sabato, giugno 20, 2015

Siamo in tempo?

Il ticchettio di un orologio che scandisce il silenzio, la lancetta dei secondi che ipnoticamente compie la sua rivoluzione: un immagine rara nell'era del digitale, eppure quelle macchine del tempo che ora sembrano antiche, creano col loro modus operandi una visione forse più esplicita di che cosa possa significare lo scorrere del tempo.
L'abbiamo ormai ripetuto tante volte: il tempo è relativo cioè non è universale. Non esiste un orologio super partes che scandisce il tempo con la stessa frequenza per me e per il pilota di un aereo o tra un villeggiante al mare ed uno in montagna; ognuno ha un proprio tempo relativo a quello degli altri, più lento o più veloce, con differenze infinitesimali per noi che abitiamo questo pianeta. 


Così quella lancetta si muoverebbe più lenta se portassimo quel vecchio orologio in un viaggio ai limiti della velocità della luce, ed è così che la lancetta va più veloce se ci troviamo in orbita, lontano dal centro gravitazionale della Terra; ma lenta o veloce rispetto a cosa se non esiste un orologio universale di riferimento? Ed ecco che assume un senso il termine "relatività"!
Quando misuriamo una velocità od un tempo è sempre rispetto a qualcuno o qualcosa, perché non esiste uno spazio od un tempo assoluto. Il fatto che viviamo confinati su di un pianeta ha reso naturale utilizzare i punti di riferimento che l'uomo aveva comodamente a disposizione: abbiamo deciso cos'è il nord ed il sud, abbiamo misurato il tempo tra un tramonto e l'altro, abbiamo stabilito che andare ai 20 km/h significa muoversi rispetto al suolo a quella velocità.

L'universo però non funziona esattamente così: se fossimo nello spazio profondo non avremmo più alto e basso, nord e sud, e se vedessimo passarci accanto un satellite non potremmo dire se siamo noi che ci stiamo muovendo verso di esso od il contrario! La mancanza di punti di riferimento ci fa capire meglio il significato di "relatività".

Per il tempo la questione è esattamente la stessa: il mio tempo sta rallentando ma rispetto al tempo di chi? La lancetta si muove più veloce ma paragonata a quale altra lancetta?
La nostra percezione di esseri coscienti non ci permette di assorbire completamente il concetto di relatività temporale perché ci siamo evoluti in un piccolo angolo di universo in cui le cose funzionano in modo assolutistico rispetto ad esso: ma c'è qualcosa di più profondo che ci è difficile esplorare.
La relatività spaziale pur non appartenendoci appieno è in qualche modo assimilabile, (almeno fino a quando non discutiamo dell'espansione dello spazio ma qui aprirei un altro capitolo), perché nello spazio ci si muove liberamente: possiamo andare e tornare da un punto all'altro, indipendentemente da ciò che può fare qualcuno che ci osservi; il tempo invece ci permette una sola direzione, dal passato al futuro. Ecco perché è difficile immaginare tutti gli orologi paralleli che viaggiano ognuno a velocità diversa verso il futuro: qualcuno arriverà prima? Il futuro di qualcuno rappresenterà il passato di qualcun'altro? C'è un orologio che va più veloce di tutti? Esiste un orologio fermo nel tempo? Insomma sembrano scaturire infiniti paradossi ai quali non sembra possibile dare risposta.

Ma ci sono domande che possono aprire uno spiraglio alla nostra comprensione: esiste il tempo senza lo spazio? E lo spazio avrebbe significato se non contenesse energia o materia?
Il tempo è un illusione, rappresenta la conseguenza dell'evoluzione dell'energia nello spazio: non esisterebbe un tempo se non esistesse una materia che è in continua interazione con se stessa e lo spazio che la circonda. Difficile immaginare il contrario ma se pensiamo al nostro orologio, alla sua lancetta immobile, alla molla scarica ed ai meccanismi fermi, forse per un attimo possiamo percepire l'assenza del tempo e se riusciamo a farlo possiamo provare anche a cogliere la relatività di quel silenzio rispetto al caos dell'universo.



domenica, giugno 14, 2015

L'Universo allo specchio

Una palla che girando su se stessa cade dall'alto, il rimbalzo sul pavimento con la sfera che va in direzione sinistra, un altro rimbalzo nella stessa direzione e cosi via fino all'arresto completo; un breve filmato che potremmo utilizzare per spiegare come il disordine fisico, od entropia, aumenta in modo continuo in questo universo, ed anche con un pavimento elastico ed una palla leggera, l'energia dispersa da ogni rimbalzo avrà in qualche modo aumentato il disordine di questa realtà, tanto è che la palla e destinata a fermarsi.


Ci sono pero' altri fenomeni che potremmo osservare prendendo il filmato della palla come esempio ed uno di questi riguarda la simmetria;  se ribaltiamo la pellicola possiamo riprodurla come se fosse ripresa ad uno specchio, la sinistra prende il posto della destra ma tutto procede come prima: la stessa caduta con la palla che ruota in senso opposto, lo stesso rimbalzo ma questa volta in direzione destra, l'arresto nello stesso preciso istante. Non è solo un trucco da registi perché se vogliamo possiamo riprodurre realmente lo stesso fenomeno scambiando la destra con la sinistra ottenendo lo stesso risultato del filmato, due realtà identiche ma simmetricamente opposte; in fisica si dice che la parità è rispettata e quindi che le leggi fisiche sono invarianti rispetto a traslazioni nello spazio. Per esempio eseguire un esperimento in laboratorio con un laser rivolto verso est, verso ovest, ma anche verso nord o sud deve dare sempre lo stesso risultato, e fino al 1954 praticamente tutti gli scienziati erano convinti che questa regola di invarianza valesse per qualsiasi fenomeno.


