Viaggio nel tempo

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Ingranaggi di un vecchio orologio.

Il viaggio nel tempo è il concetto del viaggio tra diverse epoche o momenti temporali, inteso in una maniera analoga al viaggio tra diversi punti dello spazio. Può essere effettuato sia verso il passato che verso il futuro, senza che il soggetto debba necessariamente far esperienza di tutto l'intervallo temporale presente tra l'epoca di partenza e quella di arrivo.

Per la fisica attuale, questa esperienza rimane ancora molto limitata. Tuttavia, l'idea di viaggiare nel tempo ha, da sempre, affascinato l'umanità, diffondendosi soprattutto nella narrativa e nella fantascienza, alcune volte utilizzata come espediente narrativo per storie ambientate nel passato (ad esempio con l'analessi), altre volte con storie o viaggi ambientati o simulati, come, ad esempio, nel caso della realtà virtuale.

Indice

La "macchina del tempo"Modifica

 
Una "macchina del tempo" nell'allestimento del Museo di storia di Valencia.

Nell'immaginario collettivo, la "macchina del tempo" è il nome dato all'ipotetico mezzo di trasporto per viaggiare nel tempo, in grado di far balzare, in pochi istanti, da un'epoca temporale all'altra, sia nel passato che nel futuro. La fantascienza, in genere, ci ha abituato a vedere tale macchina come una sorta di vero e proprio "veicolo" o "apparecchio" nel quale si entra, si configurano i parametri di viaggio, quindi si aziona il comando di partenza; dopo pochi secondi, si può quindi uscire dalla macchina, ritrovandosi nell'epoca temporale programmata.
Tuttavia, con le attuali conoscenze, tale macchina dovrebbe compiere anche enormi balzi spaziali oltre che temporali, poiché il pianeta Terra occupa, secondo per secondo, una posizione diversa lungo l'orbita di rivoluzione intorno al Sole, così come il Sole occupa uno spazio ben preciso durante il suo moto intorno al centro Via Lattea, e così via. In conclusione, un viaggio nel tempo così concepito dovrebbe necessariamente essere anche un viaggio nello spazio, altrimenti l'ipotetico crononauta si ritroverebbe sperduto nel vuoto cosmico al momento dell'arrivo.
Per ora, le uniche "macchine" in grado di farci soltanto "vedere il passato" - o il "futuro" - pur rimanendo nel presente, rimangono i cronovisori, dispositivi che appartengono all'immaginario fantascientifico ma che, con le tecnologie di oggi, possono essere tranquillamente interpretati come immagini di paesaggi o scenari di interi mondi, generati attraverso ricostruzioni grafiche al computer, attraverso gli attuali schermi (2D o 3D), televisori, monitor interattivi, dispositivi multimediali e/o di realtà virtuale come, ad esempio, il dispositivo didascalico utilizzato al museo di storia di Valencia (Spagna).

  Lo stesso argomento in dettaglio: Cronovisore.

Il viaggio nel tempo secondo la fisica attualeModifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: freccia del tempo, entropia e Terzo principio della termodinamica.

La fisica classica esaminò per secoli e con attenzione la possibilità di viaggiare nel tempo e, in particolare, le difficoltà emersero soprattutto per il viaggio nel passato. Questa difficoltà resta soprattutto legata al concetto di "tempo" secondo l'esperienza e la conoscenza classica del mondo, ovvero un "tempo" spesso percepito soltanto come "lo scorrere degli eventi" (visione classica di "divenire" di Eraclito).

 
Tomba di Bolzmann a Vienna

Secondo questa visione, il tempo risulta quindi un parametro immutabile e unidirezionale, come lo scorrere dell'acqua di un fiume, e tutti gli eventi dell'Universo si susseguono seguendo le leggi del modello di causalità (causa -> effetto). Tutte le leggi della natura infatti, seguono una cosiddetta "freccia del tempo", che è strettamente legata al concetto di entropia. Dei classici esempi sono l'irreversibilità nel ricomporre i cocci di un vaso rotto al vaso intero originario, o il fumo di una sigaretta che brucia che rientra dentro la sigaretta stessa, o addirittura una persona morta riportata in vita. Tutti i fenomeni naturali sono quindi assoggettati da un aumento di entropia, sintetizzata, in altre parole, come "disordine", "caos": in altre parole, in un qualsiasi fenomeno, la natura ha una direzione per la quale "preferisce" scegliere il maggior numero di stati possibili successivi allo stato iniziale. Se ne conclude che il processo inverso sia altamente improbabile; l'esempio classico è quello di un neonato al quale mettiamo dei piccoli guanti alle mani. Il neonato, dopo vari tentativi disordinati, aiutandosi con la bocca, o le braccia, i piedi, etc. a togliersi i guanti dalle mani. Ma è molto improbabile che egli riuscirà a ricalzarli perfettamente, perché esiste un solo ed unico modo ordinato per metterli: la natura si comporta esattamente come il neonato.
Sul finire del XIX secolo, il fisico Boltzmann studiò a fondo tali principi, soprattutto nel ramo della termodinamica, aprendo così la strada alla cosiddetta "fisica statistica": sulla tomba gli fu dedicata la formula dell'entropia (S = K log W) (sebbene questa fosse stata perfezionata da Planck).

