Che cos'è il tempo? Da migliaia di anni numerosi intellettuali hanno provato a rispondere a questa domanda.
Nel 350 a.C., ad esempio, Aristotele scrisse l'opera intitolata Fisica, dove è presente uno dei primi tentativi di analisi del concetto di tempo.
L'analisi inizia un quesito: "Tanto per cominciare, il tempo appartiene alla categoria di ciò che esiste o a quella di ciò che non esiste?"
Ci troviamo ormai nel terzo millennio dell'era cristiana, eppure la domanda aspetta ancora una risposta definitiva!
Infatti, nonostante la scienza moderna abbia, in pochissimi secoli, rivoluzionato le conoscenze dell'uomo inerenti l'Universo e tutto ciò che ci circonda, non si è ancora raggiunta una definizione univoca di cosa sia il tempo e ancora non sappiamo se esso esiste realmente oppure no.
Ecco perché, in tal contesto, andremo ad analizzare alcune tra le più importanti accezioni che riscontriamo nella scienza riguardanti appunto il tempo.
1) INTERVALLO DI TEMPO (IN FISICA)
La fisica ci fornisce una definizione operativa dell'intervallo di tempo (o durata), ossia un periodo limitato di tempo, misurabile con svariati strumenti, come ad esempio, il cronometro.
L'unità di misura dell'intervallo di tempo in accordo con il Sistema internazionale delle unità di misura (SI) è il secondo.
Esso equivale alla durata di 9.192.631.770 oscillazioni complete dell'isotopo 133 dell'atomo di cesio.
La grandezza fisica "intervallo di tempo" è fondamentale per definire altre grandezze della fisica, in tutti i suoi campi.
Ad esempio:
- velocità media: Vm = Δs/Δt, ossia spazio percorso diviso tempo impiegato a percorrere, ad esempio, un tratto di strada;
- velocità istantanea: è la derivata dello spazio in funzione del tempo: Vist = s'(t);
- accelerazione media: Am = Vm/Δt, cioè velocità media diviso intervallo di tempo impiegato;
- accelerazione istantanea: Aist = Vm'(t) = s''(t), ossia è la derivata prima della velocità media o la derivata seconda dello spazio;
- intensità di corrente elettrica: i = ΔQ/Δt, cioè il rapporto tra la quantità di carica elettrica che attraversa una sezione del conduttore metallico considerato e l'intervallo di tempo impiegato.
Così l'astrofisico Amedeo Balbi, nel suo libro "Seconda stella a destra", presenta Albert Einstein, il padre della Teoria della Relatività, che assieme alla Meccanica Quantistica, costituisce il pilastro della fisica del XX secolo:
"Se oggi abbiamo un'idea piuttosto precisa di come abbia avuto origine e si sia evoluto l'universo; se abbiamo capito che esistono oggetti misteriosi come i buchi neri; se possiamo concepire che lo spazio si curvi su se stesso, ovunque sia presente materia o energia, e il tempo possa rallentare avvicinandosi a un campo gravitazionale (particolare di cui si deve tenere conto nel progettare i GPS); in altre parole, se abbiamo gli strumenti fisici e matematici per affrontare il compito paradossale ed esaltante di descrivere il comportamento della materia su scale tanto vaste che la mente fatica a farsene un'idea, lo dobbiamo quasi esclusivamente alle idee partorite dalla mente di un genio che da giovane si guadagnò da vivere con un impiego di terz'ordine in un ufficio brevetti e che anni più tardi, ormai vecchio e famoso, si fece fotografare con i capelli bianchi arruffati e la lingua di fuori, diventando un'icona del Novecento, insieme a Topolino e Marilyn Monroe"
Nel 1905 Einstein ha vissuto il suo "Annus Mirabilis", in quanto in questo singolo anno il fisico tedesco ha scritto diversi articoli, pubblicati sulla prestigiosa rivista "Annalen der Physik", destinati a cambiare il modo in cui viene guardato il mondo.
Il più importante di essi fu certamente quello denominato "Sull'elettrodinamica dei corpi in movimento", che introduce, partendo dalle equazioni di Maxwell, la prima rivoluzionaria teoria di Einstein, ovvero quella della Relatività Ristretta (o speciale).
