a cura di Mario Bruschi, Dipartimento di Fisica Università “La Sapienza”
È possibile conoscere il futuro? Cosa ha da dire la scienza attuale a proposito di un argomento come questo che da sempre è al centro dell’interesse e dell’immaginazione umana?
Se la domanda significa conoscere anticipatamente eventi futuri, prevedere il futuro, allora bisogna ammettere che la scienza (nata in effetti per questo!) riesce a farlo, nei suoi limiti, con notevole efficacia: semplicemente guardando il mio orologio (uno dei tanti gadget accessibili ora all’uomo comune) riesco a sapere la posizione dei pianeti del sistema solare per il prossimo secolo, posso prevedere (e sarei disposto a scommettere su tale previsione) che, ad esempio, il 20 marzo del 2015 ci sarà un’eclissi solare o che, al prossimo passaggio della cometa di Halley, il massimo avvicinamento alla Terra avverrà il 29 Luglio 2061. Tuttavia, pur sottolineando l’importanza e la meraviglia di una tale conoscenza, riconosco che comunemente con la suddetta domanda non si intende conoscere il futuro come prodotto o conseguenza più o meno necessaria del passato e del presente; non si vuole una conoscenza come estrapolazione scientifica dell’informazione che possediamo, ma piuttosto ci si chiede se è possibile acquisire informazioni che provengano direttamente dal futuro: in altri termini, ci si chiede se è possibile vedere il futuro.
Certo penseremmo che la scienza, così come il senso comune, risponda decisamente no a tale domanda. In fondo tutti sappiamo che il passato è esistito, è una realtà già attuata di cui conserviamo tracce, memorie etc.; il presente esiste, è la realtà in atto; il futuro non esiste, è solo una realtà in potenza: come potremmo quindi vederlo? (la sola possibilità di un futuro già dato, esistente, porrebbe enormi problemi e pratici e filosofici, basti pensare al “libero arbitrio”). Eppure, anche se sembrerà strano, diversa è la posizione della scienza attuale. Anzi, i possibili modelli di spiegazione di una fenomenologia che comporti acquisizione di informazione dal futuro o addirittura “viaggi” nel tempo sono così numerosi ed intrinseci alle moderne teorie fisiche che un fisico moderno non dovrebbe essere sorpreso se tale fenomenologia fosse provata sperimentalmente.
Voglio essere più che chiaro su questo punto: non sto dicendo che la scienza moderna ha provato l’esistenza di fenomeni come la precognizione, la profezia o i viaggi nel tempo (anche se su questo si potrebbe discutere, vedi dopo); infatti spetta solo all’esperimento fornire una tale prova di esistenza e i pochi lavori seri in questo campo non hanno dato ancora un’evidenza sperimentale netta e indiscutibile di tali fenomeni. Quello che sto dicendo è che, qualora l’esistenza di tali fenomeni fosse provata, le attuali teorie scientifiche sarebbero in grado di fornire non uno ma più possibili meccanismi di spiegazione.
Per poter esaminare alcuni di questi possibili modelli esplicativi, è utile che sappiate leggere un “diagramma spazio – tempo”. Non spaventatevi! Non è poi così difficile da capire. Immaginiamo che voi siate comodamente seduti sulla vostra poltrona preferita che si trova, diciamo, a 2 metri dalla porta alla vostra sinistra e a 3 metri dalla finestra sulla vostra destra. Bene, tracciamo un asse dello spazio e segniamo il punto P (la porta), poi a 2 centimetri sulla destra (2 metri in scala 1 a 100!) segniamo il punto A che rappresenta voi sulla poltrona e ancora a 3 centimetri sulla destra il punto F, cioè la finestra.
Chiaramente questa raffigurazione è insufficiente: non dice, ad esempio, quanto è alta la porta né che avanti a voi c’è un tavolo; in altre parole non tiene conto che lo spazio “vero” ha tre dimensioni e non una, o, in altri termini ancora, stiamo disegnando solo lo spazio a sinistra e a destra, ignorando il davanti/dietro e il sopra/sotto ma questo sarà sufficiente per i nostri scopi).
Ora veniamo all’aspetto tempo. Supponiamo che in questo preciso istante facciate partire il cronometro che avete in mano e aspettiate poi 10 secondi; controllate la Figura 1b:
Se all’istante zero voi eravate rappresentati dal punto A, dopo 10 secondi siete rappresentati dal punto B (la lunghezza del segmento AB dice, in scala, quanto tempo è passato e anche in che direzione: se un punto sta sopra (più in alto) di un altro, rappresenta un evento che è futuro, avviene dopo, rispetto all’evento rappresentato dal punto che sta sotto (e viceversa, ovviamente). Notate che nel diagramma spazio – tempo non si può restare fermi: in effetti voi, seduti sulla poltrona per 10 secondi siete stati sì fermi nello spazio , ma avete viaggiato nel tempo, precisamente vi siete spostati in avanti, verso il futuro, di 10 secondi (1 cm. nella scala usata).
