Le nuove scoperte sul viaggio nel tempo

Nel corso del tempo, l’umanità è sempre stata affascinata dall’idea del viaggio nel tempo. Dai miti e dalle leggende antiche alla fantascienza moderna, la possibilità di cambiare il passato o di guardare nel futuro continua ad affascinare la nostra immaginazione. Tuttavia, oggi che la scienza e la tecnologia hanno raggiunto livelli senza precedenti, la questione della reale possibilità di viaggiare nel tempo rimane uno degli aspetti più affascinanti e misteriosi. La comunità scientifica continua a esplorare la natura del tempo, conducendo esperimenti e sviluppando teorie, ma non è ancora chiaro se un vero e proprio viaggio nel passato o nel futuro sia possibile dal punto di vista della fisica moderna e quali siano i rischi che si nascondo dietro tale possibilità.

Il viaggio nel tempo è l’idea di un ipotetico movimento di un oggetto, di una persona o di un’informazione attraverso diversi momenti del tempo. Il concetto include diverse varianti di eventi, come: viaggiare nel passato e interagire con eventi già accaduti; viaggiare nel futuro – spostarsi in avanti nel tempo e interagire con eventi non ancora accaduti; linee temporali – l’idea che il viaggio nel tempo possa creare diversi rami di realtà o linee temporali parallele, in cui ogni realtà corrisponde a scelte ed eventi diversi, o curve temporali chiuse – un approccio teorico che presuppone l’esistenza di una realtà diversa, o l’esistenza di una linea temporale diversa, o curve temporali chiuse[1].

Rivoluzionarie, nel contesto dei viaggi nel tempo, sono state le teorie della relatività speciale e generale di Einstein. Esse hanno dato origine ai concetti di spazio-tempo e di curva temporale chiusa. Il sistema fondamentale dello spazio-tempo considera lo spazio e il tempo come elementi interrelati di un unico continuum in cui ogni evento può essere descritto da quattro coordinate: lunghezza, larghezza, altezza e tempo ed è soggetto a forze gravitazionali. Lo spazio-tempo è diventato un concetto chiave della fisica moderna, che spazia dalla teoria della relatività generale alla meccanica quantistica[2].

Il concetto di curva temporale chiusa può essere pensato come un anello temporale che descrive la traiettoria di un ipotetico osservatore che, viaggiando sempre nel tempo dal proprio punto di vista, a un certo punto si ritrova nello stesso luogo e tempo da cui è partito. Una curva di questo tipo può creare potenziali paradossi temporali, contraddizioni logiche che nascono come conseguenza di eventi passati che cambiano o sono in conflitto tra loro a seguito di un viaggio nel tempo[3].

Il nostro comune viaggio nel tempo

In questo momento stiamo già viaggiando nel tempo verso il nostro futuro prossimo alla velocità di un secondo al secondo. La teoria speciale della relatività di Einstein, su cui si basa gran parte della fisica moderna, afferma che lo scorrere del tempo dipende dalla velocità con cui si viaggia. Più si viaggia velocemente, più i secondi passano lentamente.  Un osservatore che viaggia a una velocità prossima a quella della luce vivrà il tempo con tutti i suoi effetti (noia, invecchiamento, ecc.) molto più lentamente di un osservatore a riposo[5]. L’altra teoria di Einstein, la teoria della relatività generale, afferma invece che la gravità ha un effetto sullo scorrere del tempo: più forte è la gravità nelle vicinanze, più lento è il tempo che passa[6].

Queste due teorie fondamentali sono perfettamente illustrate dall’esempio del sistema di posizionamento globale GPS. Con il GPS conosciamo la nostra posizione esatta comunicando con i satelliti in orbita terrestre alta. I satelliti orbitano intorno al pianeta a una velocità di 14’000 km/h e a una distanza di oltre 20’000 chilometri. Secondo la teoria speciale della relatività, i satelliti si muovono molto più velocemente rispetto ai dispositivi terrestri a cui trasmettono i dati e il tempo scorre più lentamente per loro.