All'inizio del XX secolo poi, il concetto di freccia del tempo e il concetto filosofico di causalità (causa -> effetto) furono - inevitabilmente - sconvolti dalla nascente meccanica quantistica, e lo stesso concetto dello "scorrere del tempo" fu rivoluzionato dalla nascente teoria della relatività ristretta e della relatività generale.
Un altro modo di definire il "tempo" può essere quello di un semplice "cambiamento di stato", quindi strettamente legato anche alla dimensione dello "spazio" - in relazione all'osservatore/i stesso/i del fenomeno - oltre che alla materia, all'energia, alle fluttuazioni quantistiche ed ai campi gravitazionali[1]. Non è più un parametro fisso, immutabile e universale, così come concetto di fenomeno esperenziale, bensì una componente variabile. Un primo modello fu dato dalle teorie della relatività einsteiniane, che identificarono nei fenomeni una struttura quadridimensionale dove non esiste più lo spazio in sé, e non più un tempo in sé, ma una dimensione plastica detta di spaziotempo. La cosiddetta "filosofia del tempo cominciò ad avere divergenze e varie opinioni, come ad esempio l'introduzione del concetto di "universo a blocchi", dove lo stesso avanzare dello spaziotempo è suddiviso in una sorta di "blocchi" di spaziotempo dove passato-presente-futuro coincidono, ma non dal punto di vista degli osservatori immersi nel blocco, pertanto il mio esatto "istante presente" non è uguale a quello di un altro, il mio tempo passato e il mio tempo futuro pure, poiché tutto relativo[2]. Un altro interessante modello matematico simile dello spaziotempo è quello dell'universo a "eventi", altrimenti detto universo di Minkowski, per il quale gli eventi si sviluppano nello spaziotempo attraverso coni di luce o, più genericamente, coni detti "degli eventi"[3].
In tutte le teorie della relatività rimase costante solo la velocità della luce nel vuoto e in tutti i sistemi di riferimento; con lo sviluppo dell'astrofisica, si comprese che, in un certo senso, per grandi distanze noi viaggiamo già nel passato. Ad esempio, la luce del Sole che ci scalda è di circa 8 minuti fa, la luce di Sirio di circa 8 anni fa, e così via. Ma lo stesso vale, impercettibilmente, anche per le piccole distanze: quando noi guardiamo un nostro interlocutore la sua immagine, a causa della velocità della luce, è quella di qualche miliardesimo di secondo fa.
La possibilità di viaggiare nel tempo in modo apprezzabile sarebbe quindi ammessa solo in condizioni estreme, impossibili da realizzare con le attuali tecnologie e, tendenzialmente, soltanto in un "futuro" relativo all'istante temporale per il quale si decide di iniziare tale viaggio. Il fisico Stephen Hawking è stato un forte sostenitore dell'impossibilità di viaggi nel passato, perché se questi fossero possibili per la sola relatività generale, avrebbero comunque effetti significativi anche sulla natura quantistica, e finché non si riesce a unificare le due teorie nella cosiddetta grande teoria della gravità quantistica (quantum gravity)[4], le due attuali descrizioni dell'universo restano incompatibili.

La teoria della relatività ristretta prende in esame il fenomeno della dilatazione del tempo, registrabile soprattutto da osservatori che viaggino a velocità prossime a quella della luce (299 792,458 km/s ); tuttavia anche questo spostamento nel futuro è vincolato dallo stesso principio di causalità che regola gli eventi dal passato verso l'istante presente scelto come riferimento per l'osservazione del fenomeno. Nel 1949, un matematico amico di Einstein, Kurt Gödel, ammise la possibilità dei viaggi nel tempo partendo dalle equazioni relativistiche, definendo altresì alcuni teoremi di incompletezza matematica.

Spaziotempo e velocità della luceModifica

 
relazione tra il tempo e velocità prossime alla luce

Sotto la velocità della luceModifica

La teoria della relatività ristretta dice che rimane fissa soltanto la velocità della luce nel vuoto in tutti i sistemi di riferimento.
Al di sotto della soglia della velocità della luce nel vuoto, i corpi dotati di massa subiscono una variazione in termini di spaziotempo - e quindi di tempo - rispetto a un osservatore esterno, variazione altresì verificata attraverso una relazione matematica, idealmente sperimentata con quel che viene definito il "treno di Einstein". Sempre a velocità al di sotto - ma vicine - della velocità della luce, si ha un aumento proporzionale della massa del corpo in movimento, con conseguente distorsione (riduzione) del suo volume - ovvero lo spazio - occupato, dando luogo a quello che, in fisica relativistica, è conosciuto come il "paradosso dell'auto" o "del garage". Tuttavia questi fenomeni sarebbero apprezzabili soprattutto se si è prossimi alla velocità della luce, poiché la funzione è esponenziale.

