Marty e Albert riflettono sulla complessità del viaggio nel tempo. UNIVERSALE/SHIRLAINE FORREST/BETTMANN/GETTY

Riusciremo mai a viaggiare nel tempo? Bene, secondo una nuova teoria matematica, potrebbe essere possibile, supponendo di poter trovare della materia esotica.

Da quando H.G. Wells ha reso popolare il concetto di macchina del tempo con il suo romanzo del 1895, la cultura popolare è stata affascinata dall'idea di costruire una macchina che potesse magicamente passare attraverso la storia. Quando Wells scrisse "La macchina del tempo, "La scienza ha visto il tempo come un fiume implacabile, scorrendo sempre avanti a un ritmo costante.

Quindi, più di 20 anni dopo, Albert Einstein ha ribaltato la nostra visione dell'universo presentando al mondo la sua rivoluzionaria teoria della relatività generale. Ad un tratto, ci siamo resi conto che lo spazio e il tempo non erano così rigidi come prevedevano le teorie classiche. Nell'universo di Einstein, spazio e tempo sono unificati per creare lo spaziotempo e può essere deformato, piegato e persino creare increspature, un fenomeno noto come onde gravitazionali.

La relatività generale ha aperto le porte alle possibilità di viaggiare nel tempo. Nel 1949, il matematico Kurt Gödel presentò ad Einstein il primo modello matematico all'interno del quale un universo rotante può consentire il viaggio nel tempo. Più recentemente, fisici come Kip Thorne hanno proposto l'uso di wormhole (un'altra previsione della relatività generale) per facilitare il viaggio nel tempo.

Nel 2013, Ben Tippett e il collega David Tsang hanno formulato un modello matematico per i viaggi nel tempo. Il metodo si chiamava TARDIS.

Certo, il nome "TARDIS" - un acronimo per domini retrogradi acausali attraversabili nello spazio-tempo - non era una coincidenza.

"Il mio lavoro su questo è iniziato proprio intorno al 50° anniversario di 'Doctor Who, '" dice Tippett, che lavora come insegnante di matematica e fisica presso l'Università della British Columbia. "Da allora ho fatto analisi e riscrittura del giornale nei fine settimana e nelle vacanze, e alla fine l'ho pubblicato".

Pubblicato sulla rivista Classical and Quantum Gravity, TARDIS descrive un modo diverso di guardare alla dimensione del tempo stesso e come potrebbe essere manipolato per creare una macchina del tempo - o, almeno, una costruzione matematica di a ipotetico macchina del tempo.

Spazio e tempo

Sebbene Einstein abbia unificato lo spazio e il tempo oltre un secolo fa, troppo spesso vediamo il tempo come una dimensione separata, sottolinea Tippet, esperto di relatività generale.

Un modo comune di pensare allo spaziotempo è immaginare un foglio di gomma sospeso. Se fai rotolare un oggetto pesante, come una palla da bowling, attraverso il foglio, il foglio si deformerà attorno alla massa. Questo è uno dei principi chiave della relatività generale; la curvatura dello spaziotempo (la gomma deformata) attorno a oggetti massicci (palla da bowling) crea gravità. Maggiore è la massa, maggiori sono gli effetti gravitazionali sullo spaziotempo. Massa e gravità sono quindi intimamente correlate.

Questo modello può essere un ottimo modo per immaginare come le tre dimensioni dello spazio vengano deformate dalla massa, ma per quanto riguarda il tempo?

Tutte e quattro le dimensioni – le tre dimensioni dello spazio e una del tempo – dovrebbero essere viste come un continuum spaziotemporale. In questo caso, non sono solo le tre dimensioni dello spazio ad essere deformate; il tempo è, anche.

Certo, noi già sapere questo. Per mantenere gli orologi dei satelliti sincronizzati con gli orologi della Terra, una piccola correzione per gli effetti della relatività generale deve essere inclusa nel software dei satelliti:i satelliti orbitano attorno alla Terra in un ambiente a gravità inferiore rispetto alla superficie terrestre. Perciò, il tempo scorre più lento (anche se infinitesimale) quaggiù, profondo nel pozzo gravitazionale terrestre.

Ora porta questo ragionamento all'estremo:immagina di avere una sorella gemella che viaggia coraggiosamente verso l'orizzonte degli eventi di un buco nero, il punto in cui lo spaziotempo è così deformato che nemmeno la luce può sfuggire alla gravità del buco nero. Mentre si avvicina all'orizzonte degli eventi, lo spaziotempo diventa sempre più deformato, la gravità aumenta e il tempo rallenta . Supponendo che la sua astronave abbia abbastanza carburante, si tira fuori prima di raggiungere l'orizzonte degli eventi e torna sulla Terra. Quando lei ritorna, essendo invecchiato solo di un giorno, non sei lì per darle il benvenuto. Sei morto. Infatti, la dilatazione del tempo era così estrema durante la sua missione che tutti invecchiavano e morivano, la civiltà umana è estinta e la Terra è invasa da scarafaggi giganti.

Questa è una variazione di ciò che è noto come il "Paradosso dei gemelli".

