VIAGGIARE NEL FUTURO: E' POSSIBILE!

Episodio 1 di 3.

Il viaggio nel tempo è un tema caro agli appassionati di scienze, e la letteratura scientifica sull’argomento non manca.

Ma… sarebbe davvero possibile?

La relatività ci insegna che due fattori possono modificare lo scorrere del tempo: la velocità e la gravità.

In questo primo video della serie sui viaggi nel tempo, vediamo come — secondo le leggi della fisica — sia davvero possibile “viaggiare nel futuro” grazie alla velocità di spostamento. Il noto paradosso dei gemelli fornisce un esempio.

È possibile, ma… a una condizione, e con un prezzo da pagare.

Nel 2009, uno scienziato condusse un esperimento alquanto singolare per testare la possibilità dei viaggi nel tempo. Organizzò un ricevimento aperto al pubblico all’Università di Cambridge, ma senza informare nessuno. Decise di pubblicare gli inviti e di rendere noti la data, l’ora e il luogo solo molto tempo dopo, a evento ormai concluso.

La sua ipotesi era che, se le informazioni di questo suo esperimento avessero attraversato i secoli fino al giorno in cui l’umanità avesse finalmente trovato un modo per viaggiare nel tempo, allora eventuali viaggiatori dal futuro avrebbero potuto raggiungerlo alla data e nel luogo del ricevimento che aveva predisposto.

PREMESSA.

Quel giorno, lo scienziato attese a lungo, ma a quel ricevimento non si presentò nessuno.

Tuttavia, l’esperimento invita a riflettere su quanto la scienza si interroghi seriamente sulla possibilità dei viaggi nel tempo.

Si trattava di Stephen Hawking, una delle menti più brillanti che l’umanità abbia mai conosciuto e che, credo, non abbia bisogno di presentazioni.

Il suo intento, in realtà, era quello di sollevare un dibattito in modo un po’ provocatorio, ed era perfettamente consapevole che il fatto che nessuno si presentasse al ricevimento non poteva essere considerato come una prova empirica dell’impossibilità di viaggiare nel tempo. Esistono molte ragioni che potrebbero giustificare la scelta di non tentare l’esperienza, anche qualora fosse possibile.

Fin dai primi fotogrammi in bianco e nero, il cinema ci ha catturato facendoci fantasticare sugli scenari più incredibili. Bellissimi, ma, come sapete, su questo canale proviamo insieme a mettere da parte ciò che vorremmo fosse possibile, raccontando la scienza in base alle conoscenze di cui disponiamo attualmente.

Allora, in questa serie divisa in 3 episodi, vi propongo di esplorare, in modo relativamente semplice e alla nostra portata, cosa dice davvero la fisica riguardo alla possibilità di viaggiare nel futuro o nel passato.

E scoprirete che, spesso, scienza e fantascienza si occupano degli stessi misteri, anche se con strumenti e finalità diverse. La scienza ci permette di “conoscere”, mentre la fantascienza ci permette di “sognare”.

Abbiamo forse bisogno di entrambe le cose in egual misura, dobbiamo solo far attenzione a non confonderle e a non scambiare l’una per l’altra.

Un’ultima premessa: ho costruito questa serie sui viaggi nel tempo in modo che non servano conoscenze particolarmente avanzate per riuscire a seguire il filo, tuttavia se vorrete dare un’occhiata ai video sulla relatività ristretta e sulla relatività generale, vi permetterà senz’altro di avere un quadro più completo.

IL TEMPO.

Viaggiare nel tempo significa, in qualche modo, modificarne il corso, piegarlo alle esigenze di un potenziale viaggiatore. E la teoria della relatività ci insegna che due cose influenzano lo scorrere del tempo, teniamolo bene a mente: la velocità con cui un corpo si sposta e la gravità a cui è sottoposto.

Ma con calma, procediamo per gradi e armatevi di un po’ di pazienza, perché, per parlare di viaggi nel tempo, dobbiamo prima capire cos’è, per la fisica, il tempo, e come, eventualmente, lo si può alterare.

