Appunti di fisica controintuitiva ma sperimentalmente dimostrata

 

Ho letto un libro di fisica moderna , complesso ed affascinante , che in molti punti tocca profonde questioni filosofiche .

È una trattazione , senza formule , di un argomento a cavallo fra la scienza e la filosofia : IL TEMPO

Non ho capito adeguatamente tutti gli argomenti trattati , in particolare , la parte finale là dove la speculazione scientifica cede il passo ad ipotesi , molto difficili da capire ma estremamente interessanti e da approfondire.

Ho sentito il bisogno di scrivere degli appunti che mi servissero per chiarire a me stesso quel che presumo di aver capito ed ho deciso di pubblicarli in questo blog come un tentativo di perdere anche quei pochi lettori che mi leggono e con la consapevolezza che se scrivessi di cucina avrei un seguito sicuramente più ampio.

Sono vissuto dibattendo sulle virtù ed i vizi del comunismo e del capitalismo , oggi si dibatte forsennatamente sul CUCINISMO.

Non è   con una ricetta  che si esaudisce il bisogno di senso del mio tempo .

 Dal libro di Carlo Rovelli : L’ordine del tempo 

………….

Immaginiamo di voler comunicare con un abitante della stella più vicina a noi che si trova a 4 anni luce Ha senso chiedersi cosa sta facendo adesso questo abitante ?

Per saperlo dovremmo comunicare ,ma per comunicare noi abbiamo un segnale che viaggia alla velocità della luce e quindi comunicheremo con un ritardo di 4 anni.

Il termine “adesso” non ha senso per oggetti ed eventi che sono distanti perché  il mio “adesso” è  solo relativo alla mia posizione ed è diverso rispetto a chi si trova ad una distanza lontana dalla mia.

Il nostro presente non si estende a tutto l’universo , è come una bolla vicino a noi  .

Quanto è estesa questa bolla ?

Dipende dalla precisione con cui determiniamo il tempo .

Se è di nanosecondi il presente è definito solo per pochi metri ,se  sono sono millisecondi il presente è definito per chilometri.

Se diciamo “adesso” su Marte sono 15 minuti fa , sulla Stella 8 anni fa e sulla galassia di Andromeda milioni di anni fa.

L’idea che esista un adesso ben definito ovunque nell’universo è  quindi una  illusione , una estrapolazione illegittima della nostra esperienza.

Se vogliamo rappresentare tutti gli eventi dell’ universo e le loro relazioni temporali non possiamo più farlo con un unica universale distinzione tra passato presente e futuro .

Ogni evento è rappresentato in un grafico spazio-tempo (il grafico ricordiamo è  uno schema interpretativo !!) ,semplificato ad una dimensione spaziale , da un doppio cono .

La struttura temporale dell’universo è fatta a coni . Ogni evento corrisponde ad un cono.La relazione di procedere fra passato, presente e futuro di un evento è un doppio cono

cono-di-luce-2 dove la linea blu del disegno descrive per ogni istante t la nostra posizione nello Spazio s. Quella sotto il punto T (OGGI) descrive il nostro passato. Quella sopra rappresenta il nostro futuro.

Le linee oblique rappresentano la velocità della luce nel senso che qualsiasi sviluppo di un evento dal passato al presente e  al futuro non può accadere  con velocità superiore  a quella della luce rappresentata dalla retta che delimita il bordo del cono .

Il”cono di luce” di un evento è l’ insieme di tutte le posizioni che un oggetto potrà assumere nel suo futuro e che ha o avrebbe potuto assumere nel suo passato.

In un buco nero in cui la luce non riesce a fuoriuscire il tempo si ferma per cui in un buco nero non c’è futuro.

L’idea che l’universo  stia adesso in una certa configurazione e cambi tutto insieme con il passare del tempo non funziona più.

Fu Einstein che riuscì a sintetizzare in una teoria coerente queste nozioni di spazio e tempo definendo un unica grandezza :lo spazio-tempo e questa grandezza  è il campo gravitazionale e ….viceversa !!!!!

La tela formata dal campo gravitazionale è come un grande foglio elastico

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che si può allungare e tirare ,il suo tirarsi e curvarsi è l’origine della forza di gravità .

