Le macchine del Tempo

Evoluzione delle Teorie sui viaggi nel tempo

Il tempo, come abbiamo visto, è sempre stato uno degli aspetti principali della cultura umana. Poter prevedere eventi futuri o poter modificare eventi passati sono state due delle massime aspirazioni dell'uomo. Conseguenza 'naturale' di queste due aspirazioni è il sogno del viaggio nel tempo.

Sotto l'aspetto culturale sono molte le opere che si sono interessate a questo tema. Gli autori hanno, tuttavia, preferito analizzare, i problemi che l'eventuale viaggio potrebbe comportare, i cosiddetti paradossi temporali.

Uno dei primi classici esempi del genere è forse A Christmas Carol di Charles Dickens (1843) dove il protagonista guidato dal fantasma del Natale scopre la misera condizione del proprio futuro e può crearsi delle nuove possibilità modificando degli elementi del suo presente.

La prima macchina per la sospensione animata fu ideata, invece,  da H.G. Wells in When the Sleeper Awakes (1898).

Sempre da H. G. Wells viene la possibilità di realizzare un diverso tipo di viaggio nel tempo: il viaggiatore rallenta o ritarda il proprio invecchiamento rispetto al resto dell'umanità, 'The New Accelerator' (1901). 

Il concetto fu poi usato da Philip Francis Nowlan per inviare Anthony 'Buck' Rogers nel XXV secolo ('Armageddon 2419', Amazing, 1928).

Va detto, comunque, che Wells non fu il primo a pensare ad una macchina del tempo in quanto alcuni anni prima Edward Page Mitchell in 'Clock That Went Backward' (1881) immaginò un mezzo di trasporto nel viaggio temporale (un orologio rotto che se caricato all'indietro trasportava i protagonisti indietro nel tempo).

I fisici, tuttavia, sono rimasti a lungo interdetti per il fatto che due 'frecce del tempo' distinte puntino entrambe nella stessa direzione. Nel mondo di tutti i giorni le cose si logorano: le tazze cadono dal tavolo e si rompono, ma le tazze rotte non si riassemblano mai spontaneamente.

Alcuni anni fa, Thomas Gold suggerì che queste due frecce potrebbero essere collegate. Il che vuol dire che se e quando l'espansione dell'Universo dovesse invertirsi, allora si invertirebbe anche la freccia quotidiana del tempo, con le tazze rotte che si riassemblerebbero.

Queste idee sono state estese nella fisica quantistica. Qui la freccia del tempo è collegata al cosiddetto 'collasso della funzione d'onda', che avviene, per esempio, quando l'onda di un elettrone si sposta attraverso il tubo catodico e collassa in una particella punto sullo schermo TV.

La soluzione Kerr

Secondo le equazioni della teoria generale della relatività di Albert Einstein non c'è niente nelle leggi della fisica a vietare il viaggio nel tempo. Potrebbe essere estremamente difficile metterlo in pratica, ma non è impossibile.

Suona come fantascienza, ma la cosa è presa in modo così serio dai relativisti che alcuni di loro hanno proposto che ci deve essere una legge di natura per prevenire il viaggio temporale e di conseguenza prevenire i paradossi che ne conseguono, anche se nessuno ha una benché minima idea su come possa operare una tale legge.

Il paradosso classico, naturalmente, accade quando una persona viaggia indietro nel tempo e fa qualche cosa per prevenire la propria nascita (uccidere la propria nonna da bambina, nell'esempio più sanguinario, o semplicemente accertandosi che i propri genitori non si mettano mai assieme, come in Ritorno al futuro). Questo va contro ogni logica, dicono gli scettici e perciò deve esserci una legge che gli si opponga. Più o meno si tratta dello stesso argomento che era usato per provare che il viaggio spaziale è impossibile.

E allora, che cosa ci dicono le equazioni di Einstein se spinte al limite? Come è facilmente ipotizzabile la possibilità del viaggio temporale coinvolge quelli che sono gli oggetti più estremi, i buchi neri. E poiché la teoria di Einstein è una teoria dello spazio e del tempo, non dovrebbe esserci sorpresa alcuna se i buchi neri offrono, in principio, un modo per viaggiare attraverso lo spazio, ma anche attraverso il tempo. Un buco nero comune (Buco Nero di Schwarzschild), comunque, non funzionerebbe. Se un tale buco nero si fosse formato da un grumo di materiale non rotante, se ne starebbe semplicemente nello spazio ad inghiottire tutto ciò che gli arriva a tiro. Al cuore di un tale buco nero c'è un punto conosciuto come singolarità, un punto dove spazio e tempo cessano di esistere e la materia è compressa fino ad una densità infinita.

Ma negli anni '60 il matematico neozelandese Roy Kerr scoprì che le cose sono differenti se il buco nero è rotante o è carico elettricamente. Si forma pur sempre una singolarità, ma sotto forma di anello. Aggiungendo carica elettrica ad un buco nero lo si fornisce di un secondo campo di forza in aggiunta alla gravità. Poiché cariche dello stesso segno si respingono, questo campo elettrico agisce in senso opposto alla gravità, cercando di far esplodere il buco nero e non spingendolo ad essere più stretto in se stesso. La rotazione fa all'incirca la stessa cosa. C'è una forza in entrambi i casi che si oppone allo sforzo verso l'interno della gravità. In principio sarebbe possibile immergersi in un buco nero di questo tipo e passare attraverso l'anello per emergere in un altro luogo ed in un altro tempo. Questa 'soluzione Kerr' è stato il primo esempio matematico di macchina del tempo, ma allora nessuno la prese sul serio.