Nell’antichità il tempo era costruito essenzialmente attraverso l'osservazione della durata dei movimenti astronomici regolari: le fasi della luna, il movimento del sole o il ciclo delle stagioni. Ogni volta che il sole, o un altro astro, ritornava in una certa posizione si segnava un'unità di tempo. Poi la tecnica ha permesso di sostituire agli astri gli orologi, dove le lancette, così come gli astri, compiono movimenti ciclici e ritornano in una determinata posizione che è un’unità di tempo. E da oltre 50 anni gli orologi atomici scandiscono il tempo basandosi sulla frequenza di risonanza di un atomo, permettendo una precisione tale che lo scarto accumulato in milioni di anni sarebbe ancora inferiore a un secondo.

Il tempo, dunque, è costruito come un accumulo di durate successive. Ricordiamocelo, ci sarà utile. Durate che possono essere secondi, minuti, battiti cardiaci o cicli lunari, e che, almeno in apparenza, sembrano identiche per tutti, indipendentemente da chi le misura.

Ma la realtà della fisica, spesso, non è come appare né tantomeno come noi la percepiamo.

Nel 1905 la teoria della relatività ristretta di Einstein rivoluzionò il concetto stesso di tempo, scardinando l’idea che questo fosse qualcosa di universale e di assoluto. (Ed è a questo punto che eventualmente vi invito a dare un‘occhiata al video dedicato alla relatività ristretta).

Einstein dimostrò che la velocità con cui ci si muove influenza lo scorrere del tempo.

Più un corpo, o un intero sistema di riferimento, si muove rapidamente, più lentamente scorrerà il suo tempo rispetto ad un osservatore fermo.

Grazie ad Einstein, abbiamo capito che esiste un tempo proprio per ciascuno di noi: lo scorrere del vostro tempo mentre fate jogging, sebbene lo scarto sia infinitesimale, non è lo stesso del vostro vicino seduto sul divano, perché il vostro moto è diverso e fa sì che viviate in 2 sistemi di riferimento distinti, con un tempo che scorre a velocità differenti.

La teoria della relatività ristretta dimostra, e permette di calcolare, come il tempo possa essere dilatato, deformato e alterato dalla velocità.

E questo è interessante per noi, perché ci fa intuire che la velocità alla quale ci spostiamo potrebbe essere una chiave per permetterci di viaggiare nel tempo.

UN VIAGGIO NEL FUTURO… E’ POSSIBILE.

In che modo la velocità può permetterci di viaggiare nel tempo?

Usiamo il diagramma di Minkowski per visualizzare il tempo e lo spazio di un ipotetico universo piatto.

Sull’asse verticale misuriamo il trascorrere del tempo, dove ogni riquadro della griglia corrisponde ad un anno.

Sull’asse orizzontale invece misuriamo delle distanze, dove ogni riquadro corrisponde ad un anno luce, ovvero a circa 9.5 trilioni di chilometri.

Ovviamente se i lati di ogni riquadro corrispondono in altezza ad un anno di tempo e in lunghezza ad un anno luce, allora un oggetto che si sposta esattamente alla velocità della luce traccerà su questo grafico una linea lungo le diagonali di ogni quadretto, passando attraverso tutti i vertici.

Cioè, dopo un anno di tempo, la luce avrà attraversato un anno luce di distanza.

Allo stesso modo, giusto per completare la comprensione di questo diagramma, un corpo che si sposta alla metà della velocità della luce, attraverserà il primo riquadro alla metà del suo lato ed impiegherà 2 anni per percorrere un anno luce.

Sarete d’accordo con me sul fatto che tutti noi ci troviamo in un punto qualsiasi dello spazio sulla linea orizzontale, e che avanziamo nel tempo lungo una linea quasi perfettamente verticale, poiché il tempo scorre per tutti noi in maniera praticamente identica. Nessun mezzo di trasporto della nostra vita quotidiana ci permette infatti di avere un moto sufficientemente veloce da poter influenzare lo scorrere del tempo in maniera percettibile.

Ma ora immaginiamo la storia di due gemelli, Marco che è un medico e Marta che fa l’astronauta.

Fintanto che entrambi conducono un’esistenza ordinaria qui sulla Terra, la loro linea spazio-temporale sarà la nostra stessa linea verticale: avanzano nel tempo normalmente e non si spostano a velocità estreme.

Ma un giorno Marta, l’astronauta, ha la possibilità di intraprendere un viaggio di andata e ritorno verso una destinazione situata a 4 anni luce di distanza dalla Terra, viaggiando ad una velocità di 4/5 (ovvero l’80%) della velocità della luce.

