Cultura e Spettacoli
Martedì 24 Agosto 2010
L'enigma del tempo
svelato in Siberia...
La teoria del caos ha rimesso in discussione il punto di vista della fisica classica. Il professor Giulio Casati, uno dei padri di quell'approccio scientifico, racconta come iniziò a collaborare con Boris Chirikov, il precursore degli studi "caotici", nel 1975. Lo straordinario contributo è una sorta di avvicinamento, per i lettori de "La Provincia", al tema di Parolario 2010: il tempo, appunto, di cui alleghiamo qui il programma.
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Una mattina, verso i primi di marzo del 1975, il tupolev sul quale viaggiavo, partito nella notte da Mosca, atterrava all'aeroporto di Novosibirsk. Il cielo era splendido e il paesaggio intorno era tutto bianco. Ero l'unico straniero a bordo e, dopo l'atterraggio, secondo il sistema allora in uso, i passeggeri vennero tenuti seduti sull'aereo fino a quando una hostess da terra salì sull'aereo per prelevarmi ed accompagnarmi alla areostazione. Per alcune decine di metri, con ancora addosso il tepore dell'aereo, camminai tranquillamente accanto alla hostess. Poi accelarai il passo e mi misi quasi a correre verso l'areostazione: la temperatura era sotto i meno 20.
Ad attendermi in aeroporto c'era Boris Valerianovich Chirikov, la persona per incontrare la quale avevo deciso di trascorrere alcuni mesi in Siberia. Salimmo sull'auto messa a disposizione dalla Divisione Siberiana della Accademia delle Scienze della Unione Sovietica e l'autista si diresse verso Akademgorodok, la "città della scienza", sepolta nella foresta siberiana ed alla quale si arriva dopo aver attraversato il fiume Ob, un grande fiume che corre per migliaia di chilometri nell'immensa pianura siberiana fino a gettarsi nel mar glaciale artico. Il fiume era completamente ghiacciato ed è navigabile solo da maggio a settembre. La decisione di costruire una città della scienza in quell'area sperduta venne presa da Joseph Stalin come parte del suo piano generale di spingere la popolazione russa ad occupare quelle zone - anche se poco ospitali - per evitare tentazioni di espansione territoriale da parte della Cina nel caso fossero rimaste disabitate. Ad Akademgorodok si era formata una atmosfera intellettuale eccezionale e molto stimolante. C'erano persone di grande valore in tutti i campi e certamente nella fisica e matematica c'erano i più grandi scienziati allora esistenti al mondo. Il crollo del sistema sovietico trascinerà poi con se tutto questo e comporterà la fine di questo grande patrimonio: gli scienziati si vedranno costretti, in ordine sparso, a trovare lavoro nelle grandi università, prima americane e poi di tutto il mondo.
Boris Chirikov era stato uno dei primi a trasferisi ad Akademgorodok: per carattere, egli preferiva il silenzio della foresta siberiana, più adatto alla riflessione e alla meditazione, che non l'ambiente convulso di Mosca. Avevo saputo di lui, verso gli inizi degli anni 70, durante un periodo di soggiorno negli Stati Uniti presso il Georgia Institute of Technology. Il mio collega americano mi mostrò una memoria di Chirikov, tradotta in inglese da un ricercatore del Cern, che era di fatto il primo lavoro pioneristico sulla teoria del caos, completamente sconosciuta nel mondo occidentale. Lessi a fatica quello scritto e molte cose mi rimanevano oscure: da qui la scelta, rivelatosi poi fondamentale per la mia attività successiva, di recarmi ad Akademgorodok.
