INT. Jos Ignacio Latorre

SCIENZE

FISICA/ Quei tre secondi che segnalano la nostra

percezione del tempo

marted 20 agosto 2013

Se ci sono degli scienziati da sempre in corsa contro il tempo, questi sono i fisici: dapprima hanno imparato a misurarlo, poi lhanno assunto come parametro principale delle loro equazioni, poi, da circa un secolo, si sono imbattuti nei paradossi della teoria della relativit e della meccanica quantistica e su questi si stanno ancora confrontando. E le implicazioni non sono solo scientifiche: coinvolgono in pieno grandi questioni filosofiche ma rimettono anche in discussione concetti che sembravano inossidabili, come quello di contemporaneit o quello di consequenzialit tra cause ed effetti: concetti che hanno un evidente impatto nella vita e nella esperienza quotidiana di tutti. Ecco alcuni motivi di interesse per il dibattito che vedr ingaggiati domani al Meeting tre star della fisica contemporanea: linglese Paul Davies, lo spagnolo Jos Ignacio Latorre e litaliano Marco Bersanelli, che si confronteranno su La natura del tempo, nella scienza e nellesperienza umana. In vista dellincontro, ilsussidiario.net ha intervistato Latorre.

Quali sono le idee della Teoria della Relativit che pi influenzano la nostra comprensione del tempo?La definizione del tempo in fisica profondamente collegata alla costruzione di un buon orologio. In sostanza, un orologio un contatore di cicli di un sistema periodico. Ad esempio, consideriamo un orologio realizzato utilizzando un pendolo. Ogni oscillazione avanti indietro della massa sospesa ci fornisce una unit di tempo. Possiamo allora misurare gli intervalli di tempo come il numero di oscillazioni fatte dal nostro pendolo in ogni intervallo. Questo esempio illustra chiaramente che cos un orologio, ma suggerisce anche che il nostro pendolo non potr essere un orologio molto preciso. In effetti, le sue oscillazioni possono essere alterate dal vento, dallattrito sul perno, dalla dilatazione del filo ecc. Un orologio migliore si pu ottenere utilizzando come sistema periodico la frequenza della luce. Gli orologi atomici sono tipicamente basati sulla transizione che si verifica negli atomi di Cesio. Questi orologi funzionano cos bene da permetterci di ottenere facilmente precisioni di una parte su dieci miliardi; ovvero, i nostri orologi al Cesio accumulano solo un errore di un secondo in poche migliaia di anni.

Ma cosa centra con questo la Teoria della Relativit?La Teoria della Relativit di Einstein necessaria per comprendere come il tempo viene misurato da osservatori differenti. Consideriamo un orologio a riposo e un altro in moto uniforme relativo al primo; ogni orologio costituito da fotoni che rimbalzano tra due specchi. Einstein osserva che il fotone nellorologio in movimento, visto da quello a riposo, percorre distanze maggiori tra ogni rimbalzo; perci lorologio in movimento scandisce il tempo pi lentamente, visto dallaltro. La misura del tempo relativa in quanto dipende dallo stato di moto dellorologio. Questa idea la chiave per correggere il tempo misurato dagli orologi atomici in orbita attorno alla Terra e quindi per consentire una elevata accuratezza dei sistemi GPS.

Anche la Meccanica Quantistica ha qualcosa da dire sul tempo?La Meccanica Quantistica incide sulla nostra comprensione del tempo in due modi diversi, uno a livello pratico laltro a livello filosofico. Il primo riguarda la precisione. I sistemi quantistici offrono i migliori orologi che possiamo realizzare. Recentemente, stato dimostrato che i nuovi orologi possono operare con atomi a frequenze ottiche, consentendo precisioni di una parte su 100 milioni di miliardi. straordinario. Quando simili orologi saranno impiegati per i sistemi di posizionamento, potremo calcolare le distanze con precisioni dei micron. Un simile livello di accuratezza cambier senza dubbio la nostra vita quotidiana.