Supponiamo inoltre che ora voi vi alziate e camminiate lentamente verso la finestra che raggiungete dopo 15 secondi: bene, spero che vi sarà chiaro che il punto che vi rappresenta ora è C, che si trova esattamente sopra F; l’evento C (in parole: voi alla finestra 25 secondi dopo aver fatto scattare il cronometro) si trova direttamente sopra quindi ha la stessa posizione spaziale dell’evento F (la finestra al momento dello scatto del cronometro stesso) ma è avanti nel tempo di appunto 25 secondi (nella Figura 1b potete ugualmente vedere che C è 3 cm., cioè 3 metri nella realtà, a destra e 1,5 cm., cioè 15 secondi, in alto (nel futuro) rispetto all’evento B – voi in poltrona che state alzandovi -).
La linea che congiunge A a B e poi a C si chiama, tecnicamente, linea – universo (in questo caso è la vostra linea-universo!); le freccette indicano il verso in cui è percorsa (in questo caso, dal passato al futuro): notate che il tratto AB, in cui eravate fermi, è verticale (pendenza zero rispetto alla verticale = velocità zero), il tratto BC ha invece una certa pendenza rispetto alla verticale che rappresenta la velocità con cui vi siete mossi andando dalla poltrona alla finestra (nella fattispecie, 3 metri in 15 secondi cioè 0,2 metri al secondo).
È chiaro che se voi foste andati più velocemente, la pendenza del tratto BC sarebbe aumentata, cioè la retta BC si sarebbe avvicinata di più all’orizzontale. Tuttavia per avere una retta (linea-universo) esattamente orizzontale è necessaria una velocità infinita che, sembra, non può essere raggiunta in natura. Ne segue che eventi simultanei (tipo P, A, F cioè la porta della vostra stanza, voi in poltrona e la finestra nel preciso istante in cui fate scattare il cronometro) non possono essere collegati da nessuna linea – universo e quindi da nessun segnale fisico, neanche dalla luce che, pur essendo velocissima, ha comunque una velocità finita e dunque una linea-universo non orizzontale… detto in altri termini: non è possibile vedere il presente!
Ora che siete diventati esperti in diagrammi spazio – tempo, considerate il seguente:
Il diagramma descrive un processo abbastanza comune nei nostri laboratori, precisamente l’annichilazione di una coppia elettrone – positrone. Vediamo di leggerlo: sulla sinistra in basso c’è la linea – universo [linea blu] di un elettrone (e-) che avanza nello spazio verso destra e in avanti nel tempo (le freccette sono rivolte verso l’alto); nel punto A (cioè nella posizione S e al tempo T) l’elettrone si scontra con un positrone (e+) che proveniva da destra e avanzava anche lui nel tempo [linea rossa]; le due particelle si distruggono nello scontro producendo un quanto di luce (il fotone g) rappresentato dalla linea – universo tratteggiata nella parte superiore del diagramma [linea verde]. L’elettrone è una delle particelle fondamentali della natura e delle più diffuse (in un vostro dito ce ne sono miliardi di miliardi di miliardi di…); il positrone, che pure è quasi identico all’elettrone, è invece un “animale”‘ raro nel nostro universo, esso costituisce l’antiparticella dell’elettrone stesso.
In realtà, per ogni parte di quella che chiamiamo materia esiste una controparte detta antimateria che ha la stessa “dignità” della materia normale, nel senso che un mondo o un universo fatto di tutta antimateria potrebbe esistere e anzi sarebbe a tutti gli effetti indistinguibile dal nostro; è comunque un bene che dalle nostre parti ce ne sia così poca (di antimateria) perché quando materia e antimateria si incontrano, il risultato è piuttosto…”esplosivo”: tutta la massa viene convertita in energia! (pensate che in una esplosione atomica solo una piccola percentuale della massa diviene energia).
Tutto ciò è interessante, ma cosa c’entra con il tempo ed il nostro quesito iniziale? C’entra; anzi, dopo il lungo preambolo, siamo ora in grado di dare la prima delle risposte promesse. In effetti, il processo sopra descritto potrebbe avere un’interpretazione ben diversa: l’elettrone e-giunto in A, cioè nella posizione S al tempo T , emette un fotone g (luce!) e di conseguenza rincula nel tempo viaggiando verso destra dal futuro verso il passato (vedi Figura 2b: notare le freccette verso il basso nella linea – universo dell’elettrone sulla destra di A! la linea stessa non è più disegnata in rosso in quanto non è la linea-universo di una diversa particella (il positrone di Figura 2a): a destra di A ora abbiamo ancora lo stesso elettrone e quindi la sua linea universo è in effetti la continuazione di quella blu a sinistra solo che va verso il basso, cioè indietro nel tempo).
Questa descrizione non solo è compatibile con le leggi fisiche note, ma, alla luce delle teorie fisiche attuali, è del tutto indistinguibile dalla precedente: in altri termini, possiamo dire che l’antimateria non esiste, ciò che vediamo come antimateria non è altro che materia normale che però viaggia indietro nel tempo (!). Quindi, almeno nel mondo microscopico, i viaggi nel tempo sono, nel senso sopra specificato, una realtà. Almeno in linea di principio: in pratica, la relativa rarità di tali inversioni temporali anche a livello microscopico (ossia, se volete, la scarsezza di antimateria) unitamente alla piccolissima durata di questi viaggi indietro nel tempo, fanno sì che nessuna applicazione “macroscopica” sia finora ipotizzabile.
