IL TEMPO E LO SPAZIO

 

La domanda “che cosa è il Tempo?” assilla la mente dell’Uomo, in forma espressa o latente, fin dalla origine della nostra specie, o almeno del pensiero simbolico,  e costituisce probabilmente una delle primissime idee astratte che sia stata elaborata da una mente in formazione.

Nel corso dei secoli si è tentato di rispondere alla domanda con una moltitudine di ipotesi, delle quali conosciamo in buona parte le versioni proposte in epoca storica, tuttavia la natura del tempo continua ad apparire elusiva e le teorie più recenti, relatività, meccanica quantistica, cosmologia, psicologia, che si sono sovrapposte a religione e filosofia, rendono l’argomento ancora più ostico, almeno per i comuni mortali.

Una panoramica delle idee correnti sull’argomento è ben rappresentata dagli atti del Workshop tenuto a Palermo nel Novembre 1999 e raccolti nel volume “STUDIES ON THE STRUCTURE OF TIME – From Physics to Psycho(patho)logy”, che evidenziano la disparità di opinioni nate nei diversi campi speculativi, spesso non confrontabili e non sempre compatibili tra di loro.

Per comprendere la natura del tempo occorre in primo luogo cercare di darne una definizione che si adatti a qualsiasi situazione ambientale e concettuale. Posto che ogni elemento presente nel cosmo risulta in continua evoluzione, il tempo è rappresentato dall’intervallo che intercorre tra due stadi evolutivi di un singolo oggetto, di qualsivoglia dimensione, dalla particella subatomica all’intero universo. Questo intervallo non può però assumere alcun valore significativo, né può essere definito in alcun modo, se non per confronto con l’intervallo tra due o più stadi evolutivi di un altro oggetto assunto come campione di riferimento. La precisione, la ciclicità e la costanza, degli stadi del campione di riferimento non sono fondamentali purché approssimate all’esigenza della situazione; in passato erano sufficienti le stagioni, le fasi lunari, l’alternarsi del giorno e della notte poi, via via che aumentava l’esigenza di controllare eventi e fenomeni sempre più brevi, si è cominciato a misurare lo scorrere delle ore con meridiane, clessidre, orologi ad acqua, meccanici, cronometri fino ai moderni orologi atomici che misurano il tempo sulle oscillazioni dell’atomo di cesio 133. (9.192.631.770 oscillazioni al secondo).

Due quesiti discendono da questa concezione che nella sua estrema semplificazione pare adattarsi a qualsiasi situazione: l’origine del tempo e le ragioni che determinano l’importanza di una entità evanescente ed immateriale che sembra esercitare una influenza totalmente pervasiva su ogni oggetto materiale.

La teoria cosmologica più accreditata attribuisce al Big-Bang l’origine dello spazio e del tempo ma teorie più recenti cominciano ad ipotizzare scenari possibili precedenti il Big-Bang spostando di conseguenza la data di nascita di spazio e tempo.

Un ulteriore passo per comprendere la natura del tempo e la sua origine può essere fatto immaginando uno spazio assolutamente vuoto. Uno spazio siffatto, al momento non importa se considerato di natura continua o quantizzato come recenti ipotesi prospettano, non può trovarsi entro i confini del nostro universo perché in questo ambito risulta sempre occupato dalla radiazione cosmica di fondo, da particelle di vario genere o da materia ed energia osservabili od oscure, ma è immaginabile fuori di esso. In uno spazio vuoto il tempo parrebbe non esistere ma non appena viene attraversato da una particella viene immediatamente evidenziato dagli intervalli tra le posizioni successive assunte dalla particella in movimento. E' però necessaria anche la presenza di un osservatore che possa valutarne gli spostamenti angolari senza il quale le distanze o gli intervalli tra le posizioni successive non avrebbero alcun senso. Quando la particella si allontana il tempo sembra scomparire per riapparire al passaggio di una seconda particella. Ma anche l’intervallo tra il passaggio della prima e della seconda particella,  rappresenta una entità temporale, fantasma ma ben definita, che potrebbe divenire evidente se un qualsiasi campione di riferimento continuo consentisse di delimitarne i contorni.

A quanto si è detto consegue che il tempo non può essere stato originato dal o nel Big-Bang, o da qualsiasi altro evento precedente perché la semplice presenza di un PRIMA ed un DOPO di qualsiasi accadimento stabilisce una contiguità temporale ineludibile.

Ma il dubbio che il tempo possa esistere indipendente dalla materia non può essere completamente risolto perché anche il “prima e il dopo” acquistano un significato solo in presenza di un evento qualsiasi in cui la materia sia coinvolta.

Ignorando i dubbi residui sembrerebbe che il tempo fluisca con continuità, probabilmente unica entità a presentarsi in forma non quantizzata, indipendente da qualsiasi formazione cosmica, si tratti dell’Universo o del Multiverso recentemente proposto. Il Multiverso potrebbe avvalorare l’ipotesi di un tempo universale.