 
Esperimento di Hafele–Keating (1971)

Anche la relatività speciale prevede questi casi. Ad esempio, un osservatore (A) fermo rispetto ad un corpo in movimento, misura, per quest'ultimo corpo, intervalli di tempo "dilatati". In altri termini, sostituendo il corpo in movimento con un altro osservatore (B), e fissando due eventi 1 e 2 di riferimento, risulta che più B si muove velocemente rispetto ad A, più grande è il tempo trascorso tra 1 e 2 per A rispetto a quello trascorso tra i medesimi due eventi secondo B. In altri termini, trascorso l'evento 2, B risulterà più giovane di A in misura tanto maggiore quanto maggiore sarà la velocità relativa di B rispetto ad A. Nella pratica, ponendo un orologio di precisione su un velivolo, si riscontrano discrepanze tra esso e l'orologio di riferimento con cui è stato precedentemente sincronizzato, posto in un sistema in quiete rispetto al velivolo (per esempio sulla pista), dimostrando che l'orologio del velivolo, spostandosi ad alta velocità dal suo riferimento, ha viaggiato qualche frazione di secondo indietro rispetto all'orologio posto a terra. In sintesi, la "velocità" con cui scorre localmente il tempo in un sistema in quiete (cioè la rapidità con cui si muovono le lancette di un orologio in tale sistema di riferimento) è di un secondo al secondo, se si prende come sistema di riferimento lo stesso sistema (in quiete) in cui ci si trova. Nel precedente esempio sul velivolo il tempo scorre a meno di un secondo (tempo locale, sistema del velivolo) al secondo (tempo del sistema di riferimento, in quiete, sulla pista). Nella pratica il ritardo dell'orologio sul velivolo è lievissimo: la velocità del velivolo è assai minore della velocità della luce nel vuoto, sicché gli effetti della relatività speciale non sono facilmente percepibili. Questo esperimento fu condotto realmente per la prima volta nel 1971 dai fisici Joseph C. Hafele e Richard E. Keating, ora noto come Esperimento di Hafele-Keating - o H-K -, calcolando il piccolissimo scarto temporale (decine-centinaia di nanosecondi) tra i precisissimi orologi atomici al cesio portati a bordo di un Boeing 747 che viaggiava a circa 800 km/h e gli orologi a terra (si vide comunque che l'effetto di dilatazione temporale risultava influenzato anche dalla differenza di gravità, oltre che dal moto cinematico).

Alla velocità della luceModifica

La stessa relazione matematica tra velocità e tempo conferma inoltre che, per corpi che si muovessero a velocità molto vicine alla velocità della luce, il tempo t' tenderebbe a infinito, mentre il tempo t di riferimento terrestre smetterebbe praticamente di scorrere. Purtroppo un corpo non potrebbe raggiungere facilmente la velocità della luce; la cosiddetta "particella" subatomica della luce infatti, il fotone, può muoversi a questa velocità solamente perché virtualmente priva di inerzia, ovvero dotata di massa a riposo nulla. Qualsiasi corpo dotato di massa superiore a quella del fotone non può mai raggiungere la velocità della luce, in quanto, ci dice la legge einsteiniana dell'equivalenza tra materia ed energia ( ), tutta l'energia fornita per accelerare il corpo a velocità prossime a quelle luminali è convertita automaticamente in materia andando, in ultima analisi, a massificare ulteriormente il corpo stesso, accrescendone l'inerzia, il che richiederebbe ulteriore energia per accelerarlo (in pratica un circolo vizioso in cui l'energia non accelera più il corpo ma, al contrario, ne ostacola l'accelerazione incrementandone la massa, in quanto convertita in materia). Esperimenti[5] eseguiti su una particella subatomica detta muone, hanno dimostrato che essa vive più a lungo man mano che si avvicina a velocità prossime alla luce.

Sopra la velocità della luceModifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: velocità superluminale.

Nel caso ipotetico - invece - di particelle che si muovano a velocità superluminali, le equazioni prevedono che lo scorrere del tempo diventi negativo: il loro "futuro" quindi, sarebbe il passato di tutti gli altri corpi. Ipotizzando un corpo a velocità sopraluminale, questo potrebbe possedere soltanto una massa immaginaria, sia a riposo che accelerata; all'ipotetica particella sopraluminale fu attribuito il nome di "tachione". Nel "mondo sopraluminale" inoltre, le conseguenze precederebbero la causa generante, quindi si entrerebbe in contraddizione del principio di causalità (es. paradosso detto del cacciatore e della tigre). Dal punto di vista del tachione, anche il principi dell'entropia sarebbe invalidato: cocci di vetro si ricomporrebbero per generare un bicchiere infranto, un cadavere potrebbe riprendere vita e tornare al momento del concepimento. Queste stupide ipotesi furono gradualmente abbandonate, anche se le teorie einsteiniane non proibiscono velocità superluminali; il raggiungimento di tali velocità è vietato solo a corpi con massa reale e positiva, ovvero tutti i corpi costituiti dalla materia al momento conosciuta. Non si sa se nell'universo esistano oggetti per cui tale divieto non sia valido. Infatti fu dimostrata l'esistenza della cosiddetta "materia oscura", chiamata così poiché non direttamente osservabile ma per la quale sono comprovati i suoi effetti, oltre che alla teoria per la quale nei viaggi nel tempo potrebbe essere implicata anche la cosiddetta "materia esotica", teoria avanzata dal fisico Kip Thorne. In ogni caso, tutte le formule della teoria della relatività contengono un termine temporale elevato alla seconda potenza, per cui la definizione di un tempo negativo non crea particolari problemi al modello matematico.

Spaziotempo e gravitàModifica

La relatività generale ci dice anche che lo spaziotempo si curva quando un corpo - o anche la luce stessa - attraversa un qualsiasi campo gravitazionale[6]. Ulteriori osservazioni, eseguite soprattutto durante le eclissi solari del 1912 e 1919, scoprirono che anche la luce (o un qualsiasi flusso di onde elettromagnetiche), quando attraversa una massa (meglio quella il cui campo gravitazionale è particolarmente significativo) subisce una curvatura - e quindi una variazione - dello stesso spaziotempo, fenomeno successivamente battezzato col nome di "lente gravitazionale".

