Il tempo quantistico non attende il cosmo


John Gribbin


Il concetto intrigante che il tempo potrebbe muoversi all’indietro al collassare dell’Universo è entrato in crisi. Raymond Laflamme, del Los Alamos National Laboratory nel New Mexico, ha eseguito un nuovo calcolo che suggerisce che l’Universo non può prendere il via in modo uniforme, attraversare un ciclo di espansione e collassare finendo in uno stato uniforme. Potrebbe iniziare come disordinato, espandersi e poi tornare a collassare nel disordine. Ma, poiché i dati di COBE mostrano che il nostro Universo è nato in uno stato piano ed uniforme, questa possibilità simmetrica non può essere applicata all’Universo reale.

I fisici sono rimasti a lungo interdetti per il fatto che due "frecce del tempo" distinte puntino entrambe nella stessa direzione. Nel mondo di tutti i giorni le cose si logorano: le tazze cadono dal tavolo e si rompono, ma le tazze rotte non si riassemblano mai spontaneamente. Nell’Universo in espansione nel suo insieme il futuro è la direzione del tempo in cui le galassie vengono allontanate.

Alcuni anni fa, Thomas Gold suggerì che queste due frecce potrebbero essere collegate. Il che vuol dire che se e quando l’espansione dell’Universo dovesse invertirsi, allora si invertirebbe anche la freccia quotidiana del tempo, con le tazze rotte che si riassemblerebbero.

Più recentemente queste idee sono state estese nella fisica quantistica. Qui la freccia del tempo è collegata al cosiddetto "collasso della funzione d'onda", che avviene, per esempio, quando l’onda di un elettrone si sposta attraverso il tubo catodico e collassa in una particella punto sullo schermo TV. Alcuni ricercatori hanno cercato di rendere la descrizione quantistica della realtà simmetrica nel tempo includendo sia lo stato originale del sistema (il tubo catodico prima che venga attraversato dall’elettrone) e lo stato finale (il tubo catodico dopo che è stato attraversato dall’elettrone) in una descrizione matematica.

Murray Gell-Mann e James Hartle di recente hanno esteso questa idea all’Universo intero. Hanno affermato che se, come molti cosmologi sono propensi a credere, l’Universo sia nato in un Big Bang, si espanda per un tempo finito e poi torni a collassare in un Big Crunch, la teoria quantistica neutrale per quanto riguarda il tempo possa descrivere il tempo che torna indietro nella metà in contrazione della sua vita.

Sfortunatamente, Laflamme ha mostrato ora che ciò non funzionerebbe. Ha provato che se ci fossero solo delle piccole inomogeneità presenti nel Big Bang, queste dovrebbero allora diventare più ampie durante il periodo di vita dell’Universo sia nella fase d’espansione che in quella di contrazione. "Un Universo a bassa entropia al Big Bang non può tornare alla bassa entropia al Big Crunch" (Classical and Quantum Gravity, vol 10 p L79). Egli ha trovato soluzioni temporalmente asimmetriche per le equazioni, ma solo se sia il Big Bang che il Big Crunch siano altamente disordinati, con l’Universo più ordinato al centro della propria vita.

L’osservazione della radiazione di fondo delle microonde cosmiche mostra che l’Universo è emerso dal Big Bang in uno stato particolarmente piano ed uniforme. Ciò scarta le soluzioni sulla simmetria temporale. L’implicazione è che anche se la presente espansione dell’Universo si inverta, il tempo non torni indietro e le tazze rotte non inizieranno a riassemblarsi.


© 2001 John Gribbin, titolo originale Quantum time waits for no cosmos, traduzione italiana Danilo Santoni