La presenza di stelle pianeti o ,in generale di qualsiasi massa ,deforma la trama dello spazio tempo e questa deformazione è quella che noi poi definiamo forza di gravità.

Questa reciproca interazione tra lo spazio -tempo e  la gravità trova la sua incredibile conferma sperimentale nel fatto che due orologi che si trovano ad altezze diverse rispetto al suolo e quindi risentendo in maniera diversa dal campo gravitazionale,  segnano tempi diversi !!!

Questa affermazione è stata sperimentalmente verificata utilizzando due orologi atomici ( la cui precisione è  di 1 secondo ogni 16 miliardi di anni !)  ed è oggi è incorporata nella correzione applicata alla misura dei tempi sui satelliti che ci forniscono la posizione GPS sul nostro smartphone.

Non esiste quindi uno spazio vuoto  inteso come un contenitore dove sono presenti i pianeti,  le stelle , che si attirano a distanza ( La forza a distanza è un nonsense)  con una forza di gravità ma esiste solo uno spazio tempo che viene deformato  dalle masse dei pianeti  e delle stelle  e questa deformazione è responsabile della gravità.

I pianeti girano intorno al sole perché questi con la sua enorme massa deforma lo spazio tempo creando una sorta di imbuto all’interno del quale girano i pianeti intorno al sole.

La nostra idea di tempo, dunque,   ha perso una caratteristica  fondamentale  della nostra intuizione ovvero la sua indipendenza dal resto del mondo e lo spazio non è  più il contenitore di  oggetti celesti .

Approfondiamo :

Ma se il presente non è definito globalmente ,se è qualcosa di definito solo vicino a noi , come possiamo parlare e dire che  qualcosa è  reale nell’universo ?

Non esiste un presente globale oggettivo ,al massimo possiamo parlare di un presente  relativo ad un osservatore in moto. Ma allora quello che è reale per me è diverso da quello che è reale per te.

Il mondo dunque non va pensato come un susseguirsi di presenti .

Il fatto che non possiamo ordinare l’universo come un’unica successione ordinata di tempi non significa che nulla cambia, significa che i cambiamenti non sono ordinati lungo un’unica successione ordinata ,la struttura temporale del mondo è più complessa che una semplice successione lineare di istanti

Ma il cambiamento , l’accadere non è un illusione, quello che si è scoperto è  che non avviene seguendo un ordine globale.

Quello che ci confonde quando cerchiamo di mettere ordine nella scoperta che non esiste un presente oggettivo e universale è solo il fatto che il nostro linguaggio è organizzato intorno a una distinzione assoluta passato-presente – futuro che invece è  adatta soltanto parzialmente ,qui vicino a noi .

La struttura della realtà non è quella che questo linguaggio presuppone .

Diciamo che è un evento è, oppure è  stato ,oppure sarà . Non abbiamo un linguaggio adatto per dire che un evento  è stato rispetto a me , ma è rispetto a te.

Dobbiamo adattare il nostro linguaggio e la nostra intuizione  a una scoperta nuova  :Il fatto che  passato e futuro non hanno un significato universale  ma hanno un significato che cambia tra qui e lì , nient’altro.

Non è un accadere globale ordinato. È un accadere locale e complesso che non ammette di essere descritto nei termini di un unico ordine globale.

Con una metafora bellissima Rovelli afferma che il mondo assomiglia più  a Napoli che  a Singapore !!

Ora approfondiamo ulteriormente.

Sono tre le scoperte di base a cui ha portato la meccanica quantistica: granularità,  indeterminazione e l’aspetto relazionale delle variabili fisiche.

Il tempo misurato da un orologio è quantizzato cioè prende solo certi valori e non altri è come se il tempo fosse granulare invece che continuo.

Il tempo universale si è frantumato in una miriade di tempi propri.

Il tempo minimo è chiamato tempo di Planck . Il suo valore si calcola essere di 10 elevato a -44 secondi.Non possiamo più pensare la durata come continua. Dobbiamo pensarla discontinua.

Non come qualcosa che possa fluire uniformemente ma come qualcosa che in un certo senso salta da un valore all’altro.

La granularità è una caratteristica generale della natura. La luce è fatta di fotoni che sono particelle di luce associate ad un campo elettromagnetico , l’energia è quantizzata ,anche la lunghezza è quantizzata. La lunghezza di Planck è di circa 10 alla meno 33 cm.

