Anche per la scienza il tempo migliore è quello passato
PIERO BIANUCCI
Quel genio di Richard Feynman diceva che il tempo è ciò che accade quando nulla accade. Ma dal Big Bang in poi, cioè da 14 miliardi di anni, qualcosa accade sempre in ogni più recondito angolo dell’universo. C’è un prima e un dopo per tutto. Su scala macroscopica il tempo viaggia a senso unico. Le stelle si accendono, esplodono e collassano, le galassie si evolvono, il cosmo si espande, i cubetti di ghiaccio fondono: per usare le parole degli scienziati, esiste una “freccia del tempo”.
Inestricabile dal tempo, il Big Bang ha creato anche lo spazio, il qui e il là, il vicino e il lontano. Nella nostra mente la correlazione di tempo e spazio è stretta, siamo abituati a tradurre l’uno nell’altro: diciamo che New York dista da Roma 9 ore di aereo.
A scala atomica è diverso. Il tempo dei fenomeni elementari non ha una direzione privilegiata. E’ reversibile. Possiamo filmare il comportamento di particelle subnucleari e proiettare il film al contrario: non troveremo incongruenze. Con rarissime eccezioni che qui non tratteremo, a livello subatomico il tempo c’è, ma sembra senza freccia.
Anche la legge di gravità consente proiezioni al contrario, benché agisca a scala macroscopica. Fate girare i pianeti avanti o indietro nel tempo, troverete sempre le leggi di Keplero. L’indifferenza alla direzione del tempo sembra il privilegio dei fenomeni semplici e fondamentali come la gravitazione. La freccia temporale è la condanna dei fenomeni complessi, governati dalla statistica.
I buchi neri fermano il tempo
Poi ci sono i buchi neri, oggetti molto massicci e densi reclusi in quello che i fisici chiamano “orizzonte degli eventi”. Fuori dell’orizzonte il tempo c’è. Sull’orizzonte è estremamente rallentato. Dentro il buco nero è fermo.
Infine abbiamo il tempo psicologico: il tempo percepito dalla nostra coscienza. E’ un presente inafferrabile ma abitato da ricordi – il passato – e progetti – il futuro. Ovviamente ha la sua freccia, la freccia è l’essenza dei viventi – si nasce, si vive, si muore. Ma con la mente possiamo muoverci avanti e indietro. Le cose del passato e del futuro esistono come fantasmi che fluttuano nel nostro io. Anzi, sono il nostro io.
Perché la felicità è un lampo
Ce n’è abbastanza per concludere che, ad essere sinceri, nessuno sa bene che cosa sia il tempo. Eppure del tempo possiamo dire un sacco di cose interessanti: leggete “Perché il tempo vola” di Alan Burdick, e ve ne convincerete (il Saggiatore, 430 pagine, 24 euro, traduzione di Gledis Cinque). Capirete anche, come dice il sottotitolo del libro, “perché la felicità è un lampo e quando ci annoiamo le ore non passano mai”.
Brillante scrittore scientifico del “New Yorker”, Burdick parte dal fatto che il tempo, qualunque cosa sia, si può misurare. Di più: a rigore, il tempo esiste proprio in quanto lo si misura.
Le candele delle ragazze allegre
Per millenni è stata una misura grossolana. L’approssimazione era di decine di minuti se non di ore. Durante il giorno l’ombra dello gnomone sulle meridiane rendeva visibile il moto apparente del Sole segnando il tempo locale. Di notte entravano in servizio clessidre ad acqua o a sabbia. Nelle case di piacere candele graduate segnavano la durata dell’amore a pagamento. Con la loro luce tremula, oltre a rischiarare romanticamente effusioni mercenarie, fungevano anche da orologio e da tassametro.
I secondi fino al Settecento rimangono un’astrazione matematica legata al sistema sessagesimale adottato dai babilonesi intorno al 2000 avanti Cristo. In un’ora ce ne sono 3600, in un giorno 86 400, ma nessuno strumento era in grado di scandirli. Si incomincia ad apprezzare i secondi con i pendoli di Huygens (1656) e i cronometri che John Harrison costruì per uso nautico (1761) risolvendo il problema della determinazione della longitudine in mare aperto. Solo dal 1875 la Convenzione del Metro e i fusi orari rendono confrontabile l’ora di luoghi lontani.
Intorno agli anni 30 del secolo scorso le 32 768 oscillazioni al secondo degli orologi al quarzo per la prima volta permettono di sezionare il tempo in “fette” sottili e si scopre che la rotazione della Terra rallenta, e pure in modo irregolare.
Dal 1972 il tempo diventa atomico grazie agli orologi al cesio, che in un secondo oscillano 9 miliardi 192 milioni 631 770 volte. Oggi le misure di tempo sono di gran lunga le più precise in assoluto. Con gli orologi ottici siamo arrivati a spaccare il miliardesimo di miliardesimo di secondo: l’errore è di una parte su 10 elevato alla 18. Poiché 10 alla 18 sono i secondi trascorsi dal Big Bang ad oggi, in teoria da quando esiste l’universo questi orologi avrebbero accumulato un solo secondo di scarto.