Quando il campo gravitazionale diventa molto elevato (come in prossimità di un buco nero o di una stella di neutroni), la cosa si fa ancora più interessante: il tempo viene, in questi casi, enormemente influenzato nel suo scorrere, tendendo addirittura a fermarsi in taluni casi estremi, come, nel caso del buco nero, sul suo bordo, ovvero in prossimità dell'orizzonte degli eventi. Non a caso, i buchi neri, che sono gli oggetti fisici dove sono massime sia la densità di materia, sia il campo gravitazionale, rientrano nella possibilità di creare ponti spaziotemporali (come ad es. il Ponte di Einstein-Rosen).
Per capire un po' meglio il concetto di tempo influenzato dalla gravità, dobbiamo raffigurarci lo spaziotempo (o "cronotopo", mutuando il termine dalla geometria) come un telo perfettamente elastico, ben tirato, e increspato in qualche punto da alcuni gravi. Ogni increspatura - o avvallamento - è detta "curvatura spaziotemporale", influenzata proporzionalmente dal campo gravitazionale generato dal corpo stesso immerso in esso. Se le teorie einsteiniane pongono un limite teorico alle velocità, che non possono superare quella della luce, non vi sono limiti teorici all'intensità di un campo gravitazionale e, quindi, alla deformazione dello spaziotempo. Le speculazioni teoriche sulla creazione di "macchine per il viaggio nel tempo" sono quindi incentrate sull'ipotesi di deformazioni spazio-temporali di varia natura (oltre che su alcune soluzioni particolari delle equazioni presenti nelle teorie di Einstein, come ad esempio la Curva spaziotemporale chiusa di tipo tempo). La realizzazione di tali deformazioni, sempre estreme, necessita però di quantità immense di energia, che eccedono di gran lunga persino quelle prodotte nel Sole.

Speculazioni teoricheModifica

Le strade attuali per un ipotetico viaggio nel tempo quindi, resterebbero quelle sullo studio sui buchi spaziotemporali e l'analisi di buchi neri (meglio se carichi elettricamente, anche se questi ultimi non sono mai stati individuati), confrontati sempre con lo studio sulla legge di conservazione dell'energia.

I fisici Paul Davies, Kurt Gödel, Frank Tipler e John Richard Gott III (vedi Bibliografia) hanno proposto delle metodologie necessariamente ideali per costruire una macchina del tempo.

La teoria di Gödel è valida solo se si ipotizza un universo chiuso in rotazione, dove muovendosi a velocità prossime a quella della luce si potrebbe raggiungere ogni istante di tempo semplicemente viaggiando sempre in una stessa direzione. Ipotizzando tale universo costituito da dei coni di luce o "coni di eventi", si può saltare da un cono all'altro attraverso linee immaginarie chiuse dette CTC (Closed Timelike Curves, ovvero Curva spaziotemporale chiusa di tipo tempo).

La teoria di Tipler è una variante di quella di Gödel che si basa sull'esistenza di un corpo materiale, e non utilizza dunque l'intero universo come nel precedente esempio; si tratterebbe di un ipotetico cilindro rotante di massa esorbitante (si parla di miliardi di masse solari), ma di densità inferiore a quella necessaria perché si trasformi in un buco nero, creerebbe un'attrazione gravitazionale tale da far sì che un corpo che si muova intorno ad esso a velocità elevatissime anche se non necessariamente prossime a quella della luce si sposti nel passato o nel futuro, a seconda che si muova nel verso opposto o uguale a quello della rotazione del cilindro[7]. Questo modello pone però due importanti limitazioni: non si può andare in un passato precedente la creazione del cilindro, e non si può andare in futuro successivo la sua distruzione. Il modello matematico, inoltre, presuppone un cilindro infinitamente lungo, e non è ancora chiaro se questa condizione sia necessaria per il viaggio nel tempo.

Un altro modello fu proposto da Gott III, e si basa sul fatto che la gravità dei corpi massivi influenza lo scorrere del tempo. In breve, il modello prevede di usare un corpo di massa paragonabile a quella di Giove per creare una sfera cava, all'interno della quale porre il cosiddetto "crononauta". Da calcoli fatti, il campo gravitazionale della sfera cava (generata dalla massa del corpo fortemente compressa) rallenterebbe il tempo di un numero variabile di volte (massimo quattro) a seconda della densità della sfera, che deve essere sempre inferiore a quella necessaria per la contrazione in un buco nero.[8]

I principali ipotetici mezzi per un viaggio nel tempo resterebbero quindi:

SperimentazioniModifica

Vari esperimenti realizzati nel corso degli ultimi dieci anni danno l'impressione di un effetto retrogrado, ossia di un viaggio nel tempo verso il passato, ma sono interpretati in modo diverso dalla comunità scientifica. Un esempio è l'esperimento di cancellazione quantistica a scelta ritardata (che è ispirato al paradosso EPR e richiede l'utilizzo di fessure di Young) che lascia supporre che su scala quantica una particella nel futuro determini il suo passato. Secondo alcuni, questo mette semplicemente in evidenza le difficoltà di qualificare la nozione di tempo all'interno della scala quantica; in ogni caso, quest'esperimento non costituisce una violazione della causalità.