Ecco un video che introduce splendidamente la Relatività Ristretta:
Einstein fa letteralmente crollare la concezione assoluta di spazio, tempo e moto.
In particolare, per quanto concerne il tempo, se per Newton era "assoluto", cioè uguale per ogni entità e che fluisce senza relazione a qualcosa di esterno, per Einstein era "relativo" al sistema di riferimento preso in considerazione".
Inoltre, egli ribatte la tesi di Newton introducendo un fenomeno noto come "dilatazione dei tempi".
Per la dilatazione dei tempi, se qualcuno ci sfreccia davanti, dal nostro punto di vista i suoi orologi batteranno più lentamente (anche se non siamo in possesso di un orologio così preciso da avvertire tale effetto relativistico).
Se, ad esempio, alzando lo sguardo al cielo, vedessimo un aereo che passa a 900 km/h e se considerassimo (per un attimo) che la nostra vista fosse così acuta da scorgere l'orologio del comandante, potremmo notare che va più piano del nostro (anche se solo per una parte su 10 trilioni circa)!
In altre parole, se il comandante volasse per un secolo, alla fine scoprirebbe di essere invecchiato di 100 anni meno un secondo!
Dunque, il tempo, secondo la relatività speciale, cambia a seconda della velocità a cui ci muoviamo (o della gravità a cui siamo soggetti).
L'equazione che illustra la dilatazione dei tempi è: ΔT₀ = γΔT₁, dove:
- ΔT₀ = intervallo di tempo osservato dall'osservatore non solidale al sistema;
- ΔT₁ = tempo proprio (intervallo misurato dall'osservatore in moto);
- γ = fattore di Lorentz (sempre maggiore di 1). Nello specifico:
in cui:
- u = velocità relativa tra l'osservatore e l'oggetto considerato;
- c = velocità della luce (299.792.458 m/s).
3) BIG BANG (LA NASCITA DEL TEMPO)
Einstein ha dimostrato che l'Universo è simile a una jam session con tanti ritmi differenti.
Il tempo può rallentare, distendersi o scatenarsi.
Quando sperimentiamo la forza di gravità stiamo sperimentando l'improvvisazione ritmica del tempo.
Gli oggetti in caduta sono attratti verso luoghi in cui il tempo scorre più lentamente.
Il tempo non influenza soltanto quello che la materia fa, ma reagisce anche a ciò che la materia sta facendo, allo stesso modo in cui batteristi e ballerini si infiammano a vicenda nella frenesia del ritmo.
Quando perde il controllo, tuttavia, il tempo può andare in fumo come un batterista sovraeccitato che prende fuoco spontaneamente!
I momenti in cui accade tutto ciò vengono denominati "singolarità".
Il termine si riferisce a qualsiasi confine del tempo, sia all'inizio che alla fine.
La singolarità più conosciuta è sicuramente il Big Bang, quell'istante di 13,7 miliardi di anni fa, in seguito al quale il nostro Universo cominciò ad esistere e ad espandersi accompagnato dal tempo.
Prima del Big Bang non c'era assolutamente nulla, né spazio, né tempo.
I cosmologi non possono descrivere quanto è accaduto nel primissimo istante dopo il Big Bang, denominato Era di Planck (dal nome del fisico Max Planck, padre della Meccanica Quantistica).
Sta di fatto che circa 13,7 miliardi di anni fa, agli inizi del tempo, lo spazio, la materia e l'energia di tutto l'Universo conosciuto occupavano lo spazio di una capocchia di spillo!
A quell'epoca l'Universo era così caldo che le forze (o interazioni) fondamentali della natura (gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e debole) erano essenzialmente una sola forza unificata, la cosiddetta "superforza".
Da quel momento, l'Universo iniziò a espandersi (attraversando anche una singolare fase, chiamata "inflazione", in cui parte dell'Universo si è espansa da una dimensione miliardi di volte più piccola di quella di un protone a una a metà fra quella di una biglia e quella di un pallone da calcio), finché non si raggiunsero condizioni favorevoli alla formazione di stelle, galassie, ammassi di galassie e così via.
