La quarta dimensione e la “freccia del tempo”

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Lo spazio tempo di Minkowski viene rappresentato omettendo una dimensione spaziale, in quanto a noi è impossibile concepire uno spazio di quattro dimensioni. Il tempo per la fisica è una coordinata dell’universo con le stesse proprietà delle altre 3 coordinate spaziali, uno spazio di quattro dimensioni spesso viene rappresentato con un cubo, avente 2 dimensioni spaziali (lunghezza e altezza) e la profondità che rappresenta la coordinata del tempo. Ora immaginando di tagliare questo cubo in fette sottoli simili a fogli bidimensionali, possiamo rappresentare la conformazione dello spazio in un determinato istante di tempo, mettendo assieme tutto i fogli per riformare il cubo, si ottiene l’evoluzione dello spazio nel tempo.

Ogni punto nello spazio tempo quadridimensionale viene definito evento, mentre l’evoluzione nello spazio tempo di un oggetto puntiforme, è rappresentabile attraverso una linea di universo, detta anche linea di mondo. Questo modello venne anche utilizzato dalla relatività ristretta formulata da Albert Einstein, mentre circa 10 anni più tardi, nacque la più completa relatività generale sempre del grande Albert Einstein, che oltre ad includere il tempo come la quarta dimensione dell’universo, include la gravità, l’effetto di una massa sul contunuum spazio temporale.

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La luce percorre 299 792,458 km in un secondo, ma dato che questa velocità resta costante per ogni punto di riferimento, ad accorciarsi è lo spazio e il tempo. In pratica se viaggio alla velocità di 20 km/h o viaggio alla velocità del suono, la velocità della luce nel vuoto per me resta invariata, dunque la velocità della luce è forse una delle unità fisiche più fondamentali dell’universo, per contro a variare è lo spazio e il tempo con effetti relativistici che possono meglio essere misurati quando si tende ad avvicinarsi alla velocità della luce. So che è fisicamente impossibile per un oggetto dotato di massa avvicinarsi a simili velocità in quanto la massa dell’oggetto stesso cresce tendendo all’infinito, dunque per crescere ulteriormente la propria velocità, avrebbe bisogno di energia infinita, che non esiste. Però per il ragionamento che voglio fare, se esistesse un oggetto privo di massa, munito di un orologio anch’esso privo di massa, che potrebbe raggiungere alla velocità della luce e misurare il tempo e la distanza percorsa, cosa misurerebbe? Certamente qualcosa di molto diverso da quello che misuriamo noi del suo percorso (nello spazio tempo), lui potrebbe raggiungere, anzi possiamo anche dire che ha già raggiunto ogni punto dell’universo a lui raggiungibile in tempo zero, avrebbe già raggiunto la destinazione da lui prescelta al tempo stesso che è partito, in quanto lo spazio e il tempo, si dilatano ad un singolo punto, per la prospettiva della luce è come se noi fossimo attaccati ad una galassia distante 10 miliardi di anni, mentre per noi la distanza percorribile di tale spazio dalla luce, è appunto di 10 miliardi di anni. Dunque forse siamo noi che percepiamo il tempo come qualcosa che scorre nelle nostre esperienze quotidiane di tutti i giorni, proprio perché in realtà siamo noi a muoverci all’interno di esso alla velocità della luce, di 299 792,458 km/s indipendentemente dal fatto che siamo fermi o ci spostiamo nello spazio, tutto si sposta sempre e solo dal passato al futuro. Alla base di questo ragionamento, tutto ciò può implicare che il tempo stesso (anche considerando che la relatività generale lo vede come una coordinata dell’universo), dunque passato, presente e futuro, che noi percepiamo attraverso diversi stati di entropia, possano in realtà essere o meglio dire appartenere a qualcosa di immobile, fermo, immutabile.

La rivoluzione di un corpo attorno alla propria stella a noi appare quasi circolare o ellittica in quanto percepiamo solo le 3 dimensioni spaziali, ma nello spazio-tempo quadridimensionale dell’universo, tale orbita appare come una spirale, in quanto il corpo stesso, come tutto il resto nell’universo, esiste e si sposta sia nello spazio che nel tempo.

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Cosa è l’entropia dell’universo e che relazione ha con “la freccia del tempo”? L’entropia in un sistema chiuso come lo è l’universo, aumenta andando dal passato al futuro, dato che il tempo contrariamente alle altre 3 dimensioni spaziali, è una dimensione unidirezionale, dove tutto va sempre e solo dal passato al futuro e mai a ritroso del tempo, è estremamente improbabile che tu assista ad una diminuzione dell’entropia nell’universo. L’aumento dell’entropia dunque è strettamente legato alla freccia del tempo, anche in uno spazio “vuoto”, un classico esempio è quello del bicchiere che cade dal tavolo e si rompe. È estremamente improbabile, talmente improbabile che certamente non vedrai mai un bicchiere ricomporsi e riposizionarsi sul tavolo spontaneamente, tuttavia è vero che potremmo decidere di riassemblarlo credendo di riportare un ordine, ma nel lavoro di assemblamento del bicchiere, consumeremo energia disperdendola nell’ambiente in maniera irreversibile, dunque in realtà non porteremo realmente ad una diminuzione dell’entropia nell’universo. Un altro classico e semplice esempio di entropia può essere quello della pittura, se mescoli della pittura blu con della pittura gialla, ottieni il colore verde, le molecole della pittura gialla e della pittura blu, sono mescolate tra loro, potremo mescolare e rimescolare la pittura verde ottenuta dalla miscelazione del blu con il giallo, ma è estremamente improbabile che vedremo tutte le molecole della pittura gialla, separarsi dalle molecole della pittura blu tornando praticamente al loro stato originale, talmente improbabile che potrebbe non bastare tutta la durata della vita dell’universo da quando è nato. Dunque in linea di principio l’entropia può passare del tempo senza che aumenti l’entropia, o addirittura esserci una diminuzione spontanea dell’entropia nell’universo, la nascita di un organismo vivente, “altamente ordinato”, potrebbe esserne un classico esempio, ma è un fenomeno estremamente improbabile, talmente improbabile che con probabilità schiacciante non assisteremo mai ad un simile evento.

Flavio Scolari

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