Carlo Rovelli e il nuovo libro in testa alla saggistica: "L'ordine del tempo"

Il fisico Carlo Rovelli è in testa alla saggistica italiana con il suo nuovo libro “L’ordine del tempo” (Adelphi, 2017) dopo il successo del precedente “Sette brevi lezioni di fisica” che è di nuovo terzo in classifica (Adelphi, 2014)

Rovelli nel primo libro aveva trattato di Relatività Speciale e Generale che hanno come protagonista il tempo e in questo nuovo libro si concentra specificatamente sul tema che è molto complesso.

All’inizio dell’opera richiama alcuni concetti non intuitivi; il primo è che il tempo rallenta con la velocità. Maggiore è la velocità più lentamente trascorre il tempo fino a “fermarsi” quando viene raggiunta la velocità della luce nel vuoto. Occorre però precisare che rallenta il tempo misurato da un osservatore in quiete rispetto ad un soggetto in movimento, mentre lo scorrere del “tempo proprio” per chi si muove rimane sempre lo stesso.

Insomma un anno è sempre un anno per chi è in movimento, ma per un altro osservatore fermo che lo guarda può essere anche solo qualche giorno.

 Questo si ricava dalla Relatività Speciale di Einstein del 1905.

Ma la sorpresa è un’altra.

Il tempo non rallenta solo per la velocità, ma lo fa anche in presenza di un campo gravitazionale; in pratica il tempo scorre più lentamente a valle che su una montagna (ed a causa del principio di equivalenza trascorre più lentamente per chi accelera rispetto a chi rimane fermo).

Anche in questo caso il “tempo proprio” non varia, ma cambia solo il valore per un osservatore che guarda dall’esterno.

Leggendo il libro mi sono imbattuto, riguardo a questo tema, in un errore nella formula del redshift gravitazionale (c’è un fattore 2 di troppo) riguardante l’esperimento di Pound e Rebka che ho prontamente segnalato all’autore che ha confermato e correggerà nelle prossime edizioni.

Un punto non molto chiaro è poi quando Rovelli afferma che “un sasso cade più in fretta di una piuma leggera” ma questo (non viene detto) vale solo nell’aria mentre nel vuoto qualsiasi corpo cade con la stessa accelerazione (si tratta dell’essenza del cosiddetto “principio di equivalenza”).

La leggenda vuole che se ne accorse Galilei lasciando cadere proprio dalla Torre di Pisa corpi di diverso peso.

Tornando ai temi trattati questi sono contenuti nella Relatività Generale di Einstein del 1915.

Questi concetti sono ben chiariti nel libro di Rovelli con appositi diagrammi a colori che utilizzano dei simpatici puffi, uno giovane ed uno vecchio, per illustrare i vari casi.

Il quadro è completato in maniera molto efficace da grafici a colori che illustrano come si modifica il concetto di spazio e di tempo da Newton ad Einstein prima nella Relatività Speciale (spaziotempo piatto) e poi in quella Generale (spaziotempo curvo), introducendo il concetto di coni - luce e del loro orientamento relativo per giungere alle più moderne teoria sulla gravità quantistica, in cui è lo stesso spaziotempo ed i suoi coni-luce ad essere indeterminato.

Tuttavia di questo Rovelli aveva già parlato, seppur più superficialmente, nel libro precedente.

La novità di questo lavoro sta invece nello studio vero e proprio del concetto di “tempo” che nasce dalla irreversibilità termica. Infatti, nella fisica classica e cioè nelle equazioni del moto di Newton il tempo è simmetrico e cioè le equazioni stesse non dipendono dal segno del tempo e passato e futuro sono equivalenti. E così è anche per la fisica quantistica.

Questo si esemplifica nel fatto che se si osserva il filmato di un movimento sia in “avanti” (futuro) che “indietro” (passato) non si riescono ad individuare incongruenze. Tutto avviene alla rovescia ma non ci sono leggi fisiche che lo vietano.

Le equazioni basilari della fisica sono infatti simmetriche rispetto al tempo.

Tuttavia ogni giorno abbiamo prova di processi irreversibili: un bicchiere rotto non si ricompone magicamente da solo, una frittata rimane tale e non si rigenerano le uova di partenza ed ogni fenomeno una volta avvenuto non “torna indietro” da solo.

Per quale motivo le equazioni sono reversibili e il mondo non lo è?

La risposta è: a causa del calore.

Ecco quindi che grazie ad esso nasce una direzione privilegiata: l’asse passato-presente-futuro.

Per capire il concetto di “tempo termico” di cui parla Rovelli occorre introdurre il concetto di entropia che misura lo stato di “disordine” di un sistema fisico; per disordine intendiamo il numero di microstati che corrispondono ad un unico macrostato e quella della entropia fu una fondamentale scoperta del fisico Ludwig Boltzmann a cui Rovelli dedica diverse pagine piene di ammirazione.