Una seconda possibilità di vedere il futuro ci è fornita da certe strane particelle denominate tachioni. La parola tachione deriva dal greco; una brutta ma efficace traduzione in italiano suonerebbe come “velocione” o “rapidone” e metterebbe in risalto la caratteristica fondamentale di tale particella: il tachione infatti si muove con velocità maggiore di quella della luce e questo implica strane conseguenze riguardo al tempo. Le caratteristiche osservabili del tempo, così come lo concepiamo in Fisica, sono durata e sequenza.
Ritornando al diagramma in Figura 1b, la durata è data (in scala) dalle lunghezze in verticale delle linee – universo (la lunghezza del segmento AB dice che siete rimasti seduti in poltrona per dieci secondi dallo scatto del cronometro). L’orientamento delle linee-universo(le freccette!) danno invece la sequenza o successione temporale (percorrendo la vostra linea – universo in Figura 1b nel senso indicato dalle frecce, si vede che l’evento A precede l’evento B che a sua volta è seguito da C). Il punto è che finora abbiamo tacitamente ammesso che la scena descritta dal diagramma spazio – tempo in Figura 1b sia stata osservata da qualcuno fermo rispetto alla stanza: come sarebbe descritta la stessa scena da qualcuno che, per esempio, sia su di una astronave in rapido allontanamento dalla terra?
Ebbene la Teoria della Relatività e il cosiddetto “paradosso dei gemelli” ci dice che più velocemente viaggia la nave, più corti sembrerebbero, misurati con un orologio sulla nave!, gli intervalli di tempo: il nostro ipotetico astronauta, viaggiante ad una discreta percentuale della velocità della luce, potrebbe dire che in realtà noi siamo restati seduti solo per un secondo ed abbiamo raggiunto la finestra in un secondo e mezzo; al limite, se la nave potesse (ma non può…) raggiungere la velocità della luce, gli intervalli di tempo tra i vari eventi sarebbero zero, cioè la durata sarebbe completamente annullata.
Ricapitolando, all’aumentare della velocità dell’osservatore (o delle cose osservate) gli intervalli di tempo tra gli eventi diminuisce (cioè mentre sulla Terra tra A e C sono trascorsi 25 secondi, sulla nave sono trascorsi solo 2.5 secondi: sulla terra si invecchia più rapidamente! – paradosso dei gemelli: se di una coppia di gemelli uno rimanesse sulla terra e uno partisse per un viaggio a velocità prossima a quella della luce, il gemello astronauta al suo ritorno sarebbe più giovane di quello rimasto a casa…). Tuttavia la sequenza degli eventi stessi rimane invariata: l’astronauta vedrebbe pur sempre prima voi seduti far scattare il cronometro, poi vedrebbe voi alzarvi e poi ancora, camminando, raggiungere la finestra.
Ma se la nave fosse fatta di tachioni e viaggiasse quindi a velocità superiore a quella della luce, anche la sequenza potrebbe cambiare: il nostro astronauta (anche lui fatto di tachioni!) potrebbe ben vedere la stessa scena così: ecco, voi siete vicini alla finestra [Figura 1b, evento C], quindi camminate lentamente all’indietro e vi sedete in poltrona [B] e poi, dopo un pò di tempo, fate fermare (!) il cronometro (A). Ovviamente a questo punto vi starete domandando: perché non è in vendita un qualche aggeggio (telescopio, televisione…] a tachioni per poter sbirciare la schedina vincente della prossima settimana? Certo lo vorrei anch’io, ma sfortunatamente finora nessuno ha mai trovato un tachione! Sto dicendo che i tachioni sono oggetti possibili secondo le nostre teorie fisiche e, se esistessero, si comporterebbero necessariamente come sopra descritto: epperò, benché essi siano ricercati con varie tecniche da molti anni in molti laboratori di molti paesi, a tutt’oggi la ricerca, la caccia, è stata infruttuosa.
Tuttavia la storia e l’esperienza ci hanno insegnato che gli oggetti previsti dalle teorie prima o poi vengono trovati anche sperimentalmente: a.e. il positrone (l’elettrone che viaggia indietro nel tempo!) previsto dal fisico teorico P.M. Dirac fu trovato sperimentalmente solo due anni dopo la previsione, mentre per il neutrino, un’altra affascinante ed elusiva particella, prevista teoricamente negli anni ’30, sono stati necessari quasi trenta anni di infruttuosi tentativi prima di poter aver la conferma sperimentale della sua esistenza.
Sembra proprio quindi che ciò che può esistere, alla fine effettivamente esista: quindi, anche se non abbiamo ancora strumenti che interagiscano con i tachioni, se i tachioni esistono, potremmo ben avere tali strumenti in un futuro più o meno prossimo. Secondo la fisica attuale, c’è ancora almeno un’altra possibilità di vedere il futuro (tra l’altro la mia preferita); ma dovremo allora addentrarci nel complesso Universo dell’eterno presente!