Si è potuto registrare che nell'esperimento del fisico Lijun Wang, l'invio di pacchetti di onde attraverso una lampada al cesio a cX310 ha avuto come conseguenza l'uscita dei pacchetti di onde stessi 62 nanosecondi prima della loro entrata. Alcuni scienziati ritengono però che questo sia semplicemente dovuto ad un effetto d'ultra-rifrazione, e avanzano l'obiezione che questi pacchetti di onde, non essendo oggetti costituiti da particelle ben definite, non possono trasportare né energia né informazione dei futuri eventi, per cui non è possibile confermare in modo esaustivo che arrivino dal futuro.

Infine, il programma "Effetto STL" effettuato dal fisico Ronald Mallett ha lo scopo ufficiale di osservare una violazione della causalità mediante il passaggio di un neutrone attraverso un cristallo fotonico che rallenta la luce. Si è potuto constatare che il neutrone riappare nel dispositivo prima di essere disintegrato. La relazione è uscita nel novembre 2006 e beneficia del sostegno di molte università degli Stati Uniti.

Il teletrasporto e il viaggio temporale sono quindi temi collegati, che presuppongono la copertura di enormi distanze nello spazio o nel tempo. Le tematiche del viaggio nel tempo e nello spazio vengono a essere in stretta relazione, per almeno due ragioni:

  • secondo la relatività generale, spazio e tempo sono parte di un continuum a quattro dimensioni;
  • il paradosso dei gemelli ammette la possibilità teorica di un viaggio nel futuro;
  • i ponti di Einstein-Rosen sono una costruzione fisica e matematica che ammette la possibilità teorica di un viaggio nel passato e nel futuro. I ponti di Einstein-Rosen descrivono sia un collegamento fra due punti arbitrariamente distanti nello stesso universo, oppure che possono distare arbitrariamente nel tempo. I punti possono appartenere allo stesso universo o a due universi paralleli.

La massa che è oggetto del teletrasporto può comparire nel punto di arrivo in un tempo superiore a quello che impiegherebbe muovendosi alla velocità della luce, rispettando il limite teorico imposto dalla relatività generale. Esiste però una variante del teletrasporto che presuppone di collegare due punti a velocità inferiori a quella della luce, riproducendo l'informazione della massa nel punto di arrivo.

La realizzazione di un viaggio nel passato o nel futuro, oltre ai problemi teorici, presenterebbe notevoli difficoltà tecniche. Secondo le teorie che ammettono la possibilità di un viaggio nel tempo, come quella dei ponti di Einstein-Rosen, sarebbe necessaria una quantità enorme di energia, pari alla potenza elettrica mondiale.

Alla difficoltà di produrre enormi quantità di energia, si aggiungono quella di produrla in tempi brevi di pochi minuti, in un solo sito (il luogo dell'esperimento), e di non disperderla su grandi distanze.

L'alternativa alla produzione in un solo sito è quella di convogliare nel luogo dell'esperimento l'energia prodotta altrove da una moltitudine di centrali, tramite un numero opportuno di accumulatori ad alta capacità collegati in serie. L'energia sarebbe sottratta alla rete di distribuzione, con un apparente blackout elettrico.

Le potenze in gioco sono simili a quelle che un'esplosione nucleare produce in pochi minuti. Onda d'urto e radiazioni di una bomba atomica, tuttavia, si disperdono a distanza di migliaia di chilometri e di anni. In base alla formula E=mc^2, 600 grammi di massa d'uranio possono infatti produrre un'energia pari a   Joule, per un tempo di 10 minuti (assumendo una velocità della luce pari a 300.000 km/s).

Un ulteriore modalità di viaggio nel tempo è l'attraversamento di dimensioni esterne allo spazio-tempo. La teoria delle stringhe ipotizza l'esistenza di dieci dimensioni. Le dimensioni aumentano a seconda della lente, della scala di misura con la quale si osserva l'universo. Sei di queste dimensioni sono in più rispetto a quelle note dello spazio tempo, "arrotolate" e compresse in un piccolissimo raggio di materia, per cui punti diversi dello spazio-tempo potrebbero essere collegati da una di queste dimensioni. Viaggiando attraverso di esse, si otterrebbe una "scorciatoia" per collegare due punti, nello spazio e/o nel tempo, senza superare il limite teorico della velocità della luce.

Viaggi nel tempo e paradossiModifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Paradosso temporale.
 
Diagramma del paradosso dei gemelli

Oltre al noto paradosso dei gemelli, che riguarderebbe comunque viaggi nel futuro, furono avanzati anche paradossi su ipotetici viaggi nel tempo passato. I paradossi che contengano vere e proprie contraddizioni logiche sarebbero da evitare nei calcoli della fisica e nella matematica.

Paradosso di "coerenza" (o del nonno)Modifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Paradosso del nonno.

È utilizzato nella tematiche relative al continuum spaziotempo, ed è più comunemente noto come paradosso del nonno. L'esempio più classico è viaggiare nel passato per tornare a far visita a vostro nonno. Il viaggio riesce, e vi trovate finalmente a tu per tu con lui, che però è giovane e non si è ancora sposato con quella che diventerà, in seguito, la vostra nonna. Se uccidete vostro nonno, oppure lo distraete dalla sua vita normale, egli potrebbe non presentarsi mai all'appuntamento con la ragazza che diventerà la vostra futura nonna. Di conseguenza, sia i vostri genitori che voi stessi non nascereste; ma se non foste mai nati, come avreste potuto impedire ai nonni di incontrarsi?
Un esempio di questo problema è altresì rappresentato nel film-trilogia di fantascienza Ritorno al futuro: il viaggiatore nel tempo, impedendo ai suoi genitori d'incontrarsi, sarebbe dovuto scomparire dalla realtà in quanto mai nato. Questo tipo di paradosso è detto di "coerenza". Il paradosso fu ripreso anche in una puntata del cartone animato Futurama, creato da Matt Groening, quando il protagonista, Fry, viaggiando indietro nel tempo, uccide involontariamente suo nonno, ma continua a vivere in quanto ha messo incinta sua nonna, scoprendo così di essere sempre stato il nonno di se stesso.
Una situazione d'incoerenza analoga a questo paradosso si verificherebbe qualora l'ipotetico viaggiatore nel tempo incontrasse sé stesso in un momento in cui aveva un'età minore, così come viene citato anche nella trilogia di Ritorno al futuro.

