L’autrice del presente studio Joan Vaccaro, professoressa associata presso il Centre for Quantum Dynamics dell’Università di Griffith. Credit: Griffith University
Uno studio recente condotto da una ricercatrice del Centre for Quantum Dynamics dell’Università di Griffith sta aprendo nuove prospettive sui concetti di spazio e tempo. Nel suo articolo, pubblicato su Proceedings of the Royal Society A, Joan Vaccaro lancia una sfida all’ormai assodata assunzione secondo cui l’evoluzione del tempo è in definitiva un elemento che fa parte della natura.
Più di un secolo fa, Einstein introdusse nuove e rivoluzionarie argomentazioni sullo spazio e il tempo. Se noi pensiamo che essi siano due entità assolute, distinte e separate, come lo erano di fatto per Newton, spazio e tempo diventano con la teoria della relatività speciale un’unica entità: stiamo parlando dello spaziotempo quadridimensionale, nel quale esiste l’Universo e dove noi viviamo e ci muoviamo. Più tardi, Einstein estese questi concetti nella sua teoria della relatività generale includendo gli effetti della gravità, un lavoro durato circa dieci anni che venne pubblicato nel 1916: qui la gravità viene descritta come la curvatura, o la distorsione, della geometria dello spaziotempo in presenza di corpi dotati di grande massa, un’idea considerata folle per quell’epoca ma che più tardi fu dimostrata vera.
Oggi, però, occorre ancora rispondere ad alcune domande: che cos’è il tempo e qual è la sua origine al livello più fondamentale? Media INAF lo ha chiesto direttamente a Joan Vaccaro: “Il tempo è una dimensione analoga alle tre dimensioni spaziali. Così come esistono due direzioni in ciascuna dimensione dello spazio, allo stesso modo abbiamo due direzioni per il tempo. Ma la cosa strana è che la natura sembra trattare tutte le direzioni nello spazio senza alcuna preferenza mentre è alquanto diverso nel caso delle due direzioni del tempo, cioè passato e futuro. In altre parole, possiamo considerare a parte le due direzioni del tempo”.
Nel suo lavoro, che ha per titolo Quantum asymmetry between time and space, Vaccaro suggerisce che potrebbe esistere un’origine ancora più profonda dovuta ad una differenza tra le due direzioni del tempo: passato e futuro. “Se vogliamo sapere da dove si è originato il nostro Universo e dove sta andando, abbiamo bisogno di conoscere il tempo”, spiega Vaccaro. “Nel corso degli ultimi 50 anni, gli esperimenti di fisica delle particelle hanno mostrato che la natura non tratta allo stesso modo le due direzioni del tempo”.
“Lo scopo della mia ricerca”, continua l’autrice, “è quello di cercare alcuni particolari indizi che siano riconducibili ad uno strano fenomeno, chiamato violazione T, ossia la simmetria delle leggi fisiche sotto una trasformazione per inversione temporale, che si osserva nei processi di decadimento di alcune particelle subatomiche, cioè i mesoni K e B. Queste particelle si comportano in maniera leggermente diversa rispetto alla direzione del tempo. Se introduciamo questo sottile comportamento in un modello, ciò che vediamo è che dal momento in cui ha origine l’universo, fissato ad un certo istante, esso poi procede continuamente la sua evoluzione. In altre parole, è questo piccolissimo comportamento che fa evolvere l’universo in avanti nel corso del tempo. Comprendere perciò in che modo avviene l’evoluzione temporale ci permette di aprire una nuova finestra sulla natura fondamentale del tempo stesso. Forse, potremmo capire ancora meglio alcune idee bizzarre, come ad esempio i viaggi nel tempo”.
Secondo l’autrice, esisterebbe una asimmetria tra lo spazio e il tempo nel senso che i sistemi fisici inevitabilmente evolvono nel corso del tempo mentre non c’è alcuna corrispondente traslazione nello spazio. “Oltre al processo di violazione T, tutte le leggi della dinamica sono simmetriche rispetto all’inversione della direzione del tempo”, fa notare Vaccaro. Questa asimmetria, che è stata assunta per lungo tempo come elemento fondamentale, è rappresentata dalle equazioni del moto e dalle leggi di conservazione che operano in modo differente nel tempo e nello spazio. Tuttavia, Vaccaro ha utilizzato nel suo studio un particolare formalismo che tiene conto di tutte le possibili storie evolutive per dimostrare l’esistenza di una eventuale simmetria tra lo spazio e il tempo, un risultato che implicherebbe una revisione dell’attuale concetto di evoluzione del tempo.
“Se pensiamo alla connessione tra lo spazio e il tempo, è molto più facile comprendere lo spazio perché è semplicemente là. Ma il tempo ci forza per sempre a muoverci verso il futuro”, dice Vaccaro. “E ancora, mentre ci muoviamo davvero verso il futuro, c’è sempre qualche movimento all’indietro, come una sorta di oscillazione avanti e indietro, ed è proprio questo movimento che voglio misurare mediante lo studio dei mesoni K e B”. Secondo l’autrice, questo lavoro fornisce infine una soluzione all’origine della dinamica, un tema che ha lasciato perplessi gli scienziati per lungo tempo.”I miei risultati”, conclude Vaccaro, “suggeriscono che la violazione T è responsabile della dinamica e del fatto che la natura preferisca una direzione del tempo verso il futuro”.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su Proceedings of the Royal Society A: Quantum asymmetry between time and space