Einstein on ice
La scienza moderna oggi è più fantastica della fantascienza... dalla genetica alla fisica quantistica, le idee accettate o discusse dalla comunità scientifica sono incredibili e affascinanti, ma spesso, ahimè, incomprensibili senza un'adeguata preparazione. E' qui che entra in gioco l'abilità del divulgatore: riuscire a far comprendere a tutti - senza bisogno, possibilimente, di equazioni differenziali - le idee della scienza moderna. E questo è lo scopo di questa rubrica, curata da un pool di esperti coordinati da Emiliano Farinella, e che prende il nome dal romanzo di fantascienza di una famosissimo scienziato e divulgatore: Carl Sagan.
Tra i temi della fantascienza più famosi, che hanno raggiunto una enorme notorietà anche tra il pubblico generale oltre che tra gli appassionati, c'è senza dubbio il tema del viaggio nel tempo. Nella sua versione più popolare, il viaggio avverrebbe grazie a un vero e proprio veicolo temporale, in analogia con i normali veicoli che ci aiutano a spostarci nello spazio: la macchina del tempo. Già il nome stesso
macchina del tempo suggerisce un oscillare tra i due sensi della parola macchina: il significato più generale di dispositivo a fronte di quello colloquiale nel senso di automobile o veicolo in genere--per esempio, i piloti di elicottero spesso chiamano macchina il loro veicolo. E proprio su questa ambiguità gioca quello che probabilmente al momento è l'esempio fantascientifico più noto di macchina del tempo, quella della trilogia cinematografica
Ritorno al futuro, in cui la macchina del tempo è un'automobile sportiva, e per poter funzionare deve essere prima portata alla velocità di 150 chilometri orari. In altre narrazioni il mezzo attraverso cui avviene la traslazione temporale è un qualche fenomeno naturale, in genere su scala astronomica: buchi neri, tunnel spaziali... Gli appassionati delle varie serie di
Star Trek, per esempio, ne sanno sicuramente qualcosa. Ci sono infine dei casi in cui lo spostamento nel tempo viene introdotto senza particolari spiegazioni, come per esempio in
Un americano del Connecticut alla corte di re Artù di Mark Twain (anche se si tratta di un romanzo non strettamente fantascientifico).
Spostarsi nel tempo è un magnifico artificio per la trama in un racconto fantascientifico, per esempio nel caso che permetta di introdurre un deus ex machina nella storia, oppure che semplicemente fornisca al narratore la scusa per dare una varietà di scenari d'azione (come nel caso della serie televisiva Quantum Leap) o nel caso che permetta di provare a riscrivere la storia rispondendo alla domanda "Cosa sarebbe accaduto se". Ma nei confronti della vita reale, ci sono motivi di aspettarsi il viaggio nel tempo che entra a far parte di un futuro prevedibile? Oppure le macchine del tempo sono impossibili e non esisteranno mai? Entrambe le risposte sono negative: se da un lato è vero che non ci sono prove concrete dell'esistenza di nessun meccanismo fisico che permetta i viaggi nel tempo, è anche vero che ci sono, per esempio, alcune estrapolazioni della teoria della relatività generale che permetterebbero come conseguenza anche dei viaggi nel tempo. La parola chiave da tener presente è estrapolazioni: siamo oltre i limiti nei quali la relatività generale è stata testata sperimentalmente, e ne usciamo in una direzione che molti fisici non ritengono sensata (e, per quel che può valere, neanch'io ci scommetterei sopra molto).
Per capire il significato fisico che avrebbe il viaggio nel tempo, dobbiamo riflettere un po' su cosa sia il tempo in fisica, e in che misura gli si possano applicare gli stessi concetti che si applicano ai normali spostamenti nelle tre direzioni spaziali. Il tempo a prima vista è totalmente diverso dalle tre direzioni spaziali, e questo è vero dal punto di vista sperimentale tanto quanto dal punto di vista intuitivo. Una qualsiasi grandezza fisica è definita da una definizione operativa: la descrizione dello strumento e della procedura che si usano per misurare la grandezza in questione. Chiamamo le tre direzioni spaziali avanti sinistra e su; con queste definizioni uno spostamento a destra diventa uno spostamento negativo verso sinistra. Spostamenti in ciascuna di queste direzioni si misurano con lo stesso strumento, diciamo per esempio un metro a stecca, e la procedura per misurarlo è la stessa: se devo misurare la lunghezza di due passi in avanti o quella di due passi a sinistra farò esattamente le stesse cose. Il caso del tempo invece è diverso: non userò più il metro a stecca ma l'orologio, e la procedura sarà completamente diversa.
Nel caso delle tre dimensioni spaziali, è molto facile capire che si possono usare diverse convenzioni nello stabilire quali sono le tre direzioni di riferimento (avanti, sinostra e su). Per esempio, io potrei stare in piedi guardando a nord, mentre una pattinatrice sul ghiaccio sta in piedi guardando a nordest. In questo caso, il mio avanti per la pattinatrice è un po' avanti e un po' a sinistra, la mia sinistra diventa per la pattinatrice un po' a sinistra e un po' indietro e infine il mio su è identico al suo. Si possono immaginare casi più strani, per averne un assaggio giocate con un qualsiasi simulatore di volo, in ogni caso quello che ci interessa qui è, primo, che non c'è motivo di ritenere che la mia definizione di (avanti, sinistra, su) sia migliore di una qualsiasi altra e, secondo, che qualsiasi cosa descritta secondo il mio riferimento può essere descritta anche secondo l'altro riferimento, anzi è possibile trovare una regola accurata per passare da un punto di vista all'altro.
La principale rivoluzione concettuale introdotta dalla teoria della relatività specialeè che anche il tempo varia e si mescola con le tre direzioni spaziale a seconda dei sistemi di riferimento. Il modo di mescolare il tempo con le direzioni spaziali è però diverso: il rimescolamento avviene quando due sistemi di riferimento sono in moto (rettilineo uniforme) rispetto all'altro. Se vedo la pattinatrice passarmi davanti di slancio, vedrò il suo orologio battere più lentamente del mio e la vedrò schiacciata (effettivamente, perché questi effetti siano percepibili ad occhio nudo, la pattinatrice dovrebbe viaggiare a una frazione non trascurabile della velocità della luce (300.000 km/s), il che la renderebbe assai più schiacciata alla fine del palaghiaccio. Non provateci a casa), cioè se lei tiene un metro nella direzione di marcia lo vedrò più corto. Attenzione, non si tratta di variazioni assolute di tempo e di spazio, ma di sistemi di riferimento diversi: la pattinatrice può fare su di me le stesse osservazioni. Nel mio sistema di riferimento, un po' del suo tempo si vede come se fosse spazio e viceversa. Ma quanto dura un metro, ci si può chiedere? Esattamente il tempo che la luce ci mette a percorrerlo, o in altri termini un secondo è lungo trecentomila chilometri. E' proprio la velocità estremamente alta della luce rispetto alle velocità della vita quotidiana a far sì che non ci accorgiamo di effetti relativistici.