Accanto alla soluzione Kerr sono permessi altri tipi di macchine del tempo da buchi neri, come 'wormhole', in cui un buco nero in un determinato luogo e tempo è connesso ad un buco nero in un altro luogo e un altro tempo (o allo stesso luogo in un tempo differente) attraverso una 'gola'.

Avvantaggiandosi della teoria speciale della relatività di Einstein, che afferma che il tempo scorre lento per un oggetto in movimento, un'astronave viene poi spedita in un lungo e veloce viaggio e poi riportata indietro: il tempo trascorrerebbe in modo diverso ai due capi del wormhole, e chiunque cadrebbe in uno dei due capi verrebbe spinto istantaneamente nel passato o nel futuro. E tutto questo, è bene sottolineare, è stato pubblicato da scienziati seri su riviste del calibro di Physical Review Letters.

La Teoria Quantistica e l'interpretazione dei mondi paralleli

Nel 1895, il classico The Time Machine (La macchina del tempo) di Wells fu pubblicato per la prima volta. E 10 anni dopo, Einstein descriverà il tempo come 'la quarta dimensione'.

Va ricordato, tuttavia, che fu Wells che scrisse per primo, in The Time Machine, che 'non c'è differenza tra il Tempo e una qualsiasi delle tre dimensioni dello Spazio, tranne che la nostra coscienza si sposta lungo di esso'. Certo c'è una profonda differenza tra Wells e Einstein, tuttavia, ben 10 anni prima di Einstein, un'altra persona aveva in mente le sue stesse teorie.

Col diffondersi della Teoria della Relatività, altri fisici furono incoraggiati ad esporre pubblicamente le proprie idee. I lavori portarono alla crescita di numerose investigazioni sul viaggio temporale, con un culmine tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90. Tuttavia, in tutte c'è un ostacolo. Sembra che non si possa usare una macchina del tempo per tornare ad un tempo precedente a quello in cui è stata costruita la macchina del tempo. Si può andare dovunque nel futuro e tornare laddove si è partiti, ma non oltre. Il che spiega in modo abbastanza pulito il perché nessun viaggiatore temporale dal nostro futuro non ci abbia ancora fatto visita: perché la macchina del tempo non è stata ancora inventata!

Ci sarebbe, tuttavia, un'uscita a tutte le difficoltà. Investe l'altra grande teoria della fisica del XX secolo, la meccanica quantistica e un'altra idea cara alla fantascienza, i mondi paralleli. Sono le 'storie alternate', in cui, per esempio, Hitler non è mai salito a potere.

Secondo un'interpretazione della teoria quantistica (ci sono però altre interpretazioni), ognuno di questi mondi paralleli è reale quanto il nostro e c'è una storia alternata per ogni possibile risultato di ogni decisione che sia mai stata presa. Le storie alternate si diramano da punti di decisione, biforcandosi infinitamente come i rami e i ramoscelli di un albero infinito. Per quanto possa suonare bizzarra, questa idea viene presa seriamente da una manciata di scienziati.

Se vai indietro nel tempo e impedisci la tua nascita la cosa non ha alcuna importanza, in quanto da questa decisione crei una nuova diramazione della realtà in cui non sei mai nato. Quando ritorni avanti nel tempo, ti muovi lungo il nuovo ramo e scopri che non sei mai esistito, in quella realtà, ma poiché sei comunque nato e hai costruito la macchina del tempo nella realtà della porta accanto, non c'è alcun paradosso.

Il Wormhole di Sagan

Un nome degno di nota, nel cammino verso le teorie sul viaggio nel tempo, è senz'altro l'astronomo Carl Sagan, che nell'estate del 1985 stava scrivendo un romanzo di fantascienza e chiese al relativista Kip Thorne, di presentarsi con qualche invenzione scientifica che apparisse plausibile per 'spiegare' lo stratagemma letterario di un wormhole.

Il romanzo di Sagan, Contact, nel 1986, conteneva un passaggio che suonava come una pura sciocchezza fantascientifica ma che era una descrizione di scienza seria e fattuale di un wormhole dello spaziotempo.

Naturalmente sapeva che era impossibile viaggiare più veloce della luce e sapeva anche che esisteva una convenzione comune nella fantascienza che permetteva agli scrittori di usare l'espediente di una scorciatoia attraverso l'hyperspazio come mezzo per aggirare questo problema. Ma poiché era un scienziato, Sagan desiderava per il suo romanzo qualcosa che potesse sembrare più sostanziale di questo espediente.

Lo stesso Einstein, lavorando a Princeton con Nathan Rosen negli anni '30, aveva scoperto che le equazioni della relatività rappresentava proprio un buco nero come un ponte tra due regioni dello spaziotempo piatto: un 'ponte Einstein-Rosen'.