Paradosso di "conoscenza" (o del pittore o della Monna Lisa)Modifica

Una variante del paradosso di coerenza è quella proposta dal filosofo Michael Dummett; un critico d'arte torna nel passato al fine di conoscere quel che diventerà il più famoso pittore del futuro. Il viaggio riesce, il critico incontra il pittore, che però è molto giovane, e dipinge quadri in verità molto mediocri, ben lontani dai capolavori che realizzerà nel futuro. Il critico allora gli mostra le stampe, portate con sé nel viaggio, dei suoi futuri capolavori. Il pittore ne è talmente entusiasta che li copia. Nel frattempo, il critico d'arte si reimbarca nella macchina del tempo per tornare alla sua epoca e lascia le copie nel passato. La domanda è: considerando l'intera vicenda, da dove arriva, in definitiva, la conoscenza necessaria a creare i capolavori? Non può venire dal pittore perché la conoscenza non l'ha elaborata lui, ma l'ha appresa dal futuro. Non può venire dal critico d'arte perché egli a sua volta l'aveva semplicemente appresa dalle opere che il pittore avrebbe realizzato nel futuro, come conseguenza di quanto appreso dal critico. La profondità del paradosso è che, a tutti gli effetti, questa conoscenza sembra nascere dal nulla e senza una reale causa.

Nella fantascienza il problema è ripreso nel film Terminator, con i suoi seguiti: il microchip che sta alla base tecnica degli androidi che vengono sviluppati è copiato da un androide che ha viaggiato nel tempo. Anche qui lo stesso problema del pittore: la conoscenza complessa e sofisticata presente nel chip innovativo nasce dal nulla, non prodotta da niente e nessuno. Il problema è riproposto nel racconto La scoperta di Morniel Mathaway di William Tenn e affrontato marginalmente anche nella trilogia di Ritorno al futuro: quando Marty (Michael J. Fox) alla fine del primo film suona la canzone Johnny B. Goode, un membro della band che assiste alla sua esibizione fa sentire al telefono la canzone al suo parente Chuck Berry, che diventerà l'autore del futuro brano.

Paradosso di predestinazioneModifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Paradosso della predestinazione.

Anche se un viaggiatore torna indietro nel tempo, questo non può cambiare gli eventi, a causa di una sorta di "legge naturale" legata alla predestinazione degli eventi stessi.

Paradosso di "co-esistenza"Modifica

Supponiamo, di nuovo, che il viaggio nel tempo sia possibile, e che un oggetto qualsiasi torni indietro nel tempo. Limitiamo l'infinita gamma di momenti passati in cui si potrebbe tornare soltanto a quelli in cui l'oggetto già esisteva. Dal punto di vista dell'universo, al momento di arrivo nel passato, la massa costituente l'oggetto comparirebbe praticamente dal nulla; in altre parole, la sua "copia ridondante" sarebbe dunque priva di passato. Ciò sembra inconcepibile, in quanto violerebbe molte delle leggi fisiche (oltre che logiche) esistenti. Bisogna tuttavia osservare che, se un corpo viaggia nel tempo, viene meno una quantità di massa e energia nel punto di partenza che, però, ricompare nel punto di arrivo. La massa non viene creata, c'è una trasformazione nello spaziotempo in cui si trova, ovvero un "semplice" cambio di coordinate. In questo caso, le leggi di conservazione di massa e la conservazione dell'energia sono rispettate, purché siano estese a quattro dimensioni, includendo quella temporale: non sono rispettate nelle tre dimensioni dello spazio di arrivo dove una massa, sembra comparire dal nulla, mentre lo sono se si prendono lo spaziotempo di partenza e di arrivo.
Un esempio di questo problema è rappresentato sempre nel film di fantascienza Ritorno al futuro Parte II: il 12 novembre 1955 si trovano contemporaneamente ben quattro macchine del tempo:

Questo paradosso si fa ancora più intricato se coinvolge persone viventi. Ad esempio, in Ritorno al Futuro, Marty, nel tentativo di salvare Doc, anticipa il momento del suo rientro nel futuro. Riesce quindi a vedersi salire sulla DeLorean e dare quindi inizio al ciclo di eventi che egli conclude col suo ritorno. Se il Marty ritornato al futuro avesse impedito la partenza del Marty del presente, l'intera linea temporale non sarebbe mai esistita.
Un altro paradosso di co-esistenza è relativo al viaggio nel futuro: supponiamo che un uomo voglia vedersi nel futuro, e parte per il viaggio. La linea temporale di tutti gli eventi continua senza di lui, e quindi lui non si incontrerà mai, perché partito nel passato, a meno che non riesca perfettamente un viaggio di ritorno eseguito sulla stessa linea del tempo. Questo il tema viene del film L'uomo che visse nel futuro (The Time Machine, 1960) di George Pal quando George, il viaggiatore del tempo, torna per un breve momento nella sua vecchia casa, alcune decine di anni dopo la sua partenza. Qui incontra James, il figlio del suo vecchio amico Filby, che racconta dell'amico del padre, partito tanti anni prima e mai più tornato. Anche qui la linea degli eventi è continuata senza il viaggiatore del tempo, del quale se ne ha solo il ricordo.

