Il Tempo

È la quarta dimensione o è solo un’illusione dei sensi?
È nato con l’universo o esiste da sempre?
Ecco, per prima, la risposta degli psicologi

Un gruppo di volontari di Philadelphia (Usa), alcuni anni fa, fu rinchiuso in ambienti in cui tutti gli orologi erano stati manomessi in modo da funzionare a una velocità doppia o dimezzata. I soggetti ne erano ovviamente all’oscuro: a loro era stato riferito che lo scopo dell’esperimento era tutt’altro che uno studio sulla concezione psicologica del tempo. Per quanto sorprendente possa sembrare, tutti continuarono a svolgere le proprie normali attività, senza sospettare nessun inganno.
Le loro funzioni mentali si adattarono in fretta al nuovo ritmo accelerato o rallentato. Una serie di successivi test dimostrò che la memoria stessa decadeva più velocemente nei soggetti i cui orologi erano stati accelerati, che non in quelli a "tempo ritardato" e anche la valutazione degli intervalli temporali veniva ricalibrata (i tempi venivano sottostimati dai "veloci" e sovrastimati dai "lenti").

IL CERVELLO E L’OROLOGIO
L’esperimento dimostrò che la consapevolezza dello scorrere del tempo va con ogni probabilità associata a una questione di identità personale, di cultura, sviluppatasi come il linguaggio e non necessariamente correlata con gli orologi biologici interni (che regolano le attività organiche), i quali, almeno nel breve periodo, avevano mantenuto la loro accuratezza.

L’uomo si è istintivamente creato nell’antichità un orologio interno sulla base dei fenomeni periodici naturali, e anche l’esperimento dimostra che la nostra idea del tempo dipende quasi esclusivamente dal mondo esterno.
Non sembra dunque esistere nessun collegamento tra il tempo psicologico e quello fisico.

LA GHIANDOLA DELL’ORA ESATTA
Senza arrivare a casi estremi o da laboratorio, è comunque facile rendersi conto che la concezione psicologica del tempo dipende dalle situazioni, dai luoghi, dalla compagnia, dall’umore.
Un’ora in ufficio può sembrare infinita almeno quanto istantanea può apparire un’ora trascorsa piacevolmente tra amici.
Da che cosa dipenda, non è però chiaro.

Per esempio, si è portati a credere che i sogni procedano a una velocità molto superiore a quella della realtà, benché l’ipotesi non sia mai stata confermata da prove sperimentali.
Recenti studi avrebbero dimostrato che il funzionamento degli orologi biologici dei mammiferi dipende dall’ipotalamo e, in particolare, da una piccola ghiandola situata al centro del cervello, detta pineale.
Questa ghiandola, che nell’uomo è lunga circa cinque millimetri, è sensibile alla luce e durante la notte produce un ormone, la melatonina, considerata il vero metronomo umano. Essa fornirebbe all’organismo informazioni sul tempo, non solo relativamente all’avvicendarsi del giorno e della notte, ma anche delle stagioni. Iniettando piccole quantità di melatonina nelle pecore si è addirittura riusciti ad anticipare la stagione degli amori, rovesciando gli schemi naturali.

SEGUI IL RITMO
Un suggerimento ci viene dall’esistenza di particolari ritmi biologici interni della durata approssimativa di 24 ore.
Questi ritmi, detti circadiani (dalle parole latine "circa", intorno, e "dies", giorno), sono presenti in natura nella stragrande maggioranza degli organismi viventi, da quelli unicellulari a quelli più complessi come l’uomo, e regolano le più disparate funzioni vitali (dalla fotosintesi alla divisione cellulare, dall’apertura di un fiore al sonno di un bambino).I ritmi circadiani non sarebbero l’effetto di un fenomeno esterno (come l’alternarsi del giorno e della notte, o il periodico avvicendarsi delle maree), ma di meccanismi biochimici interni.

Quello che è sorprendente è che il ciclo dell'orologio biologico umano è non di 24 ma di 25 ore e che un complesso meccanismo biologico, detto "trascinamento", provvederebbe ad allinearlo con l’alternarsi del giorno e della notte.
La scoperta fu fatta quasi per caso dallo speleologo francese Michel Siffre nel 1972. Il ricercatore trascorse sette mesi in una grotta del Texas in solitudine, privo di qualunque stimolo esterno. Al termine dell’esperimento, scopri che il suo organismo si era "sintonizzato" sulle 25 ore.

