Pensieri Sottili

Per comprendere nella sua essenza la Relatività Ristretta dobbiamo introdurre uno degli elementi più affascinanti della natura: la luce.

Perchè passiamo dalle automobili in corsa “relativa” su un’autostrada alla luce?

Perchè la luce, in particolare quella visibile, ha giocato un ruolo importantissimo nella “scoperta” della Relatività Ristretta ed ha inoltre portato la fisica di fine ottocento sull’orlo di una crisi profonda.

In verità non dovremmo interessarci necessariamente della luce, intesa come luce visibile, bensì di quello straordinario fenomeno che va sotto il nome di campo elettromagnetico.

Cosa s’intende, tanto per cominciare, con la parola Campo?

Il Campo

Il concetto di Campo è stato fondamentale per la spiegazione e la comprensione di numerosi fenomeni. La sua introduzione la si deve all’intuizione del grande fisico Michael Faraday. Per cercare di visualizzare un Campo prendiamo come esempio il nostro pianeta Terra. Quando si parla di Campo gravitazionale, ad esempio, s’intende la regione che circonda il nostro pianeta che gode della proprietà di accelerare masse verso il centro della Terra. Il Campo, dunque, esiste anche nel vuoto ed è il risultato della presenza di qualcosa.

Un magnete, come una semplice calamita, genera ad esempio quello che viene indicato come Campo Magnetico tutt’intorno alla regione di spazio che lo circonda.

Una carica elettrica puntiforme genera, tutt’intorno alla regione di spazio che la circonda, quello che viene indicato come Campo Elettrico.

Che cos’è, quindi, un campo elettromagnetico?

Viene chiamato campo elettromagnetico (o radiazione elettromagnetica) l’unione di un campo elettrico e un campo magnetico. Quello che si riuscì a scoprire, tra l’altro, è che un campo magnetico è strettamente legato ad un campo elettrico, e viceversa. In particolari circostanze l’uno produce l’altro. Due facce della stessa medaglia insomma. La sorpresa, poi, arrivò quando si scoprì che la variazione di un campo elettrico insieme ad un campo magnetico (un campo elettromagnetico) produceva onde che, guarda caso, viaggiavano nel vuoto alla velocità della luce c (299.792.458 m/s).
In pratica si dimostrò che la luce visibile non era altro che una - particolare - onda elettromagnetica. La cosa affascinante è che le onde radio, ad esempio, sono anch’esse onde elettromagnetiche. Noi non vediamo le onde radio solo perchè hanno una frequenza (o lunghezza d’onda) diversa dalla luce visibile e quindi non percepita dai nostri sensi visivi, gli occhi, ma in sostanza le onde radio (che hanno una lunghezza d’onda compresa tra 1 metro e 1 chilometro) e la luce di una candela sono esattamente la stessa cosa!

Il calore emanato da un corpo caldo, ad esempio, è anch’esso un’onda elettromagnetica: l’infrarosso. Noi non lo possiamo vedere ad occhi nudi (i nostri occhi percepiscono lunghezze d’onda tra i 400 nano-metri e 700 nano-metri; esistono tuttavia strumenti, medici e militari, che permettono di “vedere” l’infrarosso) ma lo percepiamo come “sensazione di calore”. (more…)

Come già accennavo in “Sul Tempo…” immaginiamo di fare questa congettura: definiamo “ora” o istante, come l’insieme totale degli stati dell’universo.

Se ogni istante corrisponde ad un insieme ben preciso di stati (posizione, velocità e temperatura di tutte le infinite particelle, ecc…), eleviamo questa congettura a definizione di istante.
Se crediamo in tale definizione, incontriamo una serie di difficoltà nel concepire un “viaggio” a ritroso nel tempo.

Facciamo un esempio. Fra N minuti sostengo di essere in grado di tornare ad “ora”! Quello che accadrebbe, per identificare fra N minuti nuovamente “ora”, e di ritrovarmi esattamente come sono “ora”, mentre scrivo, quindi totalmente inconsapevole di essere - per così dire - tornato indietro.
Se infatti fossi consapevole di essere effettivamente tornato indietro nel tempo, contraddirei la definizione di istante data sopra. Essendo consapevole di essere tornato indietro nel tempo non potrei mantenere lo stesso insieme di stati dell’universo, in quanto io mi troverei in una condizione diversa - per non dire privilegiata - rispetto alla precedente, quando ancora non ero tornato indietro!

In pratica noi identifichiamo un istante come insieme di stati. Ne deriva che questo insieme di stai corrisponde ad un instante ben preciso, non uno qualsiasi. Qualsiasi variazione (nel tempo…), anche minima, nell’insieme di stati, corrisponde quindi ad un diverso istante, se volete precedente o successivo volendo mantenere una visione familiare.