Per i satelliti GPS con orologi atomici, questo effetto si riduce di 7 microsecondi, o 7 milionesimi di secondo, ogni giorno.  Ma secondo la teoria generale della relatività, gli orologi più vicini al centro di una grande massa gravitazionale come la Terra ticchettano più lentamente di quelli più lontani. Quindi gli orologi dei satelliti GPS vanno più veloci perché sono molto più lontani dal centro della Terra rispetto agli orologi sulla superficie, e la correzione è di più 45 microsecondi agli orologi dei satelliti GPS ogni giorno. Ricordiamo i 7 microsecondi negativi del calcolo della teoria speciale della relatività e otteniamo 38 microsecondi in più sugli orologi satellitari GPS.

Gli orologi atomici a bordo non passeranno al giorno successivo prima di 38 microsecondi in più rispetto a un orologio analogo sulla Terra. Un tale spostamento in avanti nel tempo sembra davvero insignificante ma, data l’ultra-precisione della tecnologia GPS di oggi, questo fa la differenza[7]. Il Large Hadron Collider ha inviato regolarmente particelle subatomiche nel futuro, accelerandole a velocità quasi pari a quella della luce, facendo così muovere il loro tempo relativo 6700 volte più lentamente rispetto agli osservatori umani stazionari.

Se trasferiamo questa idea alle persone come concetto e livelliamo la componente ingegneristica, possiamo supporre che viaggiare nel futuro sia abbastanza possibile. Supponiamo che una persona salga su un’astronave in grado di sviluppare la velocità della luce al 99,995% e si diriga verso un corpo celeste distante 500 anni luce: il viaggio durerà 500 anni e lo stesso tempo sarà necessario per tornare indietro. Sommando 1000 anni, il viaggiatore si ritrova sulla Terra nell’anno 3024. Ma la velocità di questo viaggio rallenterebbe il suo orologio interno di un fattore 100 rispetto al tempo terrestre, e il viaggiatore invecchierebbe solo di 10 anni. Ma c’è un enorme divario tra ciò che è teoricamente possibile e ciò che è reale[8]. Finora, il veicolo spaziale più veloce è in grado di viaggiare solo a 635 mila km/h, mentre la velocità della luce è di 1.079.252.848,8 km/h, sicché possiamo viaggiare, nel migliore dei casi, a solo poco più dello 0,06% della velocità della luce[9].

Paradossi del passato

Le opzioni teoriche per il viaggio nel tempo passato abbondano, ma di solito comportano paradossi insormontabili e si basano su costrutti teorici stravaganti come wormhole, buchi neri e stringhe cosmiche (che potrebbero non esistere realmente). La teoria generale della relatività prevede l’esistenza di “wormhole”, una sorta di tunnel nello spazio-tempo che collega un punto di una galassia a un altro.

Questa idea si basa sul concetto di buco nero e di deformazione gravitazionale. Gli scienziati hanno suggerito che se un buco nero è una regione dello spazio-tempo in cui l’attrazione gravitazionale è così forte che nemmeno la luce può sfuggire da lì, cioè agisce essenzialmente come un vuoto, risucchiando qualsiasi materia, allora teoricamente c’è anche un “buco bianco” che agisce come una sorgente che espelle la materia[11]. Mentre i buchi neri non lasciano mai uscire nulla, i buchi bianchi non lasciano mai entrare nulla e per creare un wormhole è sufficiente prendere un buco nero e un buco bianco e collegarli per formare un tunnel tra loro.

Ma anche se si immagina teoricamente l’esistenza di un tale “wormhole”, è molto difficile prevedere quanto sia “sicuro” e cosa succeda alla particella che vi si trova e se non collasserà istantaneamente sotto l’influenza della gravità. Secondo gli scienziati, per stabilizzare un simile wormhole sarebbe utile una forma di materia che abbia una massa negativa[12]. E di tutto questo tunnel ipoteticamente possibile, che potrebbe essere un portale nello spazio-tempo teoricamente provato è solo l’esistenza di un buco nero, il buco bianco e la materia con massa negativa rimangono solo un’ipotesi, che è consentita dalla teoria della relatività[13].