Sul nostro grafico, il viaggio di Marta si presenterà allora con un'inclinazione della sua linea spazio-temporale che incrocerà il lato del primo riquadro in prossimità dei 4/5 della sua lunghezza e proseguirà fino a raggiungere 4 anni luce sull’asse orizzontale delle distanze, poi tornerà indietro percorrendo la stessa distanza, con la stessa velocità, dunque mantenendo la stessa inclinazione, ma questa volta in direzione della Terra.

Marco e Marta sanno entrambi della relatività e quindi si chiedono come sarà quando si rincontreranno al ritorno dal viaggio, e in particolare quanto tempo sarà passato per ognuno di loro.

Possiamo facilmente calcolare che per Marco, che resta sulla Terra, e per il quale il tempo trascorrerà al ritmo che conosciamo nel nostro sistema di riferimento, la sua attesa sarà di 10 anni: distanza di 4 anni luce all’andata + 4 anni luce al ritorno, diviso la velocità di 80% della luce = un tempo di 10 anni di attesa.

Ma per Marta, partita per il viaggio, le cose si fanno più interessanti e anche più complicate.

Perché viaggiando all’80% della velocità della luce, risentirà eccome dell’effetto relativistico della dilatazione del tempo, e per calcolare quanto durerà per lei il viaggio, nel suo nuovo sistema di riferimento in movimento, dovremo utilizzare la teoria della relatività ristretta e le trasformazioni di Lorentz.

Applicando la formula, troviamo un fattore di dilatazione del tempo di circa 1,66.

Dividiamo i 10 anni di attesa di Marco per questo fattore di dilatazione e troviamo un tempo di circa 6 anni di viaggio per Marta.

Al ritorno dal viaggio, per Marco, rimasto sulla Terra, saranno passati 10 anni, mentre per Marta, l’astronauta, ne saranno passati soltanto 6.

In conseguenza della relatività, se al momento della partenza i gemelli avevano 30 anni, quando si rincontreranno Marco ne avrà 40, mentre Marta ne avrà soltanto 36.

Una differenza di età che, per due gemelli, è un paradosso.

In qualche modo Marta ha sfruttato la velocità per viaggiare nel tempo e arrivare nel futuro di Marco.

E ovviamente, non dovete immaginare che Marta abbia vissuto al rallentatore.

Per lei, all’interno del suo sistema di riferimento all’80% della velocità della luce, il tempo è trascorso normalmente: non ha percepito il tempo come rallentato.

Il suo cuore ha battuto normalmente e, quando ha guardato le lancette del suo orologio, le ha viste muoversi esattamente come quando le guardava sulla Terra.

Ciò che è cambiato per lei è il tempo trascorso, inteso come la quantità di durate che ha potuto accumulare, rispetto a Marco che è rimasto sulla Terra.

UNA CONDIZIONE E UN PREZZO.

Ovviamente il paradosso dei gemelli è una simulazione teorica dove, per semplificare i calcoli e capire il concetto, si omettono volontariamente delle variabili che si dovrebbero invece calcolare in un’esperienza reale: come per esempio eventuali effetti gravitazionali e soprattutto l’accelerazione e la decelerazione alla partenza, all’inversione di rotta e al rientro sulla Terra. Elementi che farebbero apparire la curva in maniera un po' diversa da come la presenta il paradosso dei gemelli.

Ma, al netto di questa approssimazione nei calcoli, viaggiare nel futuro grazie alla velocità è possibile…le leggi della fisica lo permettono e lo prevedono.

Certo, raggiungere delle velocità relativistiche è complicato, ma è solo una difficoltà di realizzazione tecnica.

Dal punto di vista delle conoscenze teoriche tutti i calcoli sono già noti alla scienza. .

Ma nonostante sia possibile, questo tipo di viaggio nel futuro presenta una condizione da accettare, e soprattutto un prezzo da pagare.

La condizione è che l’unico futuro che potrete visitare è necessariamente quello di qualcun altro, e mai il vostro, poiché il viaggio sfrutta lo scarto temporale tra il vostro sistema di riferimento in movimento e un altro sistema immobile. E ciò vi permette di portare il vostro presente nel futuro di qualcun altro, ma non nel vostro.

