approfondiamo un po’ questo discorso, perché, capite, questo interferisce con tante cose che abbiamo nel profondo del cuore: giustizia, eccetera. La prima persona che ha chiarito questo concetto, cioè che le leggi della fisica possono influenzare il futuro, è stato Pierre Simon Laplace, che appunto aveva scritto questo nel 1820. Cercherò di spiegarvi cosa disse, è scritto qui in diapositiva in francese, questa è la versione originale, però fondamentalmente il concetto è questo: se un’intelligenza potesse disporre di tutti i dati di posizione e velocità in un dato istante nell’universo e questa intelligenza conoscesse le leggi che controllano queste particelle, questa stessa intelligenza potrebbe calcolare qualsiasi stato futuro dell’universo. E dice che per questa intelligenza il passato e il futuro sono presente. Ecco, questa è un’affermazione famosa di Laplace che riguarda il fatto che il futuro dell’universo sia o meno determinato. Noi esseri umani spesso riteniamo che ciò sia impossibile, perché osservando la natura diciamo che è impossibile, ma non è nemmeno del tutto giusto questo, perché la complessità significa che ci sono tante particelle e potrebbe essere molto difficile cercare di fare delle previsioni e comunque non è detto che ci sia una prevedibilità. Potrebbe essere molto difficile comprendere quali sono le condizioni iniziali di un sistema, però ancora una volta non è detto che non sia deterministico. Forse non abbiamo abbastanza potere di calcolo, oppure magari non conosciamo nemmeno le leggi della natura.
Il problema qual è? Ci sono delle leggi, che forse non sono note all’essere umano, che stabiliscono in maniera rigorosa l’effetto, il rapporto causa effetto in natura. In meccanica quantistica si trova una sorpresa. In meccanica quantistica non è vero che quello che vedremo è completamente determinato dallo stato e dalle leggi della fisica. Vediamo che nella meccanica quantistica l’evoluzione del sistema è deterministica, mentre la misurazione è probabilistica. Quindi la meccanica quantistica ha come postulato che c’è una casualità intrinseca. Questo nel processo di misurazione. Quindi vedete veramente è molto sottile il tutto. Cerchiamo adesso di tirare un po’ le somme: la meccanica quantistica ha come postulato la casualità, quindi non segue il determinismo, però non viola la causalità. La probabilità e la causalità non hanno nulla a che fare con l’arbitrio. Il dibattito sul libero arbitrio è quindi identico, sempre lo stesso, non abbiamo fatto progressi in questo senso, inoltre potrebbe accadere che la meccanica quantistica non sia la teoria finale, è probabile. È probabile che a un certo punto, imparandone di più, arrivi anche una nuova legge. Quindi vorrei concludere dicendo che ho cercato di trasmettervi tre concetti. Prima cosa, credetemi, la meccanica quantistica è qualcosa di sorprendente, di straordinario, ha prodotto gli strumenti migliori che l’uomo abbia mai realizzato: abbiamo appunto la risonanza magnetica, il laser, questi orologi, la nanotecnologia, eccetera. Dal punto di vista concettuale, il tempo non è osservabile, non è una cosa osservabile ma un rapporto tra due fenomeni; però diciamo che la causalità viene obbedita da tutte le leggi della fisica. Il terzo concetto che ho provato a trasmettervi è che la meccanica quantistica introduce la casualità ma non l’arbitrio. E quindi possiamo un po’ aprire un dibattito sul determinismo, possiamo discutere anche di argomenti più profondi che sono per esempio la nostra esperienza di uomini riguardo al tempo. In un certo qual modo sono tutti quesiti molto difficili che non voglio trattare qui, semplicemente perché non ho una risposta, posso solo dire che non so e vi ringrazio tanto.

MARCO BERSANELLI:
Grazie, abbiamo tempo adesso per un paio di domande. Chiederei una cosa specifica a Paul e poi una cosa a José Ignacio. A Paul vorrei chiedere questo: uno dei risultati sicuramente più intriganti della scienza contemporanea che viene dalla cosmologia è appunto quello che indica come il tempo stesso sembra aver avuto un inizio, ne raccontiamo una storia quando parliamo dell’universo, una storia che inizia in un momento preciso del passato, una storia che ha una notevole precisione. Io volevo chiederti come percepisci questa situazione, di un tempo che ci appare avere un inizio, fosse anche soltanto del nostro universo locale. E se anche dovessimo trovare che qualcuna di queste speculazioni che vanno un po’ di moda fosse percorribile o che comunque si arrivasse a un tempo cosmologico senza un inizio nel passato, sarebbe forse la situazione – come dire – più intuitiva? Non mi pare meno misterioso un tempo che non ha un inizio rispetto a un tempo che ha un inizio – dipende sempre dai punti di vista.