Per attraversare un ponte Einstein-Rosen da un universo all'altro, tuttavia, un viaggiatore dovrebbe spostarsi in una certa parte del viaggio in modo più veloce della luce. E c'è un altro problema con questo tipo di wormhole: è instabile

Il wormhole stesso non esiste neppure per un tempo sufficiente a che la luce passi da un universo all'altro. In effetti la gravità sbarra le porte tra gli universi. Rivoltarsi per tornare lungo la via da dove si arriva comporterebbe il fatto di viaggiare più veloci della luce.

La gravità continua a cercar di far chiudere la porta aperta sugli altri universi, tuttavia, se il buco nero è rotante (Soluzione Kerr), invece, il campo elettrico, o la rotazione, mantiene aperta la porta per farvi passare attraverso dei viaggiatori. Ma questa, purtroppo, è una porta a senso unico: non si può tornare nell'universo da cui si è iniziato.

C'è, inoltre, un altro problema con questi wormhole. Infatti, un oggetto in accelerazione, secondo la teoria generale della relatività, genera delle increspature nello spazio-tempo conosciute come onde gravitazionali. Le Onde Gravitazionali non sono mai state osservate e rappresentano solo delle ipotesi avanzate da molti scienziati.

In virtù di questo, se esistesse un wormhole naturale attraversabile, sembrerebbe essere instabile alla più piccola perturbazione, incluso il disturbo causato da un qualsiasi tentativo di attraversarlo.

E' possibile, teoricamente, risolvere questo problema, occupandoci da dove vengono fuori i wormhole.

Il modo in cui Thorne affrontò il problema posto da Sagan era opposto a quello in cui tutti prima di loro avevano pensato ai buchi neri. Invece di considerare alcune specie di oggetti conosciuti nell'Universo, come una stella morta o una quasar, e cercare di immaginare cosa potesse accadere ad esse, iniziò col costruire la descrizione matematica di una geometria che descrivesse un wormhole attraversabile e poi usarono le equazioni della teoria generale della relatività per immaginare quale tipo di materia e di energia sarebbe associata ad uno spaziotempo di questo tipo.

Ciò che trovarono va considerato con qualche forzatura. La gravità, una forza d'attrazione che spinge a stare assieme la materia, tende a creare delle singolarità e a staccare la gola di un wormhole. Le equazioni dicono che allo scopo di tenere aperto un wormhole la sua gola deve essere infilata da una qualche forma di materia, o da qualche forma di campo, che generi una pressione negativa e che abbia associata a se l'antigravità. La chiave di tutto sta, quindi, nell'antigravità, ipotizzata dal fisico olandese Casimir, che permette a un wormhole di essere sempre stabile.

Restano, tuttavia, ancora 2 problemi:

Trovare un modo per fare un wormhole che sia largo abbastanza per farci passare attraverso

della gente (e delle navi spaziali).

2. Evitare che i viaggiatori risultino completamente immuni dagli effetti di un wormhole.

I problemi di sopravvivenza all'interno di un buco nero sono causati essenzialmente dall'elevata variazione della forza di gravità rispetto alla distanza.

In altre parole, poiché la forza di gravità varia in maniera inversa rispetto al quadrato della distanza tra i centri delle masse in gioco, una volta giunto in prossimità della singolarità, il corpo dell'astronauta (supponendo per semplicità che egli cada 'in piedi' con le estremità inferiori dirette verso la singolarità) sarà soggetto a forze gravitazionali molto diverse tra i piedi e la testa. Pertanto, ad un certo punto, le sue estremità inferiori si troveranno molto più vicine al centro della singolarità (e quindi soggette a un'accelerazione maggiore) rispetto alla testa, e di conseguenza su di esse verrà esercitata una forza gravitazionale molto maggiore. Per questo motivo l'esploratore verrà 'stirato' come uno spaghetto, e la cosa non gli lascerà molto scampo. Malgrado ciò, nel caso in cui abbia scelto il buco nero in cui buttarsi, prendendone in considerazione uno con una massa sufficientemente elevata, diciamo 100 milioni di volte il Sole, l'astronauta avrà la possibilità di sopravvivere per qualche minuto all'interno dell'orizzonte degli eventi.

Altre Teorie.. Stringhe e Crononi

Bisogna dire che esistono numerose altre teorie che consentono, almeno in teoria, il viaggio nel tempo.

Ad esempio esiste quella su quei misteriosi lunghissimi oggetti aventi un diametro di 10^-29 cm e una densità di 10²² g/cm, chiamati stringhe cosmiche.

Secondo Richard Gott dell'università di Princeton basterebbe prenderne due e metterle in movimento in direzioni opposte ad altissima velocità, per creare cammini temporali chiusi in grado di far viaggiare nel tempo.

C'è poi la suggestiva teoria dei Crononi, particelle di tempo che definiscono il più piccolo intervallo di tempo definibile (10^-24 secondi, calcolati come il tempo che impiega la luce per attraversare la distanza più piccola che si conosca) e che potrebbero essere utilizzate per intervenire direttamente sul tempo.