In mezzo a tale attività di espansione, circa 4,5 miliardi di anni fa si formava il nostro pianeta, la Terra, che avrebbe occupato forme di vita, tra cui gli stessi uomini che hanno elaborato la teoria del Big Bang e scoperto prove a favore di essa!
La teoria del Big Bang è stata raccontata in veste letteraria (e ironica) da uno dei più importanti scrittori della letteratura italiana contemporanea: trattasi di Italo Calvino, che nel racconto "Tutto in un punto" facente parte della sua opera Le cosmicomiche, narra questo:
"Si capisce che si stava tutti lí, -fece il vecchio Qfwfq,- e dove, altrimenti? Che ci potesse essere lo spazio, nessuno ancora lo sapeva. E il tempo, idem: cosa volete che ce ne facessimo, del tempo, stando lí pigiati come acciughe? Ho detto “pigiati come acciughe” tanto per usare una immagine letteraria: in realtà non c’era spazio nemmeno per pigiarci. Ogni punto d’ognuno di noi coincideva con ogni punto di ognuno degli altri in un punto unico che era quello in cui stavamo tutti. Insomma, non ci davamo nemmeno fastidio, se non sotto l’aspetto del carattere, perché quando non c’è spazio, aver sempre tra i piedi un antipatico come il signor Pbert Pberd è la cosa piú seccante. Quanti eravamo? Eh, non ho mai potuto rendermene conto nemmeno approssimativamente. Per contarsi, ci si deve staccare almeno un pochino uno dall’altro, invece occupavamo tutti quello stesso punto...Si stava cosí bene tutti insieme, cosí bene, che qualcosa di straordinario doveva pur accadere. Bastò che a un certo momento lei (la signora Ph(i)Nko) dicesse: -Ragazzi, avessi un po’ di spazio, come mi piacerebbe farvi le tagliatelle!- E in quel momento tutti pensammo allo spazio che avrebbero occupato le tonde braccia di lei muovendosi avanti e indietro con il mattarello sulla sfoglia di pasta...nello stesso tempo del pensarlo questo spazio inarrestabilmente si formava, nello stesso tempo in cui la signora Ph(i)Nko pronunciava quelle parole: -...le tagliatelle, ve’, ragazzi!- il punto che conteneva lei e noi tutti s’espandeva in una raggera di distanze d’anni-luce e secoli-luce e miliardi di millenni-luce...lei signora Ph(i)Nko era stata capace d’uno slancio generoso, il primo, “Ragazzi, che tagliatelle vi farei mangiare!”, un vero slancio d’amore generale, dando inizio nello stesso momento al concetto di spazio, e allo spazio propriamente detto, e al tempo, e alla gravitazione universale, e all’universo gravitante, rendendo possibili miliardi di miliardi di soli, e di pianeti..."
4) IL TEMPO SI FERMA!
Una delle implicazioni più straordinarie della relatività di Einstein sta nel fatto che l'effetto di dilatazione dei tempi può spingersi oltre al rallentamento del tempo.
Infatti, quando un corpo raggiunge la fatidica velocità della luce, la massima velocità raggiungibile in base a uno dei postulati fondamentali della relatività ristretta, il tempo si ferma!
Tutte le particelle che viaggiano alla velocità della luce, come per esempio i fotoni, vedono quindi il tempo fermo!
Tale affermazione risulta paradossale e mette completamente in crisi la nostra visione "quotidiana" del tempo.
In realtà, la teoria di Einstein non esclude che possano esserci particelle (i tachioni, dal greco tachýs = "veloce") in grado di oltrepassare la velocità della luce, ad una condizione: tali particelle non devono MAI essere più lente della luce!
Il concetto paradossale del tempo che si ferma lo ritroviamo anche in arte, in particolare nel quadro L'enigma dell'ora (1911) di Giorgio De Chirico.
Infatti, tutta l'attenzione dell'osservatore è rivolta verso la scena descritta, nella quale l'assenza di qualsiasi forma di movimento dà l'impressione di un tempo fermo, di un luogo silenzioso, di un palco da cui sono assenti emozioni vitali.