SOTTO TERRA CAMBIA TUTTO
Secondo alcuni biologi, l’incapacità umana di stimare correttamente lo scorrere delle ore è dovuta in particolare al nostro progressivo allontanamento dalla natura, con le giornate e le settimane organizzate da orologi meccanici e non dal sorgere del sole, dalla fame o dalla temperatura.

Alcuni esperimenti sulla percezione del tempo in assenza di stimoli esterni, svolti in seguito all’esperienza di Siffre hanno dimostrato che sotto terra la percezione umana del tempo, nell’arco di sole 24 ore, può ammettere una differenza fino a dieci ore.
Naturalmente, in simili esperimenti sono banditi orologi, televisori, radio e apparecchi capaci di variare l’intensità della luce.

IL CALORE ACCELERA
Altri studi, di cui parla già negli anni Trenta il biologo francese Lecomte du Noùy, dimostrarono come un lieve aumento della temperatura corporea, e quindi un aumento della velocità delle reazioni chimiche interne (attraverso correnti alternate ad alta frequenza), possa modificare la percezione del tempo.

Lo stesso esperimento fu ripetuto su api e formiche, abituate a mangiare a intervalli regolari, e il risultato fu identico: il caldo costringeva sistematicamente gli insetti a ridurre il periodo tra un pasto e l’altro.

CONFRONTO VECCHI-GIOVANI
Molte ricerche in neurobiologia confermano inoltre come i ritmi dell’organismo cambino con l’età: sembra confermato che per un bambino il tempo scorre più lentamente che per un anziano.

E a modificarsi sono non solo i ritmi biologici (una ferita si cicatrizza in un soggetto di 10 anni fino 5 volte più rapidamente che in un uomo di 60), ma anche quelli mentali: un bambino ricorda l’ultimo anno vissuto come un lungo succedersi di eventi, raramente noiosi, mentre un anziano percepisce il proprio recente passato come se fosse trascorso a una velocità nettamente superiore.

Si tratterebbe, secondo gli psicologi, di una sorta d’inganno della memoria, spesso artefice di distorsioni temporali: in pratica, il cervello rimuoverebbe gli eventi noiosi e archivierebbe solo quelli interessanti Così l’anno di un anziano, spesso povero di esperienze nuove, si riduce a un breve elenco, mentre quello di un bambino è una lunga lista di eccitanti novità.

Si è notato che anche alcune droghe, come LSD, sono in grado di provocare nell’uomo stati mentali in cui la percezione del tempo appare distorta e la realtà diventa un continuo senza passato, presente o futuro. Allo stesso modo, i mistici orientali sostengono di aver perfezionato tecniche per produrre stati di estasi fuori del tempo, che non richiedono né un prima né un dopo.

Voler sconfiggere o modificare la propria natura non è però cosa da poco. Ne sa qualcosa Mitchell Feigenbaum, un brillante scienziato che nel 1974, a Los Alamos, Stati Uniti, si mise in testa di far durare le proprie giornate 26 ore. A mano a mano che la sua giornata si spostava rispetto a quella degli altri, Feigenbaum era costretto a svegliarsi al tramonto o a pranzare alle 9 del mattino: lo sconvolgimento dei suoi ritmi di vita fu tale da convincerlo ad abbandonare l’esperimento dopo poche settimane.

Anche per i fisici oggi, il tempo non è assoluto:
per farlo rallentare basta sfrecciare a tutta velocità,
oppure avvicinarsi alla massa di un buco nero.

Nessun concetto della fisica è più elusivo e misterioso del tempo. I Greci erano convinti che fosse circolare e i Maya, che avevano la stessa convinzione, avevano addirittura stabilito che ogni ciclo durava 260 anni, dopodiché tutto ricominciava daccapo.
In seguito si affermò la convinzione che il tempo fosse lineare, cioè una sorta di fiume senza inizio né fine, che scorre sempre nella stessa direzione.
Il tempo, diceva Isaac Newton, è identico in ogni punto dello spazio, invariabile e indifferente a ciò che accade. Poi però arrivò Einstein, che cambiò le carte in tavola. grazie a lui oggi sappiamo (o crediamo di sapere) che il tempo è intrecciato indissolubilmente con lo spazio e dipende dal "sistema di riferimento". In altre parole, dipende dai punti di vista.

L’OROLOGIO CHE RITARDA
In questo caso, "punto di vista" significa velocità: il tempo rallenta con l’aumentare della velocità.
A convincere di questo fatto anche i più scettici fu un esperimento svolto nell’ottobre del 1971: alcuni studiosi dell’università di Washington fecero caricare su un jet un orologio atomico al cesio, perfettamente sincronizzato con un apparecchio identico rimasto a terra.