PAUL DAVIES:
Secondo me è sempre un enigma che il tempo abbia o non abbia un inizio. La prima cosa da dire è che duecento anni fa le persone percepivano il tempo e lo spazio pensando però che fossero lì semplicemente, fossero uno scenario, un’arena dove si svolgeva il grande dramma della natura. Dopo Einstein sappiamo che spazio e tempo fanno parte dell’universo fisico e possono cambiare, possono essere anche manipolati dall’essere umano e quindi l’idea che tempo e spazio sono lì e basta non è più sostenibile e questo ci apre una possibilità, cioè sia tempo che spazio possono cominciare a esistere o a uscire dall’esistenza. Quando si parla del Big Bang, in termini semplici si tratta dell’inizio del tempo, questo potrebbe risolvere dei problemi, per esempio la questione di che cosa è successo prima del Big Bang o quello che ha causato il Big Bang. Domande di questo genere diventano insignificanti se non c’era tempo prima del Big Bang. Stephen Hawking una volta ha espresso questo dicendo che chiedersi che cosa è successo prima del Big Bang è come chiedersi cosa c’è al nord del Polo Nord. La risposta è che non c’è nulla al nord del Polo Nord, ma non perché ci sia una terra di nessuno, semplicemente perché non c’è un luogo a nord del Polo Nord, allo stesso modo non c’è tempo prima del Big Bang. Questo sembrerebbe ancora molto strano a dirsi, ma non è una cosa nuova, perché Sant’Agostino diceva nel V secolo che il tempo era fatto col tempo e non nel tempo, quindi è un concetto ancora molto antico, eppure siamo insoddisfatti di questo concetto, perché anche se non possiamo parlare di una causa vera e propria del Big Bang, comunque ci possiamo chiedere perché è stato possibile, perché è successo. Forse la fisica quantistica può dare una risposta a questo quesito, però la cosmologia quantistica è ancora, come disciplina, agli albori. Tuttavia questo ci dà anche una possibilità cui facevo riferimento nella mia presentazione, cioè che ci siano tanti Bang dispersi attraverso uno spazio e un tempo eterni e in quell’ambito quello che chiamiamo Big Bang non è l’origine ultima di tutte le cose, ma semplicemente l’inizio della nostra particolare fase dell’universo in questa parte dell’universo specifica. Concludo dicendo che se non ci fosse nessun inizio, avremmo comunque dei problemi, perché dovremmo spiegare l’origine di qualcosa dicendo che c’è sempre stata, quindi rimaniamo sempre nel mistero dell’origine: sia che spingiamo questo punto all’infinito, sia che lo definiamo nel tempo, il problema rimane.

MARCO BERSANELLI:
Io non sono un esperto, ma mi risulta che San Tommaso D’Aquino aveva già intuito come l’idea di creazione fosse perfettamente compatibile con un tempo che non ha un inizio nel passato. Una domanda a Josè Ignacio invece ancora sul concetto di causalità che hai toccato prima nella fisica quantistica, sul nesso fra il tempo e la causalità: è concepibile dal punto di vista puramente fisico, quindi scientifico una causalità che è indipendente dal tempo?

JOSÉ IGNACIO LATORRE:
Bella domanda. Ebbene sì, si può formulare la causalità senza riferimento al tempo, indipendentemente dal tempo. E cerco di spiegarmi. In questa parte dell’universo c’è Alis, in questa parte dell’universo c’è Bob. La causalità equivale al fatto che se sono tanto separati, non riescono a comunicare, non comunicano. Alis non influenza le misure di Bob. Questa è la causalità. Parliamo del fatto che le misurazioni che facciamo non possono essere qualsiasi cosa, devono rispettare questo fatto, quindi soltanto una serie di probabilità è coerente con la causalità. Non c’è bisogno di tempo, siamo indipendenti dal tempo. Ecco perché recentemente, negli ultimi dieci anni, sono stati fatti degli esperimenti per andare a controllare in che misura ci sia una violazione della causalità, però tutti gli esperimenti sono stati negativi, quindi non si sono mai viste delle violazioni della causalità. Per essere ancora più raffinati, si deve dire che le probabilità che misuriamo sono in linea con la meccanica quantistica, ma non con le teorie che vanno oltre la meccanica quantistica, quindi sembra che la causalità sia una questione ben compresa, eppure rimane oggigiorno argomento di ricerca. Ho risposto a sufficienza?