Risoluzioni possibili dei paradossiModifica

Protezione cronologicaModifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Congettura di protezione cronologica.

Alcuni scienziati, come i celebri Stephen Hawking e Roger Penrose, ritengono che, qualora tentassimo in qualche modo di fare qualcosa in grado di mutare significativamente il passato, ad impedirlo interverrebbe una sorta di censura cosmica; è un'ipotesi strettamente correlata alla congettura di protezione cronologica le leggi della fisica siano tali da impedire la nascita di curve temporali chiuse, almeno su scale non sub-microscopiche. La stessa ipotesi fu avanzata dai fisici Kip Thorne e il premio Nobel 2004 David Politzer, i quali lasciarono aperta la possibilità di viaggi nel tempo in linee temporali chiuse, una dove il crononauta può modificare il passato, l'altra no. Ad esempio, nel "paradosso del nonno", potrebbe intervenire qualche meccanismo fisico ancora ignoto che, a protezione della catena degli eventi, impedirebbe l'intervento del nipote nel negare l'incontro con la nonna. Un'altra contraddizione logica deriva dal fatto che, se il nipote riesce a uccidere suo nonno, il nipote stesso non esisterebbe e quindi non potrebbe tornare indietro nel tempo per uccidere suo nonno, creando così un paradosso ciclico.

Un esempio di questo problema è rappresentato dal film di fantascienza L'esercito delle 12 scimmie: nonostante fossero possibili i viaggi indietro nel tempo, non era possibile modificare il presente, in quanto tutto ciò che faceva il viaggiatore era già accaduto e documentato nella storia. Egli poteva soltanto raccogliere informazioni nel passato come un mero spettatore, e modificare il futuro agendo soltanto dal presente da cui proveniva. Tuttavia, le domande che sorgono partendo dalla censura cosmica sono: che ne sarebbe del libero arbitrio? E poi in che modo questa censura agirebbe? Come farebbe l'universo ad "accorgersi" che qualcosa non va, e che c'è il rischio che un piccolo crono-vandalo provochi seri guai alla storia futura? Funzionerebbe con azioni drastiche, come l'assassinio del nonno prima del suo matrimonio, o in maniera ancora più surreale, uccidendo sé stessi prima della partenza nel tempo?
L'argomento è ulteriormente trattato nella serie televisiva Lost. In essa, i personaggi riescono a tornare indietro nel tempo, e Jack, uno di essi, cerca di cambiare il futuro facendo esplodere una bomba a idrogeno. Non ci è dato di sapere se egli riesce a cambiare lo scorrere degli eventi. È assumibile però, che lui sia già parte integrante del passato, considerato che altri personaggi hanno tentato di cambiare il passato, ma hanno constatato che il fatto di tornare nel passato era già contemplato nel passato stesso. Questo, comunque, comporta un gravoso paradosso che è riassumibile nella domanda: "qual è stato il primo Jack che ha deciso di tornare nel passato?" Infatti, dato che nel suo passato il suo io-futuro è già presente, non si riesce a discriminare il primo Jack che decide di cambiare lo scorrere degli eventi.

Un ulteriore esempio lo si ha nel videogioco picchiaduro Tekken 5. Nel suo video conclusivo, la protagonista Ling Xiaoyu utilizza una macchina del tempo con l'intento di impedire a Heihachi Mishima di gettare il figlio Kazuya nel cratere di un vulcano; l'unico risultato che ottiene è, tuttavia, quello di restare nel suo tempo, mentre la macchina del tempo "parte" senza di lei e colpisce Heihachi, facendogli cadere di mano Kazuya proprio nel vulcano.

Esistenza di mondi paralleliModifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Dimensione parallela.

Relativamente opposta all'ipotesi della censura cosmica, fu avanzata la teoria quantistica nota come "teoria a molti mondi", proposta nel 1956 da Hugh Everett III e successivamente riadattata da David Deutsch nel 1998. La teoria ipotizza tante copie del nostro mondo quante sono le possibili variazioni quantistiche delle particelle che lo compongono. Ne risulterebbe dunque un numero altissimo di mondi (o dimensioni) paralleli. Per chiarirci le idee, pensiamo ad un elettrone che ruota intorno ad un protone nell'atomo di idrogeno. Tale elettrone - secondo la meccanica quantistica - non ha un valore dell'energia ben determinato, ma si può solo dire che quella energia sarà contenuta in un certo range di valori con una certa distribuzione di probabilità: l'impredicibilità della natura a livello quantistico è una caratteristica intrinseca. Secondo la teoria a molti mondi, per ogni livello di energia dell'elettrone esiste un differente universo, e lo stesso, via via, per tutte le altre particelle. Tornando sempre all'ipotetico paradosso del nonno, ci saranno mondi in cui il nonno si sposa con la nonna, e mondi in cui questo fatto non avviene più. Quindi, in un ipotetico viaggio nel passato, se si impedisse a nostro nonno di incontrare la nonna, si approderebbe semplicemente in un mondo parallelo nel quale non siamo mai nati.
Limitazioni a questa teoria è che, in questo caso, ci si sposterà soltanto tra dimensioni parallele, e non nel tempo come lo si concepisce. Inoltre, rimane da spiegare quale sia il principio di carattere generale che ci permetta di scegliere "questo universo"; in questo caso, però, sia il libero arbitrio che il principio di causalità sono salvi, anche se le varianti possibili sarebbero potenzialmente infinite.