E il prezzo da pagare è… che non si torna indietro: è un viaggio senza ritorno.

Un viaggio che vi farebbe atterrare in un futuro di cui non avreste vissuto il passato, senza avere memoria degli eventi che lo hanno prodotto.

Immaginate di spingere più lontano il paradosso dei gemelli e di partire per una durata più lunga o a velocità ancora più vicine al limite della luce. Ed immaginate di ritornare quando i vostri figli saranno diventati molto più vecchi di voi, come nel film Interstellar.

Avreste allora la possibilità di vedere un futuro, il loro futuro, che molto probabilmente non avreste mai potuto vedere se non aveste fatto questo viaggio nel tempo. Sareste morti prima.

Ma potrebbe essere una magra soddisfazione vivere il loro futuro senza aver mai vissuto il loro passato, la loro vita, e senza avere mai più la possibilità di poterla vivere.

CONCLUSIONE.

Riassumiamo un po’ quanto abbiamo percorso fin qui.

Il viaggio temporale è qualcosa su cui la fisica si pone molte domande e formula molte ipotesi, molto seriamente.

Abbiamo innanzitutto definito il tempo come un “accumulo di durate successive” e abbiamo ricordato come la relatività ci insegni che il tempo non è qualcosa di assoluto ed immutabile, ma al contrario, qualcosa di relativo che è possibile distorcere tramite la velocità e la gravità.

Poi abbiamo visto che viaggiare nel futuro grazie alla velocità è possibile.

Certo, è un viaggio nel tempo che non offre tutti gli scenari dei film di fantascienza, ma è comunque possibile, calcolabile ed in un certo senso anche realizzabile, alla condizione che si accetti di viaggiare nel futuro di qualcun altro, e non nel proprio, e che si accetti di “atterrare” in un futuro di cui non si è mai vissuto il passato e mai più si potrà vivere.

Rimangono ancora molte cose da dire nei prossimi episodi, come per esempio analizzare se un viaggio nel passato sia ugualmente possibile, e se sì… a quali condizioni e a quale prezzo questa volta.

Perché, in fondo, se è vero che più ci si avvicina alla velocità della luce e più il tempo rallenta, allora… forse se si riuscisse a raggiungere o addirittura superare il limite della luce, si potrebbe pensare di invertire il flusso del tempo, di farlo scorrere al contrario e di viaggiare nel passato. Considerando quanto visto finora, sarebbe un’ipotesi piuttosto plausibile, o comunque non assurda.

E allora vi do appuntamento ai prossimi episodi nel frattempo, cari amici, continuate ad appassionarvi di scienze.

A presto.

FONTI:

https://en.wikipedia.org/wiki/Hawking%27s_time_traveller_party

https://mashable.com/article/stephen-hawking-time-travel-party

Conferenza dell’astrofisico Laurent Lehoucq - Utopiales 2017. https://www.youtube.com/watch?v=jM2XxcnXuZ0

https://it.wikipedia.org/wiki/Spaziotempo_di_Minkowski

https://en.wikipedia.org/wiki/Spacetime_diagram

https://en.wikipedia.org/wiki/Minkowski_space

Isenberg, J. A. (1981) "Wheeler-Einstein-Mach spacetimes"

https://www.britannica.com/science/time-dilation

https://en.wikipedia.org/wiki/Twin_paradox

https://impararelafisica.altervista.org/gps/

https://it.wikipedia.org/wiki/Struttura_causale

https://it.wikipedia.org/wiki/Linea_di_universo

https://en.wikipedia.org/wiki/Time_travel

https://astronuclphysics.info/CestyCasem.htm

https://plato.stanford.edu/entries/time-machine/

https://en.wikipedia.org/wiki/Wormhole

https://it.wikipedia.org/wiki/Kip_Thorne

https://www.palazzoesposizioniroma.it/pagine/mostre-archivio-mostre-archivio-mostre-2014-numeri-tutto-quello-che-conta-da-zero-a-infinito-einstein-lha-detto-veramente

https://en.wikipedia.org/wiki/Temporal_paradox

https://it.wikipedia.org/wiki/Anello_temporale

https://it.wikipedia.org/wiki/Quadrivelocit%C3%A0