L’aereo volò per alcune ore a una velocità che arrivava a meno di un milionesimo di quella della luce. Concluso il viaggio, l’orologio rientrato dal volo registrava un ritardo di 59 miliardesimi di secondo rispetto all’altro. Cioè esattamente lo scarto che i ricercatori avevano previsto basandosi sulle formule di Einstein.

LUCE INSUPERABILE
Per capire come e perché la relatività abbia cambiato il concetto di tempo conviene fare però un altro esempio.

Immaginiamo una moto che, viaggiando a 200 chilometri all’ora, sorpassi un’automobile che corre solo a 150 all’ora. I] senso comune ci dice che il guidatore dell’auto vedrà il motociclista allontanarsi a 50 chilometri all’ora, cioè la differenza tra le due velocità. Proviamo ora a ripetere l’esperimento sostituendo la motocicletta in fuga con un raggio di luce e l’auto con un razzo. Il primo viaggia a circa 300 mila chilometri al secondo. Il razzo, sul quale siamo imbarcati lo insegue a 200 mila chilometri al secondo. Dunque dovremmo vedere il raggio allontanarsi da noi alla velocità relativa di 100 mila chilometri al secondo. Invece no: continua a sfrecciare a 300 mila chilometri al secondo. Per quanto strano sia è così che vanno le cose.

La genialità di Albert Einstein consistette nel trarne conseguenze inevitabili ma apparentemente assurde. Come il fatto che il tempo poteva accelerare o rallentare a seconda delle situazioni.

ISOLE NELLO SPAZIO
In seguito Einstein dimostrò che il tempo rallenta anche all’aumentare della gravità. In altre parole. l’universo è costellato di isole di "tempo-lento". prodotte dalla presenza di stelle e pianeti. Quanto più si è vicini a una massa, infatti, tanto più il tempo rallenta.

E la situazione diventa ancora più straordinaria nei pressi dei buchi neri. I buchi neri (termine coniato nel 1967 dal fisico John Wheeler) sono stelle collassate: corpi relativamente piccoli, in cui l’attrazione gravitazionale è talmente forte da impedire la fuga anche alla luce. Se un oggetto vi finisse dentro, non potrebbe più uscirne e apparirebbe a un osservatore esterno praticamente immobile, imprigionato nel tempo che, in un buco nero, rallenta fino fermarsi. Viceversa, se si potesse osservare il mondo dall’interno di un buco nero, si assisterebbe all’evoluzione futura dell’universo.

IL PARADOSSO DEI GEMELLI
Come mai nessuno si è accorto di questa variabilità del tempo, prima di Einstein? Perché, nella comune esperienza quotidiana non ci sono buchi neri, e i movimenti di qualunque nostro veicolo sono milioni o miliardi di volte più lenti rispetto al procedere della luce.

Per farsi un’idea, se passassimo tutto il nostro tempo a volare attorno al mondo su un jet. potremmo allungare la nostra vita di circa un millisecondo. E le cose cambiano poco anche nel famoso paradosso dei gemelli. Peter parte nell’anno 2000 per un viaggio nell’universo, a bordo di una navicella spaziale la cui velocità è paria 240 mila chilometri al secondo. NeI 2020 torna sulla Terra, dove, naturalmente, troverà il suo gemello Albert invecchiato di vent’anni. Ma per lui le cose saranno diverse: a quella velocità, infatti, e nel suo sistema di riferimento, avrà vissuto all’incirca dodici anni. Attenzione, non si tratta di un reale paradosso: se si riuscissero a raggiungere quelle velocità, le cose andrebbero veramente così.

LA FRECCIA DEL TEMPO
Un altro dilemma è quello della freccia del tempo: è proprio obbligatorio andare dal passato al futuro? O, meglio, c’è qualche regola fisica che costringe i fenomeni a svolgersi sempre nella stessa sequenza e non nella sequenza inversa?