E il secondo livello? collegato alla nostra comprensione profonda del tempo. La Meccanica Quantistica stabilisce che il tempo non un osservabile bens un parametro nelle equazioni dellevoluzione. Ci significa inoltre che evolve semplicemente tra un esperimento e laltro ma che, nel preciso istante in cui viene fatta una osservazione, lo stato del sistema collassa. Cos levoluzione del tempo punteggiata da una forte riduzione delle nostre informazioni. Molti scienziati concordano nel ritenere che non siamo arrivati a una piena comprensione della natura della Meccanica Quantistica, sebbene questa ci fornisca la miglior spiegazione che luomo abbia mai raggiunto.

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Qual il legame tra il tempo e la causalit nel mondo della fisica quantistica?La Meccanica Quantistica stabilisce che levoluzione tra gli esperimenti deterministica, cio che obbedisce pienamente al principio di causalit. Possiamo chiederci allora se c posto per il libero arbitrio nella Meccanica Quantistica. certamente vero che il collasso delle informazioni prodotto al momento delle misure casuale per definizione. Ci sembra aprire una finestra sul non determinismo. In realt, a ben guardare la Meccanica Quantistica non deterministica. Ma dobbiamo essere consapevoli che la casualit non lascia spazio al libero arbitrio. Non c nessun arbitrio nel lancio di una moneta. Non c nessun arbitrio quantistico. In anni recenti alcuni importanti scienziati hanno avanzato lidea che la Meccanica Quantistica fornisca solo una descrizione efficace della natura alle scale di energia che ora possiamo esplorare: alle altissime energie (la scala di Planck) potrebbe verificarsi che la Meccanica Quantistica sia sostituita da una teoria pienamente deterministica. Se ci vero, il libero arbitrio una pura illusione: noi non avremmo alcuna possibilit di calcolare ogni dettaglio delle nostre azioni future ed esse resterebbero determinate da quella teoria fondamentale.

Nella Meccanica Quantistica il ruolo dellosservatore cruciale: lo anche nel definire e misurare il tempo?Nella Meccanica Quantistica il tempo viene misurato come accumulo di energia in qualche apparato che controllato da un orologio classico. Tali accumuli sono soggetti alla natura casuale delle osservazioni cos come sono descritte dalla Meccanica Quantistica. Ad esempio, il tempo di arrivo delle particelle in un dato esperimento non segue uno schema sempre uguale e obbedisce a qualche indeterminazione correlata alla misura delle energie. Ci suggerisce lidea che buoni orologi classici sono collegati a buone misure delle energie.

Fino a che punto il fluire del tempo e i collegamenti di causa-effetto che percepiamo sono nostre elaborazioni neurologiche della realt?Secondo me, la nostra percezione del fluire del tempo legata alla biologia e al delicato problema della comprensione della coscienza. E ci non per nulla facile. un tema di ricerca che dovrebbe essere affrontato senza pregiudizi e in una prospettiva umile e molto oggettiva. Vale la pena ricordare che recenti esperimenti hanno rivelato che le decisioni umane possono essere anticipate fino a tre secondi monitorando il flusso di ioni con unapparecchiatura MRI (Risonanza Magnetica per Immagini). La causalit un argomento molto diverso. Consideriamo lanalisi approfondita di tutti i risultati di una serie di esperimenti: un primo fatto legato alla causalit la necessaria ripetizione di risultati identici quando uno stesso esperimento viene eseguito pi volte nelle stesse identiche condizioni. Finora abbiamo ottenuto impressionanti riscontri che la causalit si conserva nel mondo microscopico. Riusciamo anche a capire quale parte della Meccanica Quantistica dovrebbe essere modificata per ottenere teorie che vadano oltre e che pure conservino la causalit. Il passo che dobbiamo ancora fare quello di connettere la causalit microscopica con quella macroscopica. A questo punto entrano in gioco chimica e biologia: c tanta ricerca da fare in questo campo.

(Mario Gargantini)

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