Vedremo più avanti come una ipotesi del genere per spiegare la natura del tempo possa connettersi alle idee fin qui proposte e per quali ragioni non contrasti né con lo spazio-tempo relativistico né con altre teorie fisiche o filosofiche che al tempo si collegano; è però opportuno cercare in primis di capire in che modo questa entità immateriale si inserisca nella economia dell’universo, per chi e per cosa sia importante.

La struttura dell'Universo è ordinata secondo una serie di sistemi interagenti con disposizione in modo apparentemente disordinato a scacchiera e/o entro contenuti come scatole cinesi; ogni sistema è composto da una serie di sottosistemi di primo ordine a loro volta costituiti da sottosistemi di secondo ordine costruiti con sistemi di terzo ordine e così via fino alle particelle subatomiche (l’ordine dei sistemi può essere considerato a discendere od a salire indifferentemente). L’evoluzione di ogni sistema è determinato dalla combinazione delle evoluzioni dei suoi componenti ciascuno dei quali evolve e si trasforma con un ritmo suo proprio determinato dalla sua natura e dalle condizioni ambientali in cui si ritrova.

Ne consegue che la durata dei singoli fenomeni, l’intervallo tra le fasi successive della loro evoluzione configura rigidamente il percorso evolutivo del sistema superiore determinandone la durata.

Ho evitato di parlare di tempi di reazione perché a questo punto è evidente che il loro valore ha significato puramente locale e non avrebbe alcun senso confrontare le durate dei fenomeni registrate in ambienti diversi considerato che non abbiamo la possibilità di conoscere tutte le condizioni che le influenzano.

Anche la velocità con cui i sistemi si spostano nello spazio influenza la durata degli eventi: aumentando la velocità di spostamento i tempi di reazione al loro interno vengono rallentati poiché i componenti interni che ne determinano il percorso evolutivo devono adeguare le loro velocità di movimento in modo che queste, sommandosi alla velocità di spostamento del sistema, non superino la velocità invalicabile della luce. Per la precisione è la durata degli eventi ad essere connessa allo spazio e non il tempo che rappresenta soltanto il parametro che la configura.

Un altro quesito derivato prima da speculazioni filosofiche e ripreso da analoghe speculazioni nell’ambito scientifico della fisica riguarda la freccia del tempo; in altri termini se il suo corso possa o non possa essere invertito. Tralascio le motivazioni filosofiche che sarebbe arduo indagare nell’impossibilità di trovare riferimenti riscontrabili attendibili. Nel campo della fisica il principio di reversibilità del tempo è stato estrapolato dall’osservazione di fenomeni reversibili dove le reazioni evolutive possono avvenire indifferentemente nei due sensi. Ciò non significa che l’intervallo temporale cambi segno quando si inverte la direzione del processo e l’inversione della freccia del tempo è solo apparente all’interno del fenomeno considerato.

Anche speculazioni matematiche sulle conseguenze derivanti da ipotetiche velocità iperluminali o da condizioni particolari  in ambiente cosmico (buchi neri, worm hole, ecc.) ipotizzano possibili stiramenti ed inversioni temporali ma fino a che non saranno osservati fenomeni convincenti queste ipotesi rimangono nel limbo della pura speculazione intellettuale.

Il TEMPO nelle interazioni della materia appare dunque più come un osservatore esterno piuttosto che come un interlocutore non avendo alcuna influenza sulla durata dei fenomeni e limitandosi a “registrarne” l’estensione. I corpi che appartengono ad un sistema non hanno alcuna possibilità né di “avvertire” in qualche modo la durata dei fenomeni che li interessano né di influenzarne la durata se non contribuendo rigidamente ed in modo passivo a creare le condizioni ambientali nelle quali si verificano.

Quanto detto vale per la materia ordinaria ma non per gli organismi viventi.

Gli organismi viventi sono sistemi attivi che nella interazione con l’ambiente hanno una relativa capacità di movimento e di scelta indispensabili per la loro sopravvivenza e possibilità riproduttiva.

Una goccia di pioggia, un meteorite od un fulmine cadono seguendo rigidamente il percorso e con il ritmo determinato (o consentito) dalle condizioni locali sulle quali non hanno alcuna influenza; gli organismi viventi, cellula, microrganismo o organismo superiore, si spostano invece scegliendo il percorso più favorevole alla loro esistenza all’interno del loro raggio di azione.

Possono, inoltre, influire sull’ambiente circostante sia modificando l’organizzazione dei sistemi con cui si trovano in diretto contatto sia alterandone i ritmi evolutivi e i tempi di reazione.

La determinazione del percorso più favorevole richiede la conoscenza sia qualitativa che quantitativa degli elementi  componenti dell’ambiente con la stima approssimata del percorso evolutivo di ciascuno di essi in modo da stabilire la direzione verso la quale è più conveniente muoversi.

Affermazioni del genere possono apparire assurde e non abbiamo possibilità di verificarle se riferite a microrganismi uni o multi cellulari, a parte la considerazione che non avrebbero altrimenti alcuna possibilità di sopravvivere, ma trova conferma non appena osserviamo il comportamento di organismi superiori a partire dai più minuscoli degli insetti.