L’idea del viaggio nel tempo in termini di teorie della relatività si scontra spesso con vari paradossi che causano contraddizioni logiche o temporali. Questi paradossi sottolineano la complessità e l’ambiguità dell’idea di viaggio nel tempo e sono oggetto di discussione nella fisica teorica e nella filosofia. Ad esempio, il “paradosso del nonno” considera una situazione in cui si viaggia indietro nel tempo e si cambia qualcosa, ad esempio uccidendo il nonno prima della nascita del genitore. Si tratta di capire come questo influisca sulla propria esistenza. Se il vostro genitore non nasce, di conseguenza non esisterete nemmeno voi e non potrete tornare indietro nel tempo. “Il paradosso di Grundy” descrive una situazione in cui si torna indietro nel tempo per evitare la morte del nonno e rendere possibile la propria esistenza. Tuttavia, se vostro nonno non è morto, perché vorreste viaggiare indietro nel tempo?

Oppure abbiamo, ad esempio, il cosiddetto “paradosso dell’informazione”: Se si inviano informazioni del passato nel futuro, tali informazioni possono cambiare il corso degli eventi in modo che il futuro da cui sono state inviate non si verifichi? Questo paradosso ha a che fare con la possibilità di cambiare il futuro con informazioni provenienti dal futuro[14]. In ogni caso, dal punto di vista logico, tutti i paradossi suggeriscono che qualsiasi cambiamento nel passato influenzerà necessariamente il futuro.

All’incrocio di due teorie

Mentre la teoria della relatività descrive il comportamento di grandi oggetti come persone, corpi celesti e persino galassie, la meccanica quantistica descrive particelle molto piccole come elettroni e fotoni. Al livello di queste scale subatomiche, la fisica opera in modi che confondono la nostra intuizione. Secondo la modellizzazione matematica di un giovane scienziato dell’Università del Queensland in Australia, basata sui postulati della dinamica classica, secondo cui disponendo di dati sullo stato di un sistema in un certo momento si può raccontare l’intera storia del sistema, viaggiare nel passato è possibile senza paradossi[16].

Lo scienziato studia gli effetti di determinati processi non casuali su più regioni del continuum spazio-temporale e mostra come curve chiuse simili al tempo possano essere conformi ai principi del libero arbitrio e della fisica classica[17]. Il suo lavoro dimostra che lo spazio-tempo può potenzialmente adattarsi per evitare i paradossi. In parole povere, se un viaggiatore nel tempo pensa di impedire o cambiare qualcosa con una qualsiasi azione, il sistema reagirà in modo tale che gli eventi si adegueranno per essere logicamente compatibili con qualsiasi azione intrapresa dal viaggiatore nel tempo, in modo da evitare paradossi e alterare il futuro. Non importa cosa si faccia o quanto ci si sforzi, gli eventi importanti si aggiusteranno per evitare qualsiasi incongruenza[18].

Un team dell’Università di Cambridge ha condotto un “esperimento di pensiero” che modifica gli eventi passati a posteriori, dimostrando un efficiente viaggio nel tempo, ma a livello quantistico[19]. Gli scienziati hanno utilizzato il principio dell’entanglement quantistico, un fenomeno che descrive lo stato di due o più oggetti quantistici, in cui le loro proprietà diventano interdipendenti a tal punto che diventa impossibile descrivere lo stato di ciascun oggetto separatamente, indipendentemente dalla distanza tra loro. Ciò significa che la modifica dello stato di uno degli “oggetti entangled” influisce istantaneamente sullo stato dell’altro oggetto, nonostante la distanza fisica che li separa[20].

La fisica quantistica è sempre un po’ confusa, questo fenomeno può essere compreso con l’esempio degli orologi da tasca. Per capire meglio, immaginate di aver condiviso una coppia di orologi da tasca che si confondono: una copia è in vostro possesso e l’altra l’avete inviata al vostro amico dall’altra parte del pianeta. Quando controllate l’ora sul vostro orologio e vedete che segna le 12:00, sapete immediatamente che anche l’orologio del vostro amico segnerà le 12:00, anche se la distanza tra gli orologi è enorme.