Questo problema nella fantascienza è trattato nel libro La fine dell'eternità, di Asimov; nelle serie televisive I viaggiatori (Sliders) e Star Trek; nella serie di Matt Groening Futurama; nei manga La malinconia di Haruhi Suzumiya e Dragon Ball Z e nell'anime Steins;Gate e nell'anime Mirai Nikki. Solo per fare qualche esempio: il viaggiatore visita mondi possibili, anche coevi del presente, ma sempre con variabili parallele rispetto alla realtà, e spesso il malcapitato non riesce a ritornare al suo universo di partenza tra tutte le infinite possibilità. Particolarmente inerente all'episodio 11, Universi paralleli (Parallels), della settima stagione di Star Trek - The Next Generation, dove Worf passa di continuo da una linea temporale all'altra, finché lo spazio non si riempie di Enterprise appartenenti alle molteplici varianti quantiche temporali.

Il viaggio nel tempo nella fantasiaModifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Viaggio nel tempo nella fantascienza.

Il viaggio temporale ha da sempre affascinato l'umanità, presentandosi in molti miti, come ad esempio in quello di mago Merlino, che sperimenta delle regressioni temporali. Il tema, benché presente già in precedenza in varie opere fantastiche, venne reso popolare dal romanzo La macchina del tempo di H. G. Wells del 1895, riconosciuto come un classico, in cui il protagonista viaggia nel remoto futuro alla scoperta del destino dell'umanità. Altri racconti simili furono proposti da Dickens, George Pal, Mark Twain, Audrey Niffenegger, Isaac Asimov.

Il viaggio nel tempo rimane un tema tipico della fantascienza, tanto che alcuni lo considerano un vero e proprio sottogenere, ma è presente anche nel fantasy e nei racconti fantastici. Un meccanismo narrativo spesso utilizzato è quello di portare un personaggio in un particolare tempo a cui non appartiene, ed esplorare le possibili ramificazioni dell'interazione del personaggio con le persone e la tecnologia dell'epoca (una derivazione del campagnolo che va nella grande città, o viceversa). Questo espediente narrativo si è evoluto per esplorare le idee di cambiamento e le reazioni a esso, e anche per esplorare le idee di universi paralleli o ucronia dove alcuni piccoli eventi avvengono, o non avvengono, ma causano massicci cambiamenti nel futuro (a causa tipicamente dell'effetto farfalla). Il concetto di viaggio nel tempo applicato alla letteratura e alla sceneggiatura consente di sviluppare trame particolarmente elaborate e avvincenti, con elementi ricorsivi, possibilità di analizzare evoluzioni parallele di un evento e colpi di scena estremi, come la riapparizione di personaggi scomparsi.

Anche nei fumetti, il tema del viaggio del tempo è un tema sfruttato; tra gli esempi, alcune storie di Corben e di Brick Bradford, fino a Batman & Robin, Chrononauts, Superman, Flash, ma anche storie di Topolino[9].

Per quanto riguarda il cinema e la televisione, sono basati sul viaggio nel tempo la longeva serie televisiva britannica Doctor Who, il franchise di Terminator, le serie tv Kronos - Sfida al passato (The Time Tunnel), In viaggio nel tempo (Quantum Leap) e L'esercito delle 12 scimmie (12 Monkeys), vari episodi di Ai confini della realtà (The Twilight Zone) e di molte altre serie tv, tra le quali Star Trek.

Tra le macchine del tempo più note vi sono il TARDIS di Doctor Who e l'auto sportiva DeLorean DMC-12 della trilogia cinematografica di Ritorno al futuro.

NoteModifica

BibliografiaModifica

Bibliografia scientifica
  • Paul Davies, Come costruire una macchina del tempo (How to Build a Time Machine), Mondadori, Milano, 2003.
  • Paul Davies, About Time
  • David Deutsch, Franck Lockwood, La fisica quantistica del viaggio nel tempo, in Le Scienze n. 309, maggio 1994.
  • Ronald Mallett, Time Traveler: A Scientist's Personal Mission to Make Time Travel a Reality, Thunder's Mouth Press, 2006.
  • Marcus Chown, The Universe Next Door, Review, London, 2003.
  • J. Richard Gott, Time Travel in Einstein's Universe: The Physical Possibilities of Travel Through Time (Viaggiare nel tempo: La possibilità fisica di spostarsi nel passato e nel futuro, Milano, Arnoldo Mondadori Editore, 2002).
  • Paul J. Nahin, Time Machines: Time Travel in Physics, Metaphysics, and Science Fiction
  • Clifford A. Pickover, Time: A Traveler's Guide
  • Frank J. Tipler, Rotating Cylinders and the Possibility of Global Causality Violation, Physical Review D 9 (1974), 2003.
Bibliografia letteraria
  • Renato Giovannoli, La scienza della fantascienza, Bompiani, 1991, cap. VI-VII.

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