Osservando con attenzione il percorso e le strategie adottate dagli organismi viventi per trovare il miglior adattamento all’ambiente possiamo notare una concatenazione di scelte mirate che per conseguire il massimo di efficienza richiedono una “percezione” ed una “valutazione” delle tempistiche dei fenomeni circostanti la cui accuratezza varia in funzione delle esigenze e della capacità di adeguamento dell’organismo.

Dalla ricerca del cibo a quella delle fonti di energia (luce, calore), dalla sincronizzazione dei ritmi circadiani alla durata del giorno e, nel lungo periodo la regolazione dell’orologio biologico interno ai ritmi stagionali, dall’inseguimento delle prede alla competitività, dalle pulsioni riproduttive alla sequenza dei momenti di attività e di riposo, ogni azione dell’organismo mostra una connessione temporale alle variazioni dell’ambiente che per il necessario continuo adeguamento richiede una evidente capacità “previsionale”.

Non è facile distinguere in ogni azione la correlazione con le tempistiche evolutive dell’ambiente ma alcuni comportamenti consentono di constatare più facilmente la preparazione necessaria per rispondere al meglio a particolari cambiamenti ambientali.

La preparazione alle migrazioni, al letargo, alla riproduzione sono solo alcuni dei comportamenti che permettono con più evidenza di constatare la necessità che l’organismo si predisponga ad eventi di là da venire prevedendone l’evoluzione.

E’ ovvio che la percezione del tempo da parte delle varie specie di organismi viventi è molto diversa da quella dell’uomo, oltre a presentare sfaccettature anche molto diverse da specie a specie a seconda delle esigenze e delle condizioni ambientali della nicchia occupata, ma se consideriamo come si è evoluta la percezione del tempo congiuntamente alla evoluzione della nostra specie non è difficile comprenderne l’origine, e la funzione, biologica.

Tutte le ipotesi formulate sino ad oggi sono allora da considerarsi sbagliate?

Non ostante vi siano profondi, a volte inconciliabili, contrasti tra le varie ipotesi che sono state prospettate sulla struttura e la natura del tempo nessuna delle interpretazioni formulate può considerarsi errata e, per di più, sono tutte adattabili e compatibili con l’ipotesi che abbiamo appena formulato.

L’apparente paradosso origina dal fatto che nessuna delle idee proposte descrive in realtà il Tempo. Ciascuna di esse prende in considerazione la percezione, o la rilevazione, dei rapporti temporali di serie particolari di eventi identificandoli con il Tempo che ne registra l’estensione senza prendervi parte e senza esercitarvi alcuna influenza. Ogni ipotesi deve intendersi perfettamente valida all’interno dell’area concettuale “regionale” nella quale è stata concepita.

Neppure la T che compare nelle equazioni della fisica, tradizionale, relativistica o quantistica, e della cosmologia rappresenta il Tempo ma si riferisce sempre ed esclusivamente alla tempistica dei fenomeni identificata col Tempo, in modo da poter comparare la durata degli eventi tra di loro e tra loro e l’ambiente nel quale si collocano.

Il successo della descrizione matematica deriva dalla possibilità di prevedere con crescente approssimazione l’evoluzione dei fenomeni consentendoci le scelte più idonee allo sviluppo della nostra vita ed aiutandoci a comprendere l’interazione dei sistemi in cui siamo inseriti. Come ho già accennato il tempo rappresenta sempre e soltanto un “osservatore” esterno che non interviene se non per rimarcare gli accadimenti descrivendone le relazioni con un rapporto che, per estensione, si può ritenere analogo a quello della matematica che descrive i fenomeni senza intervenirvi.

Per correlare i diversi significati reconditi assegnati al termine ”Tempo” nelle diverse discipline possiamo ricorrere alle seguenti equazioni.

Per la scienza il Tempo  T  vale:

T = Tu  x d E

dove Tu  rappresenta l'ipotetico Tempo universale per il quale non abbiamo unità di misura né strumenti capaci di misurarlo ed al quale pertanto dobbiamo attribuire arbitrariamente il valore 1;

mentre  d E rappresenta la durata degli eventi derivata dal loro rapporto considerato su scala globale.

Per le altre discipline, religione, filosofia, psicologia, il tempo  t  viene derivato da  d e , cioè dalla comparazione della durata di una limitata famiglia di eventi o dal rapporto privilegiato attribuito a serie di eventi particolari ed alle modalità della loro percezione.

t = Tu  x d e

Dalle formule sopra riportate è anche possibile comprendere la connessione tra il Tempo, lo spazio e la materia per produrre gli effetti da noi percepiti in presenza di teorie che postulano la quantizzazione sia dello spazio che del Tempo.

Il Tempo, continuo, assume forma quantizzata applicandosi ad eventi che per loro natura sono quantizzati sia per la composizione della materia in particelle discrete che per il loro movimento attraverso lo spazio costituito da volumi discreti non frazionabili.

Ma queste ultime considerazioni sono ancora in attesa di essere convalidate.

 

Aldo PIANA   -   Corso Monte Grappa n. 13   -    10146  TORINO  (Italy)

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