Il titolo del quadro deriva probabilmente dalla volontà di De Chirico di rappresentare un orologio fermo.
Appare tuttavia logico che, su un quadro, un orologio non potrà mai camminare!
E così, osservando la raffigurazione di un orologio, non sapremo mai se esso funziona o non funziona.
Tuttavia, è proprio la fermezza e l'immobilità di tutta l'immagine a suggerirci che anche l'orologio è fermo, anche se non lo sapremo mai!
O forse esso è l'unica cosa che continua a muoversi, segnando un tempo senza senso, poiché non produce più modificazioni nel corso delle cose!
Ecco l'immagine del dipinto L'enigma dell'ora:
5) SPAZIO-TEMPO (RELATIVITÀ GENERALE)
Einstein fonde i concetti di spazio e tempo nel più generale spazio-tempo!
Esso è ciò che permea l'Universo e il suo modificarsi determina l'intensità della forza gravitazionale.
L'equazione emblema della Relatività Generale è:
In parole semplici, tale equazione ci dice che lo spazio-tempo agisce sulla materia-energia, dicendole come muoversi e, a sua volta, la materia-energia reagisce sullo spazio-tempo, dicendogli come curvarsi.
6) LA FRECCIA DEL TEMPO
Se i greci erano ossessionati dal cerchio come idea fondamentale dell'Universo e ritenevano pertanto che il tempo dovesse scorrere in maniera ciclica (concetto ripreso dal filosofo Friedrich Nietzsche nella sua analisi dell'oltreuomo), la fisica moderna privilegia, generalmente, i processi lineari, dotati di un inizio e di una fine, un Big Bang e una morte cosmica.
Applicata al tempo, l'idea prende le sembianze di una freccia che punta inequivocabilmente in una direzione ben precisa: nella visione moderna del cosmo, il tempo si muove in avanti in modo irreversibile.
Ad esempio, le uova si rompono e non possono essere aggiustate; gli orologi si scaricano, e non si ricaricano spontaneamente, ecc.
I processi legati al cambiamento, in cui i sistemi evolvono irreversibilmente verso uno stato di maggior disordine, sono associati alla cosiddetta freccia del tempo termodinamica, che scaturisce da una delle leggi fisiche più importanti in assoluto: il secondo principio della termodinamica, per il quale l'Universo è costantemente in preda di un processo che ne diminuisce l'ordine.
Infatti, l'entropia, la grandezza specifica che misura il disordine di un sistema, tende sempre ad aumentare e mai a diminuire.
Quando, per esempio, "mettiamo in ordine" una stanza che si trovava in uno stato pietoso di disordine, in realtà, a livello fisico, non stiamo facendo ordine, ma stiamo crendo più disordine.
Infatti, compiendo gesti per sistemare gli oggetti della stanza in modo ordinato, stiamo agitando le particelle che compongono l'aria, aumentando così l'entropia del sistema!
Le origini della freccia del tempo potrebbero essere molteplici.
La "freccia del tempo cosmologica", ad esempio, deriva dall'aver immaginato la creazione dell'Universo come l'allontanamento da uno stato particolare di bassa entropia, in cui tutto era perfettamente ordinato.
È come mettere un cubo di Rubik risolto nelle mani di un bambino: all'inizio l'oggetto apparirà nel suo stadio di massimo ordine.
Tuttavia, il bambino, inizierà a girare le facce del cubo, lasciando un mix caotico di colori.
Allo stesso modo, l'Universo evolve, col passare del tempo, verso stati sempre più disordinati.
Anche se certi oggetti appaiono perfettamente ordinati, come le galassie, la cui struttura interna è ben organizzata e affascinante, l'ordine complessivo dell'Universo sta diminuendo.
Nel momento in cui non sarà più possibile generare nuovo disordine, sarà la fine; per usare le parole di Lord Kelvin, quando l'Universo avrà raggiunto "uno stato di quiete e morte universale".
Ma la freccia del tempo potrebbe anche derivare dalla Meccanica Quantistica.
