"Se uno facesse una domanda di assegno di ricerca per lavorare sui viaggi nel tempo, verrebbe immediatamente respinta, " scrive il fisico Stephen Hawking nel suo libro postumo Brevi risposte alle grandi domande . Lui aveva ragione. Ma aveva anche ragione sul fatto che chiedersi se sia possibile viaggiare nel tempo è una "domanda molto seria" che può ancora essere affrontata scientificamente.

Sostenendo che la nostra attuale comprensione non può escluderlo, falco, sembra, era cautamente ottimista. Allora dove ci lascia questo? Non possiamo costruire una macchina del tempo oggi, ma potremmo in futuro?

Cominciamo con la nostra esperienza quotidiana. Diamo per scontata la possibilità di chiamare i nostri amici e familiari ovunque si trovino nel mondo per scoprire cosa stanno facendo proprio adesso . Ma questo è qualcosa che in realtà non potremo mai sapere. I segnali che trasportano le loro voci e immagini viaggiano incomprensibilmente veloci, ma ci vuole ancora un tempo finito prima che quei segnali ci raggiungano.

La nostra incapacità di accedere all'"ora" di qualcuno lontano è al centro delle teorie dello spazio e del tempo di Albert Einstein.

Velocità della luce

Einstein ci ha detto che lo spazio e il tempo sono parti di una cosa – lo spaziotempo – e che dovremmo essere disposti a pensare alle distanze nel tempo quanto lo siamo le distanze nello spazio. Per quanto strano possa sembrare, rispondiamo volentieri "circa due ore e mezza", quando qualcuno chiede quanto dista Birmingham da Londra. Ciò che intendiamo è che il viaggio dura così tanto a una velocità media di 50 miglia all'ora.

Matematicamente, la nostra affermazione equivale a dire che Birmingham è a circa 125 miglia da Londra. Come scrivono i fisici Brian Cox e Jeff Forshaw nel loro libro Perché E=mc²?, tempo e distanza "possono essere scambiati usando qualcosa che ha la valuta di una velocità". Il salto intellettuale di Einstein è stato quello di supporre che il tasso di cambio da un tempo a una distanza nello spaziotempo sia universale - ed è la velocità della luce.

La velocità della luce è la più veloce che un segnale può viaggiare, mettendo un limite fondamentale su quanto tempo possiamo sapere cosa sta succedendo altrove nell'universo. Questo ci dà la "causalità" - la legge che gli effetti devono sempre venire dopo le loro cause. È una seria spina teorica nel fianco dei protagonisti che viaggiano nel tempo. Per me viaggiare indietro nel tempo e mettere in moto eventi che impediscono la mia nascita è anteporre l'effetto (io) alla causa (la mia nascita).

Ora, se la velocità della luce è universale, dobbiamo misurarlo per essere lo stesso – 299, 792, 458 metri al secondo nel vuoto, per quanto velocemente ci muoviamo noi stessi. Einstein si rese conto che la conseguenza del fatto che la velocità della luce è assoluta è che lo spazio e il tempo stessi non possono esserlo. E si scopre che gli orologi in movimento devono ticchettare più lentamente di quelli fissi.

Più veloce ti muovi, più lento ticchetta il tuo orologio rispetto a quelli che stai superando. La parola "relativo" è fondamentale:il tempo ti sembrerà passare normalmente. A tutti quelli che stanno fermi, però, sarai al rallentatore. Se dovessi muoverti alla velocità della luce, sembreresti congelato nel tempo – per quanto ti riguarda, tutti gli altri sarebbero in avanti veloce.

E se dovessimo viaggiare? Più veloce della luce, il tempo andrebbe a ritroso come ci ha insegnato la fantascienza?

Sfortunatamente, ci vuole energia infinita per accelerare un essere umano alla velocità della luce, figuriamoci oltre. Ma anche se potessimo, il tempo non sarebbe semplicemente tornato indietro. Anziché, non avrebbe più senso parlare di avanti e indietro. La legge di causalità verrebbe violata e il concetto di causa ed effetto perderebbe il suo significato.

wormholes

Einstein ci ha anche detto che la forza di gravità è una conseguenza del modo in cui la massa deforma lo spazio e il tempo. Più massa spremeremo in una regione di spazio, più lo spaziotempo è deformato e gli orologi vicini ticchettano più lentamente. Se spremiamo abbastanza massa, lo spaziotempo diventa così deformato che nemmeno la luce può sfuggire alla sua attrazione gravitazionale e si forma un buco nero. E se dovessi avvicinarti al bordo del buco nero - il suo orizzonte degli eventi - il tuo orologio ticchetta infinitamente lentamente rispetto a quelli lontani da esso.

Quindi potremmo deformare lo spaziotempo nel modo giusto per chiuderlo su se stesso e viaggiare indietro nel tempo?

La risposta è forse, e la deformazione di cui abbiamo bisogno è un wormhole attraversabile. Ma abbiamo anche bisogno di produrre regioni di densità energetica negativa per stabilizzarla, e la fisica classica del XIX secolo lo impedisce. La moderna teoria della meccanica quantistica, però, potrebbe no.

Secondo la meccanica quantistica, lo spazio vuoto non è vuoto. Anziché, è pieno di coppie di particelle che entrano ed escono dall'esistenza. Se riusciamo a creare una regione in cui possono entrare e uscire meno coppie rispetto a qualsiasi altro luogo, allora questa regione avrà densità di energia negativa.

Però, trovare una teoria coerente che combini la meccanica quantistica con la teoria della gravità di Einstein rimane una delle maggiori sfide della fisica teorica. Un candidato, la teoria delle stringhe (più precisamente la teoria M) può offrire un'altra possibilità.

La teoria M richiede che lo spaziotempo abbia 11 dimensioni:quella del tempo e tre dello spazio in cui ci muoviamo e altre sette, raggomitolato invisibilmente piccolo. Potremmo usare queste dimensioni spaziali extra per abbreviare lo spazio e il tempo? falco, almeno, era speranzoso.

Salvataggio della cronologia

Quindi il viaggio nel tempo è davvero una possibilità? La nostra attuale comprensione non può escluderlo, ma probabilmente la risposta è no.

Le teorie di Einstein non riescono a descrivere la struttura dello spaziotempo su scale incredibilmente piccole. E mentre le leggi della natura possono spesso essere completamente in contrasto con la nostra esperienza quotidiana, loro sono sempre autoconsistente – lasciando poco spazio ai paradossi che abbondano quando si scherza con causa ed effetto nella visione fantascientifica del viaggio nel tempo.

Nonostante il suo scherzoso ottimismo, Hawking ha riconosciuto che le leggi sconosciute della fisica che un giorno sostituiranno quelle di Einstein potrebbero cospirare per impedire a oggetti grandi come te e me di saltare casualmente (non causalmente) avanti e indietro nel tempo. Chiamiamo questa eredità la sua "congettura di protezione della cronologia".

Che il futuro abbia o meno in serbo macchine del tempo, possiamo consolarci con la consapevolezza che quando scaliamo una montagna o sfrecciamo in macchina, cambiamo il modo in cui scorre il tempo.

Così, questo "fingi di essere un giorno da viaggiatore nel tempo" (8 dicembre), ricordati che lo sei già, solo non nel modo in cui potresti sperare.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.