Se non riuscissimo a misurare o percepire variazioni nell’insieme di stati dell’universo il tempo scomparirebbe, compreso il tempo soggettivo percepito da ognuno di noi, essendo noi stessi parte degli stati dell’universo.

In definitiva se un istante deve corrispondere ad un ben definito insieme di stati per essere riconosciuto tale, risulta evidente che qualsiasi variazione a tali stati non potrà corrispondere a quell’istante.

La cosa interessante è che se per assurdo mi trovassi nel diciottesimo secolo, rendendome conto dalla realtà che mi circonda, dovrei sospettare che non sia il diciottesimo secolo da me conosciuto, ma un’altro stato simile al diciottesimo secolo!

Per meglio dire, potremmo sospettare che si sia riprodotta - casualmente - una configurazione degli stati dell’universo simile a una registrata in precedenza, con una sola piccollissima differenza; noi stessi che siamo “tornati” indietro. Tornare esattamente ad un istante passato, data la definizioe sopra, non ha senso. Registrare una configurazione degli stati dell’universo simile ad una già registrata del 99,99999999999999999999999999999999% è quello che più si avvicina ad un viaggio a ritroso nel tempo!

In quello che noi identifichiamo normalmente con futuro, invece, le cose diventano più semplici, in quanto non possiamo prevedere nei dettagli l’insieme degli stati dell’universo fra N istanti (nonostante questa sia un’aspirazione della scienza in generale).
Forse è proprio per questo motivo che esiste una freccia del tempo!
Siamo noi stessi a determinare parte dello stato dell’universo fra N istanti con le nostre scelte, sempre che crediate nel libero arbitrio. Nel caso contrario, futuro e passato si equivalgono, quantomeno nella loro immutabilità di stati. Non siamo in grado di ri-sistemare gli stati dell’intero universo in modo da “simulare” un ritorno nel passato. Per chi fa affidamento al libero arbitrio, tende a pensare di poter modificare almeno una parte di questi stati con le proprie scelte.

Se ci chiediamo cosa possa significare “viaggiare nel tempo” possiamo averne un’idea riflettendo sul fatto che la nostra esistenza, la nostra vita, è di per se un viaggio nel tempo.
Ogni istante è per noi un viaggio, in una direzione ben precisa verso quello che identifichiamo come futuro, ma sempre viaggio. Tutto sommato è come trovarsi su un treno che non fa fermate e dal quale non possiamo scendere. “Adesso” passa e si trasforma in “passato”, come lo scenario visto dal finestrino di un treno-temporale-immaginario.
Curioso…

Il Tempo, questo sconsciuto, viene considerato come una dimensione ulteriore da aggiungere al nostro sistema di riferimento tridimensionale. Mi chiedo se ciò è effettivamente corretto ai fini di una reale comprensione di questa strana cosa che noi chiamiamo Tempo.

La teoria della relatività ristretta, ad esempio, ha dimostrato due cose:

1. Il Tempo assoluto - di Newton - non esiste!
2. Velocità paragonabili a quella della luce influenzano sia la metrica dello spazio tridimensionale che la “metrica” del tempo!

Per le nostre percezioni, se non di comprensione, lo spazio tridimensionale risulta più facilmente assimilabile e apparentemente comprensibile alla nostra mente. Abbiamo continuamente a che fare con lo spazio tridimensionale. Esso rappresenta il nostro habitat naturale, lo possiamo vedere, misurare, possiamo percorrere un tratto di spazio e tornare indietro sui nostri passi - cosa meravigliosa se ci si riflette un momento. Abbiamo, dunque, un ampio raggio d’azione per eseguire prove ed esperimenti su questo tessuto tridimensionale.

Chissà se la natura ha potuto scegliere il numero delle dimensioni spaziali?

Questa semplice concezione di spazio risulta quindi familiare, nonostante, ad un esame attento e profondo, nasconde - secondo me - concetti più profondi che tutt’ora ci sfuggono. Lavori sulla metrica e su spazi con più o meno dimensioni sono stati svolti da celebri matematici e fisici, addirittura in periodi storici ben lontani dalle applicazioni pratiche: infatti alcuni di questi lavori, come quelli del matematico Reimann, sono stati praticamenti riscoperti anni, se non secoli, dopo la loro pubblicazione.

Ciò che risulta davvero affascinante nel tempo è la sua proprietà di “memoria”. Quella proprietà fondamentale che ci permette di distinguere tra “passato” e “futuro”. Ciò che risulta evidente è la capacità del tempo di memorizzare un evento è continuare a spalmarlo in quello che noi identifichiamo con “futuro”.

