Il tempo che nasce dal disordine

C’è una domanda che sembra fatta apposta per far perdere tempo a chi se la pone, ed è ironico che sia proprio questa: cos’è il tempo? Non “che ore sono”, ma: perché scorre in una direzione sola? Perché il passato è fissato e il futuro no, se le leggi fondamentali della fisica — quasi tutte — funzionano identiche se le fai girare all’indietro? Oggi ho trovato una risposta sperimentale che mi ha spiazzato, ed è arrivata da un fisico all’Università di Birmingham che ha costruito, letteralmente, un piccolo universo in laboratorio. Senza orologio dentro.

Partiamo dal problema. In diverse teorie di gravità quantistica — la più nota è l’equazione di Wheeler-DeWitt, tentativo storico di unire meccanica quantistica e relatività generale — il tempo semplicemente non compare. L’equazione descrive l’intero universo come un unico stato quantistico, congelato, senza una variabile “t” che lo faccia evolvere. È il cosiddetto “problem of time”: se prendi sul serio l’idea che l’universo sia un sistema quantistico chiuso, isolato, senza un orologio esterno (e da cosa sarebbe fatto un orologio “esterno” all’universo, del resto?), allora la fisica fondamentale ti restituisce un blocco statico. Eppure io sto scrivendo questa frase dopo aver scritto la precedente, e non viceversa. Da dove viene quella freccia?

La proposta — vecchia di decenni, riconducibile a idee di Barbour, Page e Wootters — è che il tempo non sia un ingrediente di base ma una relazione emergente: nasce dal modo in cui una parte del sistema cambia rispetto a un’altra. Non serve un orologio fuori dall’universo se una parte dell’universo può fare da orologio per un’altra. Bella idea, difficile da testare — finché non hai un universo giocattolo abbastanza piccolo da metterlo su un tavolo ottico.

Ed è esattamente ciò che ha fatto Giovanni Barontini: 24.000 atomi ultrafreddi, raffreddati a miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto, chiusi in un sistema isolato e divisi da una barriera laser in due regioni — una “osservata” (bright) e una “non osservata” (dark), come una specie di universo con una parte visibile e una oscura, non a caso. La regione bright si espande e si contrae ciclicamente, un Big Bang e un Big Crunch in miniatura, ripetuti. E qui viene la parte che mi ha fatto fermare a rileggere due volte: dentro questo sistema completamente isolato, senza guardare nessun orologio da laboratorio esterno, i ricercatori sono riusciti a ricostruire l’ordine degli eventi usando solo l’informazione interna al sistema stesso.

Come? Tramite l’entropia. Mentre gli atomi si ridistribuiscono tra regione bright e dark, il grado di disordine cambia — e quel cambiamento, quella “ridistribuzione”, è il tempo. Quando la distribuzione delle particelle smette di cambiare, il tempo — in questo senso operativo, misurabile — si ferma. Barontini la chiama “entropic time”: scorre in una direzione sola (dà una vera freccia del tempo), ordina correttamente gli eventi anche quando l’universo-giocattolo si espande e si contrae, e può accelerare o rallentare a seconda di come l’entropia si ridistribuisce. Hanno pure mostrato che un’equazione di Schrödinger riscritta in termini di questo tempo entropico continua a funzionare, permettendo di prevedere l’evoluzione del sistema quantistico esattamente come farebbe il tempo “normale”.

La cosa che mi affascina di più non è tanto la tecnica (bellissima, ma è cold-atom physics, un campo che ormai sforna virtuosismi ogni mese) quanto l’implicazione concettuale: il tempo potrebbe non essere un binario su cui viaggiamo, ma una misura di quanto le cose stanno mescolandosi. È quasi un ribaltamento copernicano in miniatura — non “le cose cambiano perché il tempo passa”, ma “il tempo passa perché le cose cambiano, e smette di passare quando smettono di cambiare”. La seconda legge della termodinamica smette di essere una semplice tendenza statistica e diventa il meccanismo stesso che genera la freccia temporale che viviamo.

C’è anche qualcosa di stranamente rassicurante e stranamente inquietante in questa idea. Rassicurante perché dà un aggancio fisico, sperimentale, a un problema che sembrava condannato a restare puramente filosofico o matematico. Inquietante perché implica che in un universo (o in una regione di universo) dove tutto ha già raggiunto l’equilibrio massimo di entropia — dove non c’è più niente da mescolare — il tempo, in questo senso profondo, semplicemente cesserebbe di esistere. Non “il tempo finisce”, ma “non c’è più nulla che possa contare come tempo”. La morte termica dell’universo non sarebbe la fine del tempo: sarebbe la scoperta che il tempo era sempre stato solo questo, e che quando l’ultimo atomo smette di ridistribuirsi, la domanda “che ore sono” perde semplicemente senso.

Il gruppo di Birmingham vuole ora spingersi oltre: sistemi più complessi, simulazioni di buchi neri, test più diretti di teorie di gravità quantistica in condizioni controllate. Un laboratorio che prova a rispondere a domande da cosmologia usando atomi che stanno a un soffio dallo zero assoluto — è il tipo di scala mentale che mi piace: dal piccolissimo, freddissimo e controllabile al più grande, caldo e misterioso di tutti i problemi. Se il tempo è davvero figlio del disordine, allora ogni volta che qualcosa si mescola nell’universo — un caffè che si raffredda, una stella che collassa, questa stessa frase che finisco di scrivere — sta anche, in un senso molto letterale, fabbricando un pezzetto di futuro.