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sabato 1 agosto 2015

La freccia del tempo


L'astrofisico Arthur Eddington nel 1927, fu il primo a definire "freccia del tempo" , lo "strano" comportamento del tempo... Infatti, che si tratti della relatività, di gravitazione di Newton, della meccanica quantistica o di altre leggi della fisica , le  equazioni che regolano il nostro universo funzionano indipendentemente dalla direzione in cui scorre il tempo, si definiscono infatti "tempo-simmetriche". Ovviamente nella nostra percezione quotidiana tutto ciò non avviene e siamo portati a definire una
 direzione in cui scorre il tempo, altrimenti perchè possiamo ricordare il passato ma non il futuro? O perchè invecchiamo anzichè ringiovanire? Un fenomeno che il fisico Stephen Hawking ha chiamato la freccia
"psicologica" del tempo. La risposta di Sir A.Eddington fu che si tratta di una proprietà emergente della termodinamica . Ciò che percepiamo come freccia del tempo è in realtà  solo l'inesorabile riarrangiamento di stati altamente ordinati in inutili configurazioni  casuali , si tratta di una conseguenza della seconda legge della termodinamica.

Tutti ricorderanno che questa legge riguarda l'entropia e dice che in sistema chiuso ( e il nostro universo lo è) il disordine - l'entropia appunto - può solo tendere ad aumentare , proprio in virtù del fatto che esistono molti più stati disordinati che ordinati . Ad esempio se prendiamo un mazzo di carte e lo lanciamo in aria, ci sono molti stati in cui il mazzo di carta possa ricadere  rispetto allo stato in cui ricada in terra tutto impilato .
Quindi La ragione per questo aumento di entropia puo’ essere dedotta da un semplice argomento di tipo probabilistico: un sistema puo’ assumere, in generale, molti più stati disordinati di quanti non siano gli stati ordinati, quindi un sistema che cambia randomicamente stato avrà più probabilità di ritrovarsi in uno disordinato.

Il perché vediamo una freccia del tempo per quanto riguarda i processi macroscopici é stato per lungo tempo un enigma per i fisici e l'idea che le nostre scelte attualmente possano influenzare gli eventi in futuro, ma non nel passato si riflette nelle regole della teoria quantistica standard come principio che i teorici quantistici chiamano  "causalità". Il principio di causalità nasce dall'idea che i fenomeni si susseguano unicamente in un processo di causa-effetto, e tutto ciò che non risponde a questa legge è
 dovuto al caso. quindi, in definitiva, l’aumento di entropia nel nostro mondo ordinato é una della ragioni che ci fa sentire un’apparente “freccia del tempo”. Ma se tutti i processi fisici sembrano essere tempo reversibili al loro livello fondamentale, ci potremmo chiedere “Perché non ricordiamo il futuro?”

 Dopo tutto, possiamo ricordarci del passato, e la fisica non sembra fare nessuna distinzione fra passato, presente e futuro. Quindi perché non abbiamo già conoscenza di quello che ci succederà nel futuro?  La ragione per la quale non possiamo ricordare il futuro é che non abbiamo ancora ricevuto nessuna informazione sugli eventi futuri,ci vuole tempo per un raggio di luce, composta da fotoni, per trasportare  informazioni e per raggiungerci da un evento distante.

Questo principio è definito come freccia del tempo radiante o anche detto" freccia del tempo elettromagnetica". Le equazioni di Maxwell sui campi elettromagnetici sono tempo-reversibili, e quindi valide sia per onde avanzate (che si muovono indietro  nel tempo), sia per onde ritardate (che si muovono avanti nel tempo), Albert Einstein riteneva che il processo fosse simmetrico e si scopri’ che é più facile creare un raggio  di luce nella direzione dritta del tempo poiché il comportamento dei suoi miliardi di fotoni quando vengono prodotti  e dispersi puo’ essere capito in termini di entropia  crescente: “Questa freccia é stata rovesciata in esperimenti ben congegnati che hanno creato onde convergenti, quindi questa freccia deriva probabilmente dalla freccia termodinamica, in quanto le condizioni per produrre un’onda convergente richiedono più ordine rispetto alle condizioni per un’onda radiante.

Messa in altri termini, la probabilità di avere condizioni iniziali che producano onde convergenti é molto minore rispetto alla probabilità di avere condizioni iniziali che producano onde radianti.  In effetti, normalmente un’onda radiante aumenta l’entropia, mentre un’onda convergente la fa decrescere” ( Wikipedia sulla Freccia del Tempo).
 Quindi, la ragione per la quale non vediamo onde convergenti puo’ essere spiegata in termini di entropia.
Fonte: Arxiv