Il tempo, per come lo viviamo nella vita di tutti i giorni, sembra scorrere irreversibilmente dal passato verso il futuro. Eppure, a livello fondamentale, le leggi della fisica non mostrano una netta preferenza per una direzione temporale: che i fenomeni si svolgano “avanti” o “indietro” nel tempo, le equazioni di base rimangono invariate. Ora, un gruppo di ricercatori dell’Università del Surrey ha studiato come, in determinate condizioni, possano emergere addirittura due “frecce del tempo” opposte a partire da processi quantistici.
Il paradosso della freccia temporale
Per spiegare perché nella nostra esperienza quotidiana il tempo sembra scorrere in un’unica direzione, spesso si fa ricorso all’idea dell’entropia: un sistema isolato tende spontaneamente a passare da configurazioni più ordinate a configurazioni più disordinate. È il classico esempio del bicchiere di latte che cade e si rovescia sul tavolo: osservandolo, è chiaro che il processo è irrimediabilmente avvenuto “in avanti”. Se vedessimo il latte raccogliersi da solo e rientrare nel bicchiere, penseremmo immediatamente a un film mandato in reverse.
D’altra parte, la fisica microscopica – quella che governa i singoli atomi e particelle – sembra molto più simile al moto di un pendolo: se guardassimo un pendolo oscillare all’indietro, saremmo tranquillamente portati a credere che il tempo scorra in modo altrettanto plausibile in quella direzione. Ecco dunque la discrepanza: perché, se a livello fondamentale il tempo può muoversi in entrambe le direzioni, la nostra realtà macroscopica è dominata da un’unica freccia?
L’ambito quantistico e i sistemi aperti
Il gruppo di ricerca si è concentrato sullo studio di un sistema quantistico aperto, ovvero un sistema che interagisce con un ambiente esterno molto esteso. In genere, si assume che l’ambiente sia così vasto da assorbire energia e informazione senza restituirle indietro, un po’ come una “riserva infinita”. Questa rappresentazione risulta utile per semplificare i calcoli e comprende molti fenomeni reali, dove l’ambiente è sostanzialmente l’intero universo al di fuori del sistema considerato.
Applicando questa semplificazione, gli scienziati hanno voluto scoprire se l’emergere di un’unica freccia del tempo – quella che noi percepiamo – fosse conseguenza dell’interazione con l’ambiente. A sorpresa, anche in presenza di queste assunzioni, le equazioni che descrivono il comportamento del sistema quantistico restano simmetriche rispetto allo scorrere del tempo. In altre parole, matematicamente, il fenomeno appare ugualmente valido se il tempo va in avanti o all’indietro.
Il ruolo inaspettato del “fattore discontinuo”
Una parte cruciale dello studio consiste nell’analisi di un elemento chiamato “nucleo di memoria” (memory kernel), un termine che descrive come il sistema quantistico “ricorda” il proprio passato durante l’evoluzione temporale. In questo lavoro, gli scienziati hanno evidenziato un dettaglio spesso trascurato: nelle equazioni compariva un fattore discontinuo che assicura la conservazione della simmetria temporale, consentendo appunto la possibilità di due frecce del tempo opposte.
L’emergere di un fattore di questo tipo è piuttosto singolare nel contesto delle equazioni fisiche, solitamente continue e prive di salti improvvisi. Eppure, proprio questa peculiarità sembra garantire che, almeno a livello quantistico, l’irreversibilità del tempo non sia sancita dalle leggi fondamentali ma sia, in qualche modo, un effetto della nostra percezione o di scale macroscopiche.
Prospettive e implicazioni
Lo studio aggiunge un nuovo tassello al dibattito sul mistero del tempo e su come possa scorrere in modo apparente e irreversibile nella nostra realtà, pur rimanendo reversibile a livello delle leggi fondamentali. Le implicazioni di questa ricerca si estendono non solo alla meccanica quantistica, ma anche alla cosmologia e a tutto il quadro teorico che descrive l’evoluzione dell’universo.
Comprendere la vera natura del tempo potrebbe portarci a rivedere alcune delle nostre convinzioni più consolidate. Se, in condizioni particolari, possono emergere due frecce temporali contrapposte, allora si aprono nuove domande: potrebbe esistere un universo in cui il tempo fluisce al contrario? E, soprattutto, come conciliare questa visione con la nostra esperienza di quotidiana e ineluttabile avanzata temporale?
Per ora, la ricerca resta nel campo delle teorie e delle simulazioni matematiche, ma i risultati promettono di ispirare ulteriori studi sia sperimentali sia concettuali, per cercare di capire dove, come e perché il tempo si cristallizzi in un’unica direzione. Una cosa è certa: dietro la nostra percezione del tempo potrebbe celarsi una realtà quantistica ben più sfaccettata di quanto immaginiamo.
Stefano Camilloni
