Immagina che il tempo stia scorrendo all'indietro. Le persone diventeranno più giovani, non più vecchie, e dopo una lunga vita di graduale ringiovanimento - dimenticando tutto ciò che sanno - muoiono da bambini. Abbiamo osservato un simile scorrere del tempo nell'eroe del romanzo di Francis Fitzgerald "La misteriosa storia di Benjamin Button". Ma, sorprendentemente, la direzione del tempo è anche una sfida per i cosmologi.
Allora perché il tempo va sempre avanti? Sarà sempre così?
Il tempo ha un inizio?
Qualsiasi concetto universale di tempo deve fondamentalmente essere basato sull'evoluzione del cosmo stesso. Quando guardi l'universo, vedi eventi accaduti in passato: ci vuole tempo prima che la luce delle stelle ci raggiunga. In effetti, anche la più semplice osservazione può aiutarci a capire il tempo cosmologico: ad esempio, il fatto che il cielo notturno sia scuro. Se l'universo avesse un passato infinito e fosse di estensione infinita, il cielo notturno sarebbe assolutamente luminoso, pieno della luce di un numero infinito di stelle nello spazio, che è sempre esistito.
Per molto tempo gli scienziati, incluso Albert Einstein, hanno pensato che l'universo fosse statico e infinito. Da allora le osservazioni hanno dimostrato che si sta effettivamente espandendo e accelerando. Ciò significa che deve provenire da uno stato più compatto, che chiamiamo Big Bang, il che implica che il tempo ha un inizio. In effetti, se stiamo cercando una luce abbastanza vecchia, potremmo persino vedere la radiazione relitta del Big Bang, il fondo cosmico a microonde. Questa consapevolezza è stata il primo passo per determinare l'età dell'universo.
Ma c'è un problema, la teoria della relatività speciale di Einstein mostra che il tempo è relativo: più velocemente ti muovi rispetto al tuo amico, più lento sarà per te rispetto alla sua percezione del tempo. Così, nel nostro universo di galassie in espansione, stelle in rotazione e pianeti in rotazione, l'esperienza del tempo sta cambiando: tutto il passato, il presente e il futuro sono relativi.
Esiste un tempo universale?
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Si scopre che poiché l'universo è in media lo stesso ovunque e in media ha lo stesso aspetto in tutte le direzioni, esiste il "tempo cosmico". Per misurarlo, tutto ciò che dobbiamo fare è misurare le proprietà del fondo cosmico a microonde. I cosmologi hanno usato questo per determinare l'età dell'universo; la sua era spaziale. Si scopre che l'universo ha 13,799 miliardi di anni.
Freccia del tempo
Quindi sappiamo che il tempo molto probabilmente è iniziato durante il Big Bang. Ma rimane una domanda: che cos'è il tempo?
Per trovare la risposta, dobbiamo guardare alle proprietà di base dello spazio e del tempo. Nella dimensione dello spazio puoi muoverti avanti e indietro; i passeggeri lo sperimentano ogni giorno. Ma il tempo è diverso, ha una direzione, vai sempre avanti e non viceversa. Allora perché la misurazione del tempo è irreversibile? Questo è uno dei principali problemi irrisolti in fisica.
Per spiegare perché il tempo stesso è irreversibile, dobbiamo trovare nella natura processi che siano anche irreversibili. Uno dei pochi concetti simili in fisica (e nella vita!) È che le cose diventano meno "pulite" nel tempo. Lo descriviamo usando una proprietà fisica chiamata entropia, che sta per qualcosa di ordinato.
Immagina una scatola di gas in cui tutte le particelle sono state inizialmente collocate in un angolo (uno stato ordinato). Nel tempo, tenderanno naturalmente a riempire l'intera scatola (stato disordinato) e ci vuole energia per riportare le particelle a uno stato ordinato. È irreversibile, è come rompere un uovo per fare una frittata: una volta che si decompone e riempie la padella, non torna più a forma di uovo. È lo stesso con l'universo: mentre si evolve, l'entropia totale aumenta.
Si scopre che l'entropia è un ottimo modo per spiegare la freccia del tempo. E mentre l'universo può sembrare più ordinato, non meno - passando da un mare selvaggio di gas caldo distribuito in modo relativamente uniforme nelle sue fasi iniziali a stelle, pianeti, persone e articoli sul tempo - è ancora possibile che stia crescendo in disordine. Questo perché la gravità, associata a grandi masse, può trascinare la materia in stati apparentemente ordinati - con il disordine crescente che pensiamo avrebbe dovuto verificarsi, è in qualche modo nascosto nei campi gravitazionali. Quindi il disturbo può crescere anche se non lo vediamo.
Ma data la tendenza della natura a favorire il disordine, perché l'universo è iniziato in uno stato così ordinato? Questo è ancora considerato un mistero. Alcuni ricercatori sostengono che il Big Bang potrebbe non essere stato nemmeno l'inizio, infatti, potrebbero esserci "universi paralleli" in cui il tempo scorre in direzioni diverse.
Il tempo finirà?
Il tempo ha avuto un inizio, ma se avrà una fine dipende dalla natura dell'energia oscura che lo fa espandere a un ritmo accelerato. La velocità di questa espansione potrebbe eventualmente fare a pezzi l'universo, costringendolo a finire nel Grande Squarcio; in alternativa, l'energia oscura potrebbe decadere, invertendo il Big Bang e ponendo fine all'Universo in una grande compressione; o l'universo potrebbe espandersi per sempre.
Ma qualcuno di questi scenari futuri finirà nel tempo? Ebbene, secondo le strane regole della meccanica quantistica, minuscole particelle casuali possono momentaneamente cadere dal vuoto - qualcosa che viene costantemente osservato negli esperimenti di fisica delle particelle. Alcuni sostengono che l'energia oscura possa causare tali "fluttuazioni quantistiche", creando un nuovo Big Bang, ponendo fine alla nostra linea temporale e iniziando una nuova. Anche se questo è estremamente speculativo e altamente improbabile, sappiamo che solo quando capiremo l'energia oscura conosceremo il destino dell'universo.
Allora qual è il risultato più probabile? Il tempo lo dirà.