Ma continuiamo a giocare con la palla: dovremmo ormai sapere, per lo meno avendo visto o letto "Angeli e Demoni" di Dan Brown, che esiste una forma speculare di materia che è identica a quella che ci compone ma che ha cariche elettriche opposte, l'antimateria appunto, e se potessimo girare un filmato con una palla uguale alla precedente ma composta di antiparticelle, guardando il video non potremmo distinguerlo da quello originale. I fisici in questo caso dicono che le leggi fisiche sono invarianti rispetto alla carica (intendendo quella elettrica), o almeno lo potevano dire fino al 1967.

Un ultimo giochino col filmato originale: proiettiamo il video dalla fine invertendo la sequenza degli avvenimenti; osserviamo la palla che da ferma inizia a compiere rimbalzi sempre più alti fino a schizzare verso l'alto negli istanti esatti in cui cio' accadeva nella direzione corretta. Niente di strano infatti, perché di moviole al contrario ne abbiamo viste molte, anche se nella realtà riprodurre un esperimento col tempo che scorre dal futuro al passato non è possibile: si possono pero' indirettamente misurare i tempi in cui fenomeni fisici invertibili rispetto al tempo avvengono e gli studiosi dicono che le leggi della fisica sono invarianti rispetto alla direzione del tempo. Od almeno lo dicevano fino agli anni 70 ed hanno osservato il contrario nel 1998.

Ma c'è qualcosa di cui ancora oggi i fisici sono convinti? Esiste un pilastro, un fulcro rispetto il quale la simmetria ci puo' dare informazioni credibili su di un universo che predilige la sinistra o la materia rispetto alla dritta ed alla antimateria, ed in cui i fenomeni cambiano rispetto alla direzione del tempo?
Precisiamo che queste asimmetrie sono minuscole e per quanto ne sappiamo coinvolgono solo alcuni fenomeni legati alle interazioni deboli (le radiazioni) e che quindi ai nostri occhi il mondo con le sue leggi risulta molto simmetrico; sono invece proprio le asimmetrie che potrebbero spiegare il perché l'universo esista in questa forma e come mai il tempo scorra nella direzione che osserviamo.
Se in un primo tempo gli studiosi avevano creduto che almeno la simmetria composta da CP (carica+parità) potesse essere conservata hanno dovuto poi ricredersi per prendere a baluardo la simmetria CPT (carica, parità, tempo).
Tornando alla palla, rispetto alla simmetria possiamo dire ad oggi che le leggi della fisica si conservano (rispetto al nostro filmato iniziale della palla che cade) in una situazione in cui una palla di antimateria che ruota in direzione opposta viene fatta rotolare all'indietro nel tempo: semplice no!!!



domenica, giugno 07, 2015

Le sfere del tempo

Fin dall'antichità filosofi e studiosi hanno rappresentato il cielo come una sfera; oggi i planetari sono delle cupole sulle quali viene proiettata la volta celeste in modo che gli spettatori possano contemplare il cielo notturno anche di giorno; i corpi celesti sono per lo più sferici ed anche uno stolto, osservando l'avvento di un plenilunio, si rende conto di osservare un oggetto sferico. La sfera è una "forma" speciale nel nostro mondo tridimensionale perché la superficie rappresenta il luogo delle equidistanze: ciò che osserviamo intorno a noi può essere sempre incluso in una sfera più o meno grande, e più spingiamo lo sguardo lontano e più è naturale pensare di essere al centro di una enorme palla: forse questo è stato anche l'equivoco che ha montato la testa ai primi uomini pensanti che hanno creduto per secoli di stare al centro dell'universo.

Le sfere intorno a noi rappresentano inaspettatamente non solo la distanza a cui può spingersi il nostro sguardo ma anche lo scorrere del tempo; essendo la velocità della luce finita, tutto ciò che osserviamo (proprio attraverso alla radiazione luminosa che ci raggiunge) rappresenta un tempo trascorso. Se osserviamo oggetti a 100 metri di distanza li stiamo osservando come erano 0,000000033 secondi prima, mentre se osserviamo il sole (non fatelo mai senza un filtro apposito perché reca danni permanenti alla vista!!) lo stiamo ammirando come era 500 secondi fa.

Ci si può spingere fino a quando la vista o gli strumenti ci supportano ed arrivare a misurare una radiazione che giunge a noi da una sfera di circa 13,7 miliardi di anni fa; il problema è che quando scrutiamo il cielo è molto difficile capire a quale sfera del tempo gli oggetti appartengano. Ad esempio se osserviamo una torre in lontananza sarà difficile valutarne l'esatta distanza, ma se tra la costruzione e noi si frappone una collina più vicina, e poi un altra ed infine una casa, conoscendo le distanze di questi oggetti intermedi, potrò cercare di stimare a quale sfera del tempo appartenga la torre. Nello spazio più si guarda lontano e più è difficile avere punti di riferimento ma nonostante la ardua sfida gli astronomi negli anni hanno misurato dei particolari fenomeni (supernova tipo Ia) per poter avere delle "candele" di riferimento che si potessero usare per calcolare a quale sfera del tempo appartengano gli oggetti e le radiazioni che ci giungono dalla profondità dello spazio.

Poi c'è la radiazione di fondo, il red shift, la materia oscura, ed altri stupefacenti fenomeni che hanno aiutato gli scienziati a ricostruire non solo la mappa dell'universo ma anche la sua storia, e chi lo sa, forse anche il suo futuro (anche se non mi fiderei troppo visto gli errori che fanno nelle previsioni meteo).

Una mappa 3d di un aporzione di universo