Nelle loro simulazioni, il team di ricerca ha dapprima modellato l’entanglement di due particelle e poi ha inviato una di esse ad essere utilizzata in un esperimento. Una volta completato l’esperimento, gli scienziati hanno avuto nuove informazioni che li hanno indotti ad agire in modo diverso. Invece di accontentarsi di un risultato insoddisfacente o di rifare completamente l’esperimento, hanno manipolato la seconda particella per modificare lo stato passato della prima e cambiare l’esito dell’esperimento. Anche questa simulazione di modifica del passato non è priva di errori, poiché l’esperimento modifica il passato con le nuove informazioni solo circa il 25% delle volte[21]. Quindi, in ogni caso, più spesso che mai.

Un risultato che è più che sufficiente, per chi promuove la ricerca scientifica, sia nel settore pubblico che in quello privato, specialmente nel campo militare, per investire energie, know-how e grosse somme economiche per proseguire in questa ricerca, la cui giustificazione ufficiale, nei paesi occidentali, è quella di trovare una soluzione per poter rendere possibili ed accessibili in tempi ragionevoli i viaggi interstellari[22].

Giocare con la luce

La fisica delle onde ha qualcosa da dire anche sui viaggi nel tempo. Ricercatori della City University di New York hanno dimostrato una svolta nella creazione di riflessi temporali basati sulla luce. La consueta riflessione spaziale della luce avviene quando il flusso luminoso incontra sul suo cammino materia con proprietà ottiche diverse da quelle dell’aria, che lo fanno riflettere, come una pallina da ping-pong che rimbalza su un muro. Ma se si modificano le proprietà ottiche non in punti specifici dello spazio, ma lungo tutto il percorso del fascio di luce, in un particolare momento, il flusso luminoso rimbalzerà nel tempo, ripetendo le sue tracce, come una pallina da ping-pong che ritorna all’ultimo giocatore che l’ha colpita, dimostrando così il concetto di riflessione temporale.

Gli scienziati hanno utilizzato un materiale speciale chiamato matemateriale, che consiste in array di barre o anelli microscopici[24] che possono essere configurati per interagire con la luce e manipolarla, modificando le proprietà ottiche del materiale in una frazione di nanosecondo. Un esempio di tali proprietà strutturali si trova anche in natura, ad esempio nell’iridescenza scintillante dell’ala di una farfalla. Utilizzando una guida d’onda che trasmette luce a microonde, gli scienziati hanno modificato dinamicamente le proprietà della guida d’onda, creando effetti di riflessione temporale.

Questo esperimento ha permesso di rilevare effetti insoliti, come il cambiamento del colore e della frequenza della luce e l’inversione delle componenti temporali. È come se ci si guardasse allo specchio ma si vedesse la parte posteriore della testa, che inoltre potrebbe apparire di un colore diverso. Lo studio osserva anche che i raggi di luce che si scontrano in questo processo si comportano in modo insolito. Normalmente, la luce si comporta come un’onda o un proiettile puntiforme. Questo esperimento ha dimostrato che nella riflessione temporale la luce può comportarsi in entrambi i modi, a seconda di come le onde si scontrano, dando agli scienziati la possibilità di controllare l’energia delle interazioni tra le onde. Questa ricerca ha potenziali implicazioni per lo sviluppo di nuove tecnologie e la comprensione di aspetti fondamentali della fisica, ma non ci proietta nel passato o nel futuro[25].

L’utilizzo di metamateriali e il gioco di effetti ottici aprono nuove possibilità nella fisica dell’interazione tra luce e materia. Gli scienziati dell’Imperial College di Londra sono riusciti a creare un analogo da laboratorio di un metamateriale che raccoglie e comprime i fotoni; questo tipo di compressore di fotoni condivide le caratteristiche dei buchi neri[26].