MARCO BERSANELLI:
Grazie. Un’ultima domanda a entrambi, finora abbiamo parlato molto in chiave strettamente scientifica. Volevo fare una domanda più strettamente personale proprio a riguardo del fatto che il tempo è questa esperienza che noi continuamente facciamo, come esseri umani, che non coincide necessariamente con quella realtà, con quella variabile fisica che noi usiamo nella nostra ricerca. Il tempo è memoria, è attesa, è attenzione al presente appunto come diceva Sant Agostino. Vorrei chiedere a ciascuno di voi che nesso c’è, a vostro giudizio, tra il tempo come variabile della natura e questa esperienza che noi abbiamo del tempo: sono la stessa cosa e in che relazione possono essere?

PAUL DAVIES:
Ovviamente è compito dello scienziato prendere l’esperienza quotidiana e astrarre da questa le caratteristiche necessarie per spiegare il mondo che ci sta intorno. Gli scienziati questo esercizio l’hanno fatto con tante tipologie di esperienza: la nostra percezione del tempo, dello spazio, della materia. Queste cose sono tutte cominciate come esperienze umane e sono poi state, diciamo, tradotte in formule abbastanza asciutte, matematiche, che descrivono gli oggetti e le cose. La questione è che nell’andare da una percezione del tempo dell’uomo al T che compare nell’equazione, c’è qualcosa di importante che si perde, che va perduto. Io credo che qui ancora ci sia un mistero. La mia presentazione riguardava la freccia del tempo e dicevo che quando si fa vedere uno spezzone di un film alla rovescia è una sensazione strana, cioè c’è una certa direzione in tutti i processi fisici dell’universo. Tante persone confondo questa freccia del tempo con l’impressione psicologica che noi tutti abbiamo, cioè del flusso del tempo, del passare del tempo. Ci sono tante metafore, si parla della corrente, del flusso, del fiume del tempo, si è sentito parlare del tempo che fluisce senza rapporto con ciò che è esterno. Newton stesso aveva questa idea del tempo con questo suo movimento interno, il problema che tutto quello che scriviamo nelle equazioni fisiche non è in grado di catturare questo flusso. Noi, nella nostra vita quotidiana, diciamo che il tempo passa, la nostra impressione è che il tempo passi a diverse velocità rispetto alle circostanze. Einstein diceva che per esempio un’ora spesa a parlare con una bella ragazza dura diversamente da un’ora passata sulla poltrona del dentista. E quindi il problema che dobbiamo affrontare è questo, cioè decidere se questa impressione del tempo che si muove, del tempo che fluisce, è spiegabile con la psicologia, con la neurologia, con quello che accade nel nostro cervello oppure con la fisica. Può darsi che abbiamo lasciato qualcosa nella descrizione dell’universo fisico che appunto ci aiuterebbe a capire questo fluire del tempo. Secondo me questo è uno dei grandi problemi irrisolti della natura del tempo.

JOSÉ IGNACIO LATORRE:
Io sono perfettamente d’accordo, sono d’accordo con l’importanza di questa domanda e sono anche d’accordo con quanto detto da Paul. Vedete, io ho vissuto in Europa, ho vissuto in Nord America, adesso vivo in Asia e ho visitato il Perù, l’America latina; il concetto del tempo è molto diverso, è veramente molto diverso, per esempio in Tailandia da quello che è a New York. Veramente c’è una grossa diversità. Vorrei aggiungere un’altra cosa: il fatto che il nostro cervello tratti il passato e il futuro, è una questione comune che noi condividiamo con altri animali, è un vantaggio evolutivo che abbiamo. Bisogna prendere una decisione, bisogna decidere di scappare da un leone e quindi è vantaggioso ricordare il passato e il futuro durante questa azione. Il fatto che viviamo tutti insieme ricordando il passato e prevedendo il futuro è comune a tante specie, la cosa che veramente differisce per quanto riguarda l’uomo, è che noi abbiamo la coscienza, cioè noi riflettiamo su questi fatti, noi ci mettiamo in dubbio e mettiamo in dubbio tante cose. Il grosso mistero è come mai il nostro cervello riesce a fare tutte queste cose, come mai il nostro cervello capisce e si pone tutte queste domande. Una grossa questione è perché ci siano i sentimenti. Io credo che la fisica attualmente abbia poco da dire, siamo semplicemente solo agli inizi della comprensione delle cose. Io credo che le scienze debbano progredire, ci sono degli esperimenti molto interessanti a livello di biologia, di neurologia, di neuroscienza, però io credo che siamo ancora molto agli albori della comprensione di tutti questi fenomeni, siamo ancora come bambini e non li abbiamo compresi appieno.