La seconda scoperta della meccanica quantistica e l’indeterminazione .

Non è possibile cioè prevedere in modo esatto, per esempio ,dove apparirà domani un elettrone .

Fra un’apparizione e l’altra l’elettrone non ha una posizione precisa , è come se fosse sparso in una nuvola di probabilità.

L’indeterminazione si risolve quando  interagisce con qualcos’altro ,ovvero quando c’è una misura , ovvero quando è  catturato da un rivelatore di particelle.

Insomma al livello della meccanica quantistica, ovvero alle dimensioni di atomi e particelle, non possiamo pensare una particella come un treno per il quale io so ,con certezza, dove sta o dove sarà istante per istante.

La particella esiste e si rivela solo quando interagisce e prima dell’interazione non so e non posso sapere con certezza dove si trova , posso solo avere una misura matematica  della probabilità della sua posizione.

E non finisce qui : Principio di indeterminazione

Quando misuriamo la posizione di un elettrone lo facciamo attraverso una misura che prevede che interagisca con un apparato di misura , che venga  quindi colpito da un quanto di luce, ma questo modificherà la sua velocità che non sarà più quella che possedeva prima della misura, quindi posizione e velocità non possono essere misurate contemporaneamente con precisione assoluta, ovvero con incertezza nulla. La misura di una grandezza di un oggetto a livello atomico altera la grandezza collegata quindi più siamo precisi con la posizione più saremo indeterminati sulla velocità .

Riemerge dunque un carattere intrinsecamente aleatorio della realtà a livello atomico.

Ricapitolando

il tempo non è unico , c’è una durata diversa per ogni traiettoria , passa a ritmi diversi secondo il luogo e secondo la velocità .

La differenza fra passato e futuro non c’è nelle equazioni elementari  che descrivono il mondo,  è un aspetto contingente che appare quando guardiamo le cose trascurando i dettagli . La nozione di “presente” non funziona  ; nel vasto universo non c’è nulla che possiamo ragionevolmente chiamare presente .

Il mondo è un campo dinamico  , meglio: una sovrapposizione di campi ,che fluttua e si concretizza solo interagendo e non è definito al di sotto di una scala minima che è  la scala al livello di Planck dove lo stesso spazio-tempo ha una natura granulare !!!!

CONCLUDENDO

Penso si possa dire che quanto emerge dalla carrellata breve e grossolana su alcuni aspetti della fisica moderna lascia perplessi e sgomenti .

Eppure i fatti esposti hanno un riferimento indiscutibile su esperimenti accettati da tutta la comunità scientifica internazionale.

Si pensi che la meccanica quantistica è la teoria scientifica più verificata e validata della fisica così come la relatività generale che ha avuto recentemente una conferma sperimentale con la scoperta delle onde gravitazionali.

Si evidenzia una questione che rinforza la tesi generale di questo blog , la sua “mission”.

La questione centrale è che le questioni etiche e , più generalmente filosofiche, non possono più ignorare la scienza e la tecnologia che diventano il vero motore della riflessione profonda e concreta dell’essere umano.

Come già detto in altro articolo di questo blog l’umanesimo ha rimosso l’ancoraggio di senso a fattori ultraterreni , né Giove né altro Dio sono responsabili di fulmini , malattie e guarigioni  o addirittura di resurrezioni.

Le resurrezioni le lasciamo perdere , anche quelle bislacche in formato cyborg , ma per tutto il resto  e non solo per fulmini e guarigioni ma anche per questioni etiche e filosofiche occorre avere un dialogo continuo e proficuo con la scienza che non pretende di risolvere le nostre angosce o di darci la felicità ma non ci illude con favole ed eternità.

P.S.

Le favole e le opere di fantasia , l’arte , la musica , la poesia sono elementi indispensabili ed irrinunciabili dell’umanesimo tecnologico.

 

LINK INTERESSANTI

Prove sperimentali relatività

Relatività generale 

Ulteriori prove sperimentali

La rivista Wired e la relatività 

Intervista a Carlo Rovelli

Onde gravitazionali

Wikipedia

Le scienze

Astronews

 

 

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