La risposta ovvia è sì. Un bicchiere cade e si frantuma e mai si ricompone: il calore fluisce da un corpo caldo ad uno freddo e mai viceversa; un sasso nello stagno provoca onde che si allontanano dalla sorgente e mai cerchi convergenti. Questo ci permette di ordinare gli eventi lungo una direzione sempre uguale, che è chiamata, appunto, ‘freccia del tempo" (la definizione è dell’astrofisico Arthur Eddington, e risale al 1927). Tuttavia, la meccanica quantistica, che descrive il comportamento della materia a livello atomico, la meccanica newtomana, le leggi sull’elettromagnetismo e la relatività einsteimana, ossia le fondamenta della scienza moderna, funzionerebbero altrettanto bene se il tempo scorresse all’indietro, se cioè si sostituisse nelle formule il parametro t che descrive il tempo con il suo opposto -t.
Questo significa che, a livello di microcosmo, il bicchiere potrebbe anche riaggiustarsi: in fin dei conti un film che mostrasse le particelle subatomiche che collidono l’una con l’altra non apparirebbe diverso se proiettato alla rovescia. Se ciò non accade è solo per una questione statistica; in altre parole, il sistema di particelle che compongono il bicchiere è talmente complesso che la possibilità che gli atomi tornino nelle posizioni originarie è scarsissima, seppure, sul piano teorico, non nulla.
Tuttavia, secondo il fisico britannico Peter Coveney, tutto, nel mondo reale, ci porta a credere che il tempo sia unidirezionale: la nascita e la morte degli esseri viventi, l’evoluzione dell’universo e moltissimi altri fenomeni non potrebbero essere spiegati, né avrebbero senso, se non esistessero un passato, un presente e un futuro.

IRREVERSIBILE PARTICELLA
D’altronde, anche nel mondo microscopico esiste un fenomeno (unico nel suo genere) che smentisce la simmetria del tempo. Si tratta del processo di decadimento di una particella instabile, il kaone, prodotta in seguito ad una collisione violenta tra due particelle nucleari.

Quando si dice che una particella decade, si intende che si disgrega in altre particelle allo scopo di porsi in uno stato di maggiore stabilità fisica. Anche questo processo è reversibile: facendo cioè scontrare tra loro tutte le particelle risultanti dal decadimento del kaone, si riforma il kaone stesso
Tuttavia può accadere che questa particella, per decadere, abbia bisogno di un tempo migliaia di miliardi di volte superiore al tempo necessario per produrla. In altre parole, sarebbe come lanciare una palla in aria e scoprire che per tornare a terra le serve qualche milione di anni.

La scoperta, che nel 1980 valse il Nobel per la fisica ai ricercatori statunitensi J.W. Cronin e V.L. Fitch, è sufficiente per farci sospettare che anche nel mondo microscopico il tempo possa andare in una sola direzione.

GLI OROLOGI PIU’ PRECISI
Una volta stabilito che il tempo va in una e in una sola direzione, rimane da stabilire come misurarlo. In realtà, il modo migliore per misurare il tempo esiste in natura, anche se è scomodissimo da portare al polso. Si tratta delle cosiddette "pulsar": stelle densissime, rimasugli di supernove, che ruotano su se stesse a tutta velocità emettendo impulsi radio.
Alcune di esse, per esempio quella conosciuta nei cataloghi stellari con il numero 1937+21, sono così regolari nelle loro exnissioni da sgarrare, al massimo, di un microsecondo ogni dieci anni.

Così l’uomo ha affrontato, a partire da 3 mila anni fa,
il problema della misura del tempo

L’orologio più affidabile ? Fino alla metà di questo secolo è stato il nostro pianeta. La sua rotazione intorno al Sole, infatti, è abbastanza stabile da essere presa come riferimento temporale.
Nel 1955, dopo due decenni di ricerche, fu però realizzato il primo orologio atomico, un milione di volte più preciso delle misurazioni astronomiche.
Oggi il secondo non è più definito come uno degli 86.400 intervalli di tempo che compongono il giorno, bensì come 9.192.631.770 oscillazioni della radiazione emessa da un atomo di cesio. Questa definizione fu adottata nel 1967.

IL PIANETA E’ IN RITARDO
C’è però una complicazione: a causa del progressivo rallentamento della rotazione terrestre, che dal 1900 ad oggi ha provocato un allungamento del giorno solare medio di circa 0,002 secondi atomici, il tempo universale accumula un ritardo rispetto al tempo atomico di circa un secondo ogni 500 giorni.

Nel 1972 si trovò un compromesso: si stabilì che quando lo scarto rispetto al tempo universale si avvicina a un secondo, si aggiunge un secondo all’orario ufficiale (così come si aggiunge un intero giorno negli anni bisestili).

BREVE STORIA DEGLI OROLOGI
Per arrivare a questi livelli di raffinatezza l’uomo ha percorso una lunga strada. Il primo passo è stato quello di osservare i ritmi celesti: i monoliti di Stonehenge, innalzati nel sud della Gran Bretagna 1500 anni prima di Cristo, servivano anche a scandire i tempi dell’anno grazie alla loro disposizione e alle ombre che proiettavano.

