Capire se il tempo sia qualcosa di reale oppure soltanto il riflesso dei cambiamenti che avvengono attorno a noi è una di quelle domande che fa girare la testa anche ai fisici più navigati. Eppure adesso c’è chi ha provato a metterla alla prova in laboratorio, costruendo una specie di piccolo universo in miniatura. A firmare l’esperimento è Giovanni Barontini, professore di Fisica all’Università di Birmingham, che ha messo a punto un sistema capace di ordinarsi da solo grazie a una sorta di orologio nato dai suoi stessi mutamenti interni.
Il risultato non è banale. Offre per la prima volta una piattaforma concreta per testare alcune delle idee più discusse sull’origine del tempo nell’ambito della gravità quantistica. Una zona di confine dove le certezze tendono a sfumare e le equazioni iniziano a comportarsi in modo strano.
Per la maggior parte delle persone il tempo è una cosa scontata. Una corrente in cui galleggiamo, che va sempre avanti, da ieri verso domani, come una freccia tirata dritta. Lo sentiamo addosso perché segna fenomeni che non tornano indietro, la vita e la morte su tutti. È, prima di ogni cosa, un’esperienza mentale.
In fisica però la faccenda si complica parecchio. Su scala cosmica il tempo fa parte della struttura stessa della realtà. Secondo la teoria della relatività convive con lo spazio e, proprio come lui, si deforma sotto il peso della materia e dell’energia. Funziona come la cornice che mette in fila gli eventi e permette di capire cosa è venuto prima e cosa dopo.
Quando il tempo sparisce dalle equazioni
Il guaio arriva quando i fisici provano a descrivere l’intero universo con le teorie quantistiche della gravità. Lì il tempo sembra svanire dalle equazioni. I cambiamenti continuano ad accadere, ma nessun orologio esterno indica quando succedono. C’è perfino chi ha proposto che a mettere ordine in questi cambiamenti potrebbe essere l’evoluzione dell’entropia.
Due visioni che paiono contraddittorie e che, nonostante questo, descrivono con grande precisione i fenomeni che osserviamo. Da questa tensione tra il mondo quantistico e quello relativistico nasce l’ipotesi più inquietante di tutte. Forse il tempo non è affatto una proprietà fondamentale dell’universo, ma soltanto una conseguenza di come le cose cambiano.
Per mettere alla prova questa idea Barontini ha creato il suo universo tascabile usando un condensato di Bose Einstein composto da 24.000 atomi ultrafreddi. In questo stato bizzarro della materia gli atomi si comportano come fossero una sola entità quantistica. I ricercatori parlano di miniuniverso perché il sistema resta quasi del tutto isolato, evolve da solo e si divide in una zona osservabile e in una nascosta.
Un orologio costruito con l’entropia
Mentre gli atomi passavano da una regione all’altra, anche l’entropia cambiava. Invece di misurare l’evoluzione del sistema con uno strumento esterno, Barontini ha provato a ordinare gli eventi usando solo quei movimenti interni. E il sistema ce l’ha fatta a costruire una nozione coerente di tempo a partire dallo scambio di entropia tra le sue diverse zone. Da questo è nato quello che lui chiama tempo entropico, definito a partire dai cambiamenti dell’entropia a grana grossa del settore osservabile.
Stando al lavoro pubblicato su Physical Review Research, questo tempo interno avanza sempre nella stessa direzione e permette di mettere in ordine gli eventi anche quando il sistema si espande o si contrae. Non solo. Può accelerare, rallentare o addirittura fermarsi a seconda di come evolve l’entropia. In pratica la nuvola di particelle non ha avuto bisogno di nessun orologio esterno per registrare i propri cambiamenti.
Se l’ipotesi regge, il problema non è trovare l’orologio perfetto per misurare l’universo, ma capire come i cambiamenti generino l’illusione che ne esista uno. Per ora l’esperimento non scioglie questo nodo. Però dimostra che i fisici possono finalmente cominciare a indagarlo fuori dalle equazioni.