Il bisogno di materia esotica

Piuttosto che perforare lo spaziotempo (viaggiando attraverso un wormhole) o viaggiare vicino a un oggetto incredibilmente massiccio per deformare lo spaziotempo (un buco nero), TARDIS richiede un tipo di curvatura dello spaziotempo che non può essere prodotta dalla materia normale. Secondo la relatività generale, grandi masse di materia regolare possono causare solo una curvatura che è attrattiva gravitazionalmente. Secondo Tippet, la curvatura richiesta per costruire TARDIS può essere creata solo usando un bizzarro, e attualmente sconosciuto, tipo di materia conosciuto semplicemente come "materia esotica" che ha l'effetto opposto.

Se, nel futuro, troviamo questa materia esotica e scopriamo come sfruttarla, la "macchina del tempo" del TARDIS potrebbe mandare un viaggiatore del tempo avanti e indietro nel tempo. Il viaggiatore del tempo sarebbe contenuto all'interno di una bolla di spaziotempo "normale" e la materia esotica sarebbe quindi applicata alla bolla, facendolo viaggiare nello spaziotempo su un grande, percorso circolare. Il viaggiatore all'interno della bolla avvertirebbe un'accelerazione costante durante il viaggio. Più grande è il cerchio, più avanti e indietro nel tempo sarebbero andati.

Ma c'è un problema.

"Per quanto ho capito, non abbiamo mai rilevato, osservato, o interagito con materia esotica, " Tippett dice a HowStuffWorks. "La materia esotica è una classe di materia che è gravitazionalmente repulsiva - o meglio, provoca un tipo di curvatura dello spaziotempo associata alla gravità che spinge le cose a parte – e non l'abbiamo mai visto."

Paradossi a bizzeffe?

Ora, supponiamo che superiamo il problema della materia esotica e raggiungiamo il viaggio nel tempo, viaggiare indietro nel tempo non causerebbe tutti i tipi di paradossi del continuum spaziotemporale tipo "Ritorno al futuro"? Potrebbe Marty tornare indietro nel 1955? veramente mettere a repentaglio la propria vita diventando accidentalmente l'interesse amoroso di sua madre?

Se viaggiare indietro nel tempo può cambiare la storia, proprio come prevede la crisi esistenziale di Marty, abbiamo un paradosso. In questo caso, è conosciuto come il "paradosso del nonno, " ed è un buon modo per visualizzare questo problema. Il paradosso chiede fondamentalmente:se hai viaggiato indietro nel tempo e hai ucciso tuo nonno (o tua madre non finisce mai per sposare il tuo padre biologico), smetteresti di esistere?

"Come ci ricorda Doc Brown:la risoluzione del Grandfather Paradox è pensare in quattro dimensioni, "dice Tippett.

Secondo la teoria di Einstein, tutto passato, la storia presente e futura è strutturata nello spaziotempo, come fili intrecciati in un arazzo quadridimensionale. Se tornassi indietro nel tempo e incontrassi te stesso più giovane, una situazione relativistica chiamata "curva chiusa simile al tempo, "Potresti dare a te stesso più giovane l'Almanacco Sportivo dei Grigi, cambiando così drasticamente il tuo futuro finanziario?

Per affrontare questo paradosso, Il fisico teorico russo Igor Novikov ha proposto che l'universo abbia un sistema di sicurezza e, mentre potrebbe consentire curve chiuse simili al tempo (cioè, viaggiatori del tempo), l'arazzo dello spaziotempo non può essere cambiato, non importa quanto ci provi. Ogni volta che provi a dare al tuo io passato l'almanacco, sorgerà qualche situazione per evitare che si verifichi un paradosso. L'universo si adatterà e contrasterà il tuo paradossale (e, francamente, azioni imprudenti).

"Il paradosso del nonno, nella mia mente, si risolve con la condizione di autocoerenza di Novikov:non puoi cambiare il passato, " dice Tippett. "Tutti gli eventi, passato e futuro, sono disposte sullo spaziotempo quadridimensionale, e non può cambiare.

"Mentre un oggetto può interagire con il proprio passato, non può farlo in modo incompatibile con la propria storia, " Aggiunge.

Tippett paragona l'idea alla trama del film e della serie TV "12 Monkeys":l'universo ti impedirà di alterare gli eventi storici. Ma, lui ammette, probabilmente non saremmo in grado di testare nessuna di queste ipotesi fino a quando non avremo effettivamente realizzato il viaggio nel tempo.

Detto ciò, anche se un'idea divertente su cui riflettere, trasformare un modello matematico in una macchina del tempo pienamente operativa è improbabile.

"L'enfasi qui è su 'matematicamente possibile, ma fisicamente improbabile. Molto, molto, molto improbabile, '", conclude Tippett.

Ora è interessante

Il fisico Stephen Hawking una volta ha organizzato una festa per i viaggiatori del tempo. Tranne nessuno si è presentato. Hawking non ha inviato gli inviti fino a dopo il ricevimento, immaginando che le uniche persone che sarebbero venute sarebbero quelle che potrebbero viaggiare indietro nel tempo.