Gli obelischi egiziani, così come le meridiane (introdotte dai Caldei otto secoli prima di Cristo) sfruttavano a loro volta le ombre. L’acqua invece era la materia prima delle antiche clessidre: già gli antichi Egizi sapevano che le loro pareti dovevano essere inclinate a 70° perché l’acqua scendesse in modo uniforme.

Dal XIV secolo le clessidre cominciarono a cedere il posto agli orologi basati su sistemi di pesi e contrappesi. Il balzo successivo fu l’applicazione del pendolo, nel XVII secolo, grazie agli studi di Galileo Galilei e di Christiaan Huygens.
Nel nostro secolo, infine, si sono susseguite innovazioni sempre più straordinarie: dagli orologi elettrici a quelli basati sull’oscillazione degli atomi di quarzo, per finire con gli orologi atomici.

Sei domande impossibili
Sono quelle che ciascuno di noi, prima o poi, si pone.
Vediamo che cosa ne dice la scienza.

QUANDO PUO’ ESSERE NATO
Secondo il cosmologo Stephen HawkIng, con la nascita dell' universo e, dunque, in corrispondenza del Big Bang . Per il russo llya Prigogine, premio Nobel 1977 per la chimica, il tempo invece esisteva già nel vuoto fluttuante prima del Big Bang, ma a uno stato potenziale, in attesa di un fenomeno di fluttuazione, come appunto la nascita dell' universo. In questo senso, dice Prigogine, il tempo precede l' esistenza e in esso potrebbero nascere altri universi.

GLI ANIMALI LO PERCEPISCONO ?
Gli studiosi ritengono che il concetto di tempo sia una funzione mentale superiore, di cui solo gli uomini sarebbero dotati.

E stato però osservato che, per quanto riguarda il respiro, il battito cardiaco o la metabolizzazione del cibo, i piccoli mammiferi vivono a ritmi frenetici, al contrario di quelli grandi. I due anni del criceto, dunque, potrebbero valere - da un punto di vista mentale e psicologico - quanto i 70 di un uomo.

Per verificarlo, è stato misurato il tasso di attività neurale (cioè, in un certo senso, la velocità del pensiero) e si è scoperto che è più o meno costante m tutti i mammiferi. La vita di un criceto, quindi, è effettivamente molto più breve di quella di un elefante.

SCORRE,O È SOLO UN’ILLUSIONE?
Nonostante il concetto di freccia del tempo, da Einstein in poi, i fisici preferiscono credere che gli eventi esistano in uno spazio-tempo a quattro dimensioni, e non che essi accadano nel tempo. Molti filosofi concordano: lo scorrere del tempo non è che un’illusione, una sensazione tramandataci dalla cultura. E per alcuni, come David Park, fisico e filosofo dell’università del Massachusetts, addirittura un mito.

SI POTRA’ MAI VIAGGIARVI ?
E improbabile, perché nascerebbero troppi paradossi per esempio, quello dell’uomo che va nel passato e uccide se stesso in fasce.

Tuttavia alcuni studiosi, tra cui l’americano Kip Thorne, hanno ipotizzato l’esistenza di una sorta di collegamento privilegiato tra due buchi neri, attraverso cui viaggiare ad una velocità vicina a quella della luce. Tali collegamenti, chiamati cunicoli temporali (in inglese, wormholes), permetterebbero di raggiungere il passato e di fare ritorno nel presente.

Dal punto di vista matematico funzionerebbe, Thorne non ha dubbi. Ma per Stephen Hawking non bisogna farsi illusioni Se il tempo sarà un giorno percorribile dagli uomini avremmo già dovuto avere visite.

COSA SONO I TACHIONI ?
Si tratta di particelle che viaggerebbero a velocità superiori a quella della luce.
La teoria della relatività ne ammette l’esistenza, ma soltanto nel caso in cui la loro velocità rimanga sempre superiore a quella della luce in pratica, per i tachioni sarebbe impossibile rallentare.

POTREMO MAI SCONFIGGERLO ?
In altre parole, potremo diventare immortali? C’è chi crede di sì, come la società TransTime di Oakland, Usa: al costo di 144 mila dollari la TransTime si dichiara pronta a prelevare i propri "clienti" pochi minuti dopo il decesso, trasportarli sotto ghiaccio alla sede della compagnia e infine conservarli in azoto liquido finché non verrà escogitato un modo per resuscitarli.

Torno a Casa