Un risultato stupefacente. Ciò nonostante, l’idea del viaggio nel tempo si regge su due pilastri: la relatività e la meccanica quantistica che, sebbene funzionino molto bene per alcuni aspetti dell’universo, sono incompatibili nel contesto del viaggio nel tempo. Quasi tutti gli esperimenti sono teorici e funzionano solo sulla carta sotto forma di formule e calcoli. È quindi importante rendersi conto che le nuove scoperte e i modelli teorici di interazione tra materia e spazio-tempo non significano che il viaggio nel tempo diventerà realtà. Certamente questi concetti hanno il potenziale per espandere la nostra comprensione della struttura del tempo, ma i passi effettivi verso il viaggio fisico nel tempo rimangono attualmente una questione di pura fantasia e di speculazione scientifica, piuttosto che una possibilità reale dimostrabile.

 

[1] https://medium.com/@ki90grq8y/è-il-viaggio-nel-tempo-possibile-4edff90f1fa5
[2] https://www.ixbt.com/live/offtopic/chetyrehmernaya-vselennaya-kak-ee-ponyat-i-kak-predstavit-chto-vremya-eto-prostranstvo.html
[3] https://medium.com/@ki90grq8y/è-il-viaggio-nel-tempo-possibile-4edff90f1fa5
[4] https://www.scientificamerican.com/article/time-travel-simulation-resolves-grandfather-paradox/
[5] https://www.amnh.org/exhibitions/einstein/time/a-matter-of-time
[6] https://www.bbc.com/future/article/20231110-doctor-who-is-time-travel-really-possible-heres-what-physics-says
[7] https://www.space.com/21675-time-travel.html
[8] https://www.popularmechanics.com/science/math/a20718322/building-a-time-machine/
[9] https://overclockers.ru/blog/Fantoci/show/114846/solnechnyj-zond-nasa-parker-ustanovil-esche-odin-rekord-skorosti-635-000-km-chas
[10] https://mir24.tv/news/16506175/fizik-priznal-puteshestviya-vo-vremeni-vozmozhnymi
[11] https://www.physicsoftheuniverse.com/topics_blackholes_wormholes.html
[12] https://www.livescience.com/what-are-wormholes
[13] https://www.livescience.com/wormholes-may-be-stable-after-all
[14] https://ru.sputnik.kg/20230409/legche-v-buduschee-chem-v-proshloe-paradoksy-puteshestviy-vo-vremeni-1074202249.html
[15] https://www.independent.co.uk/news/science/the-big-question-is-time-travel-possible-and-is-there-any-chance-that-it-will-ever-take-place-779761.html
[16] https://www.uq.edu.au/news/article/2020/09/young-physicist-squares-numbers%E2%80%99-time-travel
[17] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/aba4bc/pdf
[18] https://www.sciencealert.com/physicist-discovers-paradox-free-time-travel-is-theoretically-possible
[19] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.150202
[20] https://habr.com/ru/articles/765480/
[21] https://thedebrief.org/scientists-successfully-simulate-backward-time-travel-with-a-25-chance-of-actually-changing-the-past/
[22] https://www.quora.com/How-can-we-solve-the-problem-of-Interstellar-travel-time-and-distance-limitations-for-human-exploration-of-other-planets-in-our-Galaxy
[23] https://spectrum.ieee.org/time-reversal-interface
[24] A complex system of data: https://en.wikipedia.org/wiki/Array_(data_structure)
[25] https://www.scientificamerican.com/article/light-can-travel-backward-in-time-sort-of/ , https://www.nature.com/articles/s41567-023-01975-y.epdf?sharing_token=VdRKZY-D7oEepAbkw7kbIdRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0P-Y1zeDeMZfN0XstvlFFPW623hzPpIf8TQ2PzpcixbQoiW0atH7fNn9OhbtvBWndwFiU9NzNt2vqXs29TWwJ-qND8EypHgsNnqb38-RxBpB1oNk_11u81xb1KQ-Y3OP_IaAeRdfVJmhM6kb5Qxx5BcdioHqYLncqIohrObW9aaVIHPDKi4vYhAZzKn8PWpedA%3D&tracking_referrer=www.scientificamerican.com
[26] https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-7-724&id=477398