MARCO BERSANELLI:
Penso che sia stato un incontro denso, magari per qualcuno anche arduo, ma io spero che veramente per ciascuno sia stata la possibilità di cogliere qualcosa della bellezza della scienza. Di bello nella scienza c’è che non si danno per scontate le cose, anche le più ovvie, anzi spesso quello che appare ovvio è quello che nasconde la profondità più grande, come il fatto che il tempo fluisce in una direzione. In secondo luogo vediamo anche l’utilità che da questa conoscenza può venire. José Ignacio ha fatto diversi esempi, li abbiamo sotto gli occhi tutti. E in terzo luogo continuano a nascere nuove domande, siamo all’inizio; domande che a volte chiaramente sono indirizzate all’interno della scienza, del metodo scientifico, possiamo sperare di impostarle con la scienza, altre volte sono domande che chiaramente puntano al di fuori del metodo scientifico e proprio per questo a San Marino abbiamo bisogno anche di dialogare con filosofi, con teologi, con persone che hanno un punto di vista che è metodologicamente diverso. E’ importante per la scienza muoversi anche con questa apertura. Credo anche che sia emerso un po’ il paradosso dell’uomo in questo incontro, proprio attraverso questa realtà del tempo. Pensiamo come il nostro tempo, il nostro tempo umano, quello di cui facciamo esperienza, il tempo della vita, sia così breve. C’è un salmo che dice “gli anni sono 60-70 e 80 per i più robusti”. Il confronto ai 14 miliardi di anni, o 13,8 del tempo cosmico è un nulla eppure verrebbe da pensare: che ne sarebbe di questi 14 miliardi di anni se non ci fosse almeno in un punto un tempo che è memoria, un tempo che è attenzione e un tempo che è attesa, un tempo cosciente? L’autocoscienza è il punto con cui ha concluso José Ignacio adesso. E’ questo paradosso della vastità del cosmo che Paul ci ha illustrato e di queste esperienze che noi abbiamo della nostra esistenza, dell’esigenza di un senso. Vorrei concludere con un paio di citazioni brevi. Una è di un astrofisica, la prima donna astrofisica degli Stati Uniti a metà dell’Ottocento, Maria Mitchell: “Piccola com’è la nostra realtà rispetto alla infinità della creazione, breve com’è la nostra vita in paragone ai cicli del tempo, noi siamo così impastati con la totalità, in rapporto pieno con la totalità, che non solo la caduta di un passero è sentito fino agli estremi confini, ma la stessa vibrazione delle parole che noi gridiamo riempie tutto lo spazio, il suo tremore attraversa tutto il tempo”. Questo punto nella storia dell’universo che introduce un senso è l’autocoscienza, è l’essere cosciente. Ma vorrei concludere perché c’è una bella analogia che mi sorprendeva ieri, pensando al dialogo di oggi, rispetto a quello che succede nella nostra vita, nella vita dell’uomo: che ne sarebbe del nostro tempo umano, se non fosse abitato da eventi che portano un significato? Anche quello sarebbe un tempo vuoto. Che ne sarebbe della umanità intera e di ogni singola persona senza un evento capace di riempire di significato tutti i giorni della vita? E allora voglio concludere con questi versi di Eliot, che sono noti a tanti di noi, che descrivono proprio l’istante in cui il significato è entrato nel tempo, nella storia, in cui il tempo di Dio è entrato nel tempo dell’uomo, così come il tempo dell’uomo è entrato nel tempo della natura. Dice Eliot: “Un momento non fuori del tempo, ma nel tempo, in ciò che noi chiamiamo storia: sezionando, bisecando il mondo del tempo, un momento nel tempo ma non come un momento di tempo. Un momento nel tempo ma il tempo fu creato attraverso quel momento: poiché senza significato non c’è tempo, e quel momento di tempo diede il significato”. Grazie a tutti voi e grazie soprattutto ai nostri ospiti.
Trascrizione non rivista dai relatori