L’entropia di un processo sotto determinate condizioni può solo aumentare; questo è il contenuto del famoso secondo teorema della termodinamica cha ha un valore probabilistico.

La domanda successiva a cui tutti gli scienziati cercano di dare una risposta è: perché l’universo dopo il Big Bang si trovava in uno stato molto ordinato e cioè ad entropia bassa?

Infatti solo questa condizione ha permesso all’universo stesso di venire all’esistenza aumentando costantemente la propria entropia fino a quando giungerà ad uno stato finale di equilibrio termico.

Quello della bassa entropia iniziale è uno dei problemi basilari della moderna fisica teorica.

Rovelli nel libro cerca di dare una risposta: non è il cosmo a trovarsi in uno stato di eccezionalità con una bassa entropia ma siamo noi in un certo senso “eccezionali” per le condizioni fisiche in cui ci troviamo ad avere avuto una interazione con l’universo tale da produrre la sensazione di un trascorrere del tempo e quindi di una freccia del tempo stesso.

Noi vediamo delle condizioni iniziali peculiari perché vediamo l’universo “sfocato” e cioè in maniera approssimativa a causa sia della indeterminazione statistica.

È proprio la “sfocatura” del mondo a generare l’entropia.

Osservando le cose a livello microscopico le differenze tra passato, presente e futuro scompaiono.

Rovelli poi mostra che nella fisica della gravità quantistica, settore di cui si occupa professionalmente con la cosiddetta gravità a loop, il tempo non esiste e cioè le equazioni fondamentali non lo contengono come variabile indipendente.

Questo lo fa a partire dalla prima storica equazione in cui il tempo non esiste e cioè quella trovata nel 1967 da Bryce DeWitt e da John Wheeler.

Nella gravità quantistica le relazioni sono solo tra le diverse variabili fisiche.

Invece, secondo la Relatività Generale che è la teoria più avanzata sul tempo, a non esistere sono il passato il presente e il futuro; ad esempio in un universo rotante di Gödel

vi sono delle particolari traiettorie nello spaziotempo dette “curve temporali chiuse” che riportano l’osservatore nel passato ad incontrare infinite (teoricamente) copie di sé stesso.

Gli evidenti paradossi logici che si creano possono essere superati e quindi si tratta di soluzioni plausibili delle famose equazioni di campo di Einstein.

Un modo di superarli è quello di ricorrere alla teoria degli universi paralleli oppure al Principio di autoconsistenza di Novikov.

Il fisico Stephen Hawking ritiene invece che i viaggi nel tempo siano impossibili su base di obiezioni quantistiche che ha espresso nella sua Congettura di protezione cronologica.

Partendo da questa non esistenza di passato, presente e futuro in Relatività Generale e la non esistenza del tempo in gravità quantistica a loop Rovelli sviluppa il concetto di tempo ad un buon livello filosofico che poi diviene nel finale addirittura piscologico e coscienziale, mettendo al centro del discorso anche il tempo della nostra soggettiva esperienza umano e non solo quello oggettivo della fisica.

Si parla del concetto di tempo in Aristotele, “il tempo è la misura del cambiamento” nell’opera Fisica e in Newton:

 "Il tempo assoluto, vero, matematico, in sé e per sua natura senza relazione ad alcunché di esterno, scorre uniformemente, e con altro nome è chiamato durata; quello relativo, apparente e volgare, è una misura (esatta o inesatta) sensibile ed esterna della durata per mezzo del moto, che comunemente viene impiegata al posto del vero tempo: tali sono l'ora, il giorno, il mese, l'anno...”,

 così lo scienziato inglese nei Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

Rovelli porta poi il lettore a confrontarsi con la struttura quantistica del tempo e dello spazio con il tempo di Planck (10^-44 s) e la lunghezza di Planck (10^-33 cm).

Nel finale il livello stilistico si alza fino ad una sorta di liricità struggente che sfiora molto da vicino la poesia, effetto strano per un libro di fisica teorica sul tempo.

Concludendo un prezioso libro sul tempo che partendo dalla fisica si compenetra elegantemente con la filosofia e la psicologia non disdegnando anche incursioni nel territorio dell’arte.

Per chi è interessato, segnalo due miei libri sull’argomento; il primo, “Storia naturale del tempo” (Armando) tecnico, mentre il secondo, “Sette brevi lezioni di Relatività” (Aracne) divulgativo.

http://www.armando.it/storia-naturale-del-tempo8655

http://www.aracneeditrice.it/aracneweb/index.php/pubblicazione.html?item=9788854888760

Per una storia della Relatività da Maxwell ad Einstein:

http://www.giuseppevatinno.it/wordpress/?p=1685