L’ora ufficiale del mondo
Contribuiscono a determinare l’ora ufficiale del mondo i migliori orologi atomici in funzione nei paesi tecnologicamente più avanzati. Sono una cinquantina, i principali si trovano negli Stati Uniti, in Inghilterra, Francia, Germania, Italia. La loro media fornisce il Tempo Universale Coordinato. Occorrono 5 giorni perché i dati mondiali siano analizzati e pubblicati in uno scartafaccio di centinaia di pagine. Paradossalmente, l’ora più precisa si conosce solo a posteriori, il tempo migliore è quello già passato, come succede nei nostri ricordi…
Il Tempo Universale Coordinato è affidabile al miliardesimo di secondo (nanosecondo). Può sembrare eccessivo ma non è così. Molte attività richiedono questa precisione. Per esempio i sistemi di navigazione satellitare (il GPS americano, il Glonass russo, il Galileo europeo). Distanze e posizioni vengono calcolate in base al tempo di volo di segnali orari trasmessi da una costellazione di una trentina di satelliti. In un nanosecondo la luce percorre 29,9792458 centimetri. Arrotondiamo a 30. Uno scarto di 10 nanosecondi corrisponde a un errore di tre metri nella posizione. Per un aereo che atterra può essere una catastrofe.
Finanza al milionesimo di secondo
Una precisone di poco inferiore è richiesta per il funzionamento di Internet e per le transazioni finanziarie. Con una Borsa volatile e quotazioni rapidamente oscillanti su enormi capitali, pochi milionesimi di secondo possono valere milioni di dollari. Le reti che distribuiscono l’elettricità sono meno esigenti, si accontentano del millesimo di secondo.
Ambiti diversi – fisica, chimica, biologia – hanno scale di tempo diverse. Le reazioni atomiche e chimiche avvengono in attosecondi (miliardesimi di miliardesimi di secondo). Questa è la velocità della fotosintesi clorofilliana, il meccanismo fondamentale della vita. In poche ore i cianobatteri si dividono in due, in una giornata si succedono sei o più generazioni. Le sinapsi tra i neuroni del nostro cervello lavorano si scambiano messaggi chimici in 50 milionesimi di secondo, occorrono 10 millisecondi perché un segnale passi da una parte all’altra di una cellula, i comandi nervosi percorrono alcuni metri al secondo, i nostri ritmi circadiani hanno una base di 24 ore e mezza. Li perdiamo dopo dieci giorni di mancata regolazione alla luce del Sole.
Cervello e scale temporali
Le funzioni superiori – ci ricorda Burdick – sono condizionate dai tempi delle funzioni biologiche sottostanti. La lettura richiede un “presente dilatato”: la memoria deve tenere presenti le parole chiave della frase, e se il verbo è alla fine, come nel tedesco e nel latino, solo allora il significato diventa chiaro. Dislessia e disgrafia sono questioni di sincronismo. La risoluzione temporale dell’udito deve aggirarsi sul millesimo di secondo per farci afferrare i suoni delle lettere che compongono le parole e individuare la direzione di una sorgente sonora in base al diverso tempo di ricezione tra orecchio destro e sinistro. Il Codice Morse è essenzialmente la percezione di durate brevissime: punto, linea, spazio breve, spazio lungo. Per un traduttore simultaneo il tempo massimo di memorizzazione è di un minuto, la sua attenzione fa il surf tra le parole che pronuncia e quelle che ascolta. La memoria dilatata entra in gioco anche quando parliamo ed è tanto più importante quanto più il discorso è sintatticamente complesso.
Vedere la deriva dei continenti
La varietà di scale temporali ci fa sfuggire una quantità di fenomeni. Un secondo di cinema è fatto di 24 immagini ferme: le vediamo in moto fluido solo perché la risoluzione temporale della nostra percezione visiva non va oltre 12 fotogrammi al secondo. Se la risoluzione temporale dei nostri sensi fosse di alcune ore non vedremmo persone che camminano e macchine che corrono ma le piante crescere e i fiori sbocciare. Se fosse di un milione di anni, assisteremmo alla deriva dei continenti come a un balletto geologico e l’evoluzione darwiniana si svolgerebbe sotto i nostri occhi ma non vedremmo nascere bambini e morire persone anziane: la vita individuale rimarrebbe sotto la soglia di percezione temporale come nei film il passaggio tra due fotogrammi fermi.
Le emozioni distorcono la percezione del tempo e fissano i ricordi. Un incidente d’auto avviene in una frazione di secondo che però nella nostra coscienza ci sembra dilatata come se l’evento si svolgesse al rallentatore. La novità delle esperienze fa sembrare l’adolescenza più lunga del resto della vita. L’esame di maturità, la laurea, il primo amore, la prima automobile si concentrano in pochi anni ad alta intensità emotiva: 80 persone su cento dichiarano che il tempo sembrava passare più lentamente quando erano giovani.
L’equazione dell’esistenza
Robert Lemlich, un professore di ingegneria chimica, nel 1975 calcolò che la lunghezza soggettiva di un arco di tempo varia in modo inversamente proporzionale alla radice quadrata dell’età. Secondo la sua equazione, a quarant’anni, con un’aspettativa di vita di 70, si ha l’impressione di aver vissuto il 75 per cento della propria esistenza, non il 57 per cento. Sarà. Ma il tempo dell’esistenza non sopporta rigide gabbie matematiche. La mente rimbalza continuamente tra passato, presente e futuro. Più che a un’equazione, la vita somiglia a un film fatto di flash avanti e indietro nel tempo mentale, con in mezzo qualche attimo di realtà. Meglio così.
Approfondimenti sul sito di Piero Bianucci
http://www.lastampa.it/2018/07/30/scienza/...loM/pagina.html