In accordo con una scuola di pensiero, che probabilmente è la più diffusa, la misura di un sistema quantistico determina un "collasso" irreversibile!
Alla base di questo particolare fenomeno vi è la straordinaria capacità di un oggetto quantistico, come un atomo, di trovarsi contemporaneamente in 2 stati totalmente differenti.
Ad esempio, l'oggetto quantistico preso in riferimento potrebbe ruotare CONTEMPORANEAMENTE sia in senso orario che antiorario.
La svolta avviene quando il sistema è obbligato a scegliere solo uno dei 2 stati: la misura ci mostrerà dunque un atomo che gira in senso orario o in senso antiorario, e che non potrà più tornare nello stato in cui faceva entrambe le cose!
7) TEMPO METEOROLOGICO
Guardando il termine "tempo" da una prospettiva completamente differente da come lo abbiamo visto in precendenza, possiamo addentrarci nel concetto di "tempo meteorologico".
Una splendida e sintetica analisi di quest'ultimo la fornisce Guido Visconti nel suo libro "Clima estremo":
"Una prima difficoltà che si presenta nell'affrontare il tema della meteorologia è il fatto che, in italiano, una stessa parola indica il tempo cronologico e il tempo meteorologico. In inglese, invece, si usa la parola weather per indicare gli agenti meteorologici, la cui azione, cioè l'erosione, è detta weathering, mentre il termine time indica l'altro tempo, quello cronologico. L'inglese weather potrebbe avere la sua origine nel greco aemi, o nel tedesco Wetter, da cui si fanno anche discendere wind ("vento"), "vind", e così via. "Clima" deriva invece quasi sicuramente dal termine greco klino ("piegare" o "inclinare"): i greci avevano infatti intuito che era l'inclinazione dell'asse terrestre a determinare le stagioni, e quindi anche le differenze di clima alle varie latitudini. La coincidenza fra i 2 significati in italiano è responsabile della confusione che spesso si fa fra "clima" e "tempo". Capita talvolta di sentire, per esempio nelle previsioni meteo trasmesse in Tv, espressioni come "il clima di domani". Una definizione perfetta nella sua semplicità la dobbiamo a Edward Lorenz, un famoso meteorologo americano. Dice Lorenz: "Il clima è quello che ti aspetti, il tempo è quello che ti becchi". Questo concetto si può tradurre in modo piuttosto semplice: quello che ci aspettiamo, cioè il clima, sono le diverse stagioni. In estate, cioè, alle nostre latitudini e in particolare in Italia, ci attendiamo giornate calde e poca pioggia. Quello che viene definito "clima estivo" corrisponde infatti a queste caratteristiche, così come l'inverno ha la peculiarità di essere freddo, con piogge e neve. Può succedere però che un'estate sia particolarmente tardiva a "entrare", o che nel complesso sia molto più fredda e piovosa del solito: cioè la successione degli eventi meteorologici giornalieri può essere assai diversa da quanto accade nell'estate media ideale...Per riassumere, si può affermare che il clima rappresenta la media dei singoli eventi meteorologici. Il tempo meteorologico è invece la successione di manifestazioni atmosferiche quali la pioggia, il vento, la neve. Il tempo non si ripete mai allo stesso modo, nel senso che ogni giornata presenta caratteristiche diverse, anche se alcune "regole" rimangono costanti (per esempio: la temperatura, qualunque sia la stagione, normalmente tende a crescere durante il giorno, fino a raggiungere un picco massimo e poi tende a diminuire verso la notte). L'irregolarità a breve termine, cioè su basi giornaliere, è una delle caratteristiche del tempo, tanto che molti lo annoverano tra i fenomeni cosiddetti caotici..."
8) TEMPO MUSICALE
Siccome anche la musica è, oltre che arte, anche scienza, possiamo aggiungere alla precedente classificazione pure il tempo musicale.
Esso si riferisce alla velocità globale della composizione.
Ad esempio, quando si batte il piede, oppure si balla o si marcia seguendo un determinato pezzo, il tempo non è altro che la velocità o la lentezza di questi movimenti regolari!
Per concludere, una serie di brani musicali inerenti il tempo:
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