Perchè devo aspettare per riscaldare un bricco d’acqua? Perchè ci siamo abituati. Sappiamo che dobbiamo fornire sempre più energia al bricco, e ciò ci risulta ovvio in quanto diamo per scontato che “ora” il bricco è più “caldo” rispetto a “prima”. Il calore di “adesso” è uguale al calore di “prima” più quello di “ancor prima” e così via. Ogni istante “presente” contiene se stesso e il precedente. Ricorda, grossolanamente, una somma numerica. Forse nemmeno troppo grossolanamente se consideriamo - in quest’ottica - che “5″ non potrebbe esistere se non esistesse il “4″, e così via.

Prendo un foglio di carta bianco ed inizio a scrivere il mio nome. Quando ho finito ho un quadro del “tempo”. Vedo la “somma” di ciò che ho fatto “prima” e “ancor prima”.

E’ fuori dubbio che il mio “ora” è la somma dei miei “prima” e “allora”. In questa visione non riesco ad identificare il tempo come una quarta dimensione. Questa caratteristica di “somma” non è visibile nelle tre dimensioni ordinarie, ad esempio. Come posso alterare uno spazio? Lo spazio ha memoria di se stesso?

Se ad esempio prendiamo un asse del nostro spazio tridimensionale, l’asse x. Ha veramente senso parlare di (x-n) come precedente a (x+n)? In altre parole che ne sa x dell’esistenza di (x-n) o (x+n)? Con il tempo - reletivamente alla nostra esperianza - posso dire certamente che “ora” sa benissimo dell’esistenza di “prima”! Al limite si può dubitare del “dopo”!

Nel “tempo” - invece - esiste una “freccia” che indica una pseudo-direzione! Essa sembra quasi ovvia, risulta chiaro che per lo spazio una “freccia” è sempre relativa. Ciò che è alla mia “destra” potrebbe essere alla tua “sinistra”, quindi ciò che per me viene spazialmente “dopo” per te potrebbe venire spazialmente “prima”.

Siamo, invece, tutti d’accordo - reletivamente al nostro mondo o porzione di universo - su ciò che viene “prima” e su ciò che viene “dopo” - esclusa la relatività ristretta ovviamente (non siamo in moto uniforme). Non esistono palesi conflitti in questo. Inoltre ciò che faccio “ora” avrà conseguenze su ciò che identifico con “dopo”. Lo spazio sembra non possedere tale caratteristica, non viene influenzato in modo permanente da nulla.

Riguardo la questione dei “viaggi nel tempo” dico solo una cosa: se non sappiamo davvero cosa sia il tempo questa domanda perde leggermente ogni significato!

A titolo esclusivamente speculativo volevo ragionare, insieme a Voi, su una questione particolarmente interessante riguardo a “possibili” viaggi nel tempo.
Non entro qui nei particolari tecnici della questione Viaggi nel Tempo, in quanto per il nostro ragionamento sono sufficienti semplici basi accessibili a tutti. Inoltre non intendo andare in contrasto con nessun esperimento (passato o recente, teorico o pratico) riguardo alla possibilità di Viaggi nel Tempo. Sono sicuro che molti di Voi sono a conoscenza di alcuni esperimenti dove sembra si sia riusciti a mandare nel “passato” una - cosidetta - particella.

Quello che invece vorrei affrontare è l’ipotesi di un possibile Viaggio nel Tempo (nell’accezione comune) e le sue conseguenze rispetto ad uno dei principi (ancora di salvezza per qualcuno) della Termodinamica.

Per i non adetti ai lavori cercherò di essere semplice ed efficace, e vedrete che tutto sarà - per quanto è possibile a noi miseri umani - chiaro.

PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA
Come ho promesso non scenderò in tecnicismi inutili, tutto sommato qui basta il buon senso. L’universo dove esistiamo (o la porzione del sistema solare) è composto da una moltidudine di energie (radiazioni, masse di stelle, pianeti, stelle comete veloci come razzi, ecc…). Similmente ad un salvadanaio ci possiamo concentrare sulla tipologia delle sengole monete (di vario tipo e vario taglio) o sulla somma totale dei nostri averi. La Termodinamica, in modo assai acuto, sostiene che i soldi nel nostro salvadanaio non possono ne aumentare ne diminuire! Possono sì trasformarsi (invece che un biglietto da 5 soldi posso trovare 5 monete da un soldo l’una…), ma il totale non può cambiare, a meno di un intervento esterno che aggiunga o sottragga denaro!
(Totò soleva dire: “è la somma che fa il totale” alla fine). (more…)