Negli anni 70 si era in pieno periodo Brezneviano e il controllo sociale era piuttosto stretto. In particolare venivano selezionati non solo i libri di politica ma anche quelli che trattavano di filosofia. Di consequenza solo una parte del pensiero filosofico era accessibile. Nei pomeriggi di sabato e domenica, nel corso di lunghe passeggiate nei boschi circostanti, il discorso si ampliava naturalmente dalla fisica agli aspetti filosofici per i quali Boris Chirikov aveva uno spiccato interesse. Uno dei temi di discussione era il concetto di "tempo" a proposito del quale esiste un questione di fondo: come conciliare la reversibilità delle leggi della dinamica con la irreversibilita' del mondo che ci circonda e che noi sperimentiamo nella nostra vita quotidiana? Mi spiego: le leggi fisiche che descrivono i fenomeni naturali, sia quelle classiche di Galileo-Newton, sia quelle quantistiche, sono perfettamente reversibili. Questo vuol dire che se facciamo evolvere nel tempo un insieme di particelle e poi, ad un dato istante, decidiamo di invertire la velocità di tutte le particelle, allora il sistema torna indietro ripercorrendo esattamente la stessa strada compiuta all'andata. È come se guardassimo un film e poi, ad un dato istante, fermassimo la pellicola osservando il film a ritroso. Quindi le leggi della natura sono perfettamente simmetriche rispetto al tempo: per ogni soluzione "in avanti" ne esiste una che torna esattamente "indietro" . Questo fatto contraddice la nostra esperienza quotidiana secondo la quale tutti i fenomeni avvengono in modo irreversibile: ci può accadere di assistere al crollo di un edificio ma mai di vedere i singoli cocci che spontaneamente si ricompogno per formare la casa! Più semplicemente, se lasciamo una tazzina di caffè sul tavolo si raffredda e non succede mai il fenomeno inverso ovvero che che la tazza, lasciata sul tavolo, si riscaldi spontaneamente. Secondo la nostra percezione il tempo risulta pertanto essere non simmetrico ma avere una direzione privilegiata che è quella lungo la quale la tazza di caffè si raffredda. Sembra cioè esistere la "freccia del tempo". «Fugit irreparabile tempus», scrive Virgilio nelle Georgiche. E, come afferma Newton nei Principia: «Tempus absolutum, verum et mathematicum, in se et natura sua sine relatione ad externum quodvis, aequabiliter fluit…». Ma come si concilia allora la perfetta reversibilità delle leggi della dinamica con l'esistenza della freccia del tempo o, in linguaggio più tecnico, con il fatto che tutti i fenomeni avvengono in modo da raggiungere lo stato di massima entropia? La situazione è resa ancora più complicata da un teorema del grande filosofo-matematico Henry Poincarè che ha mostrato che un sistema composto da un numero finito di particelle, lasciato a se stesso, dopo un tempo sufficientemente lungo ritorna vicino quanto si vuole al proprio stato di partenza. Quindi tutto ricorre, e anche l'entropia ritorna verso il suo valore di partenza in palese contraddizione con l'affermazione che essa deve sempre aumentare.
Storicamente queste difficoltà sono state sollevate verso la fine del 1800 attraverso i cosidetti paradossi di Zermelo e Loschdmidt della ricorrenza e della reversibilità. Essi hanno suscitato vivaci discussioni tra i fisici che continuano tutt'ora.
La soluzione di questi paradossi si può trovare nella teoria del caos deterministico. Come ha mostrato Chirikov, la freccia del tempo non esiste e l'entropia aumenta sia per tempi positivi (futuro) che per tempi negativi (passato). Situazioni in cui l'entropia diminuisce sono possibili ma solo per tempi finiti e la probabilità che questo avvenga diventa sempre più piccola al crescere di questi tempi. In pratica questa probabilità è talmente piccola che di fatto queste situazioni non vengono mai osservate. Questa problematica era molto cara ad Ilya Prigogine che si animava molto ogni volta che si toccava l'argomento. In realtà Prigogine accarezzava anche l'idea che le leggi vere della natura non fossero quelle di Newton, reversibili, ma fossero altre, intrinsecamente irreversibili, ed ancora da scoprire. Se ciò sia possible è lasciato al futuro.
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PAROLARIO PROGRAMMA 2010
