Il tempo non ha bisogno di orologi, lo indica un universo in miniatura

Il tempo non ha per forza bisogno di orologi esterni per poter esistere. A dimostrarlo è un universo in miniatura formato da circa 24mila atomi, capace di espandersi e contrarsi ripetutamente per simulare il Big Bang che ne segna la nascita e il Big Crunch, un'ipotetica fine cosmica nella quale l'espansione si inverte facendo collassare il tutto. L'esperimento, realizzato in laboratorio dal ricercatore italiano Giovanni Barontini dell'Università di Birmingham, mostra che il tempo può emergere semplicemente dai cambiamenti che avvengono in un sistema e dunque potrebbe non essere una componente fondamentale della realtà. Lo studio, che è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Research, fornisce nuovi indizi su una della più grandi domande della fisica.

"Se consideriamo l'universo come un sistema fisico che comprende tutto ciò che esiste - dice Barontini all'ANSA - non possiamo immaginare un orologio esterno con cui misurarne l'evoluzione. Questo è il cosiddetto 'problema del tempo'. I risultati forniscono un supporto sperimentale all'idea che il tempo possa essere una proprietà emergente della realtà - prosegue il ricercatore - come suggerito da alcune teorie di gravità quantistica. Stabilire se il tempo sia effettivamente una grandezza fondamentale o emergente nel nostro universo rimane, però, una questione aperta".

Per costruire il mini-cosmo, Barontini ha isolato i 24mila atomi dal mondo esterno e li ha raffreddati fino a raggiungere pochi miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. A queste temperature diventano molto rilevanti gli effetti quantistici e ciò consente di studiare comportamenti difficili da osservare in condizioni normali. Grazie a due fasci laser di frequenze diverse, il sistema è stato poi suddiviso in una regione osservabile e una 'oscura', non visibile direttamente ma in grado di interagire con la prima. "Questa regione - afferma Barontini - contiene anche un richiamo alla materia oscura. È suggestivo chiedersi se possa esistere qualche relazione tra questa componente invisibile dell'universo e la natura del tempo".

Anziché ricorrere a secondi o minuti, il ricercatore è riuscito a misurare il tempo dell'universo in miniatura basandosi sui cambiamenti nella distribuzione degli atomi tra le due regioni, che si sono verificati durante i cicli di espansione e contrazione. L'elemento chiave alla base di questa forma di tempo, che Barontini ha chiamato 'tempo entropico', è appunto l'entropia, ossia la grandezza fisica che misura il grado di disordine o la dispersione di energia all'interno di un sistema. 

Il tempo entropico osservato nell'esperimento procede in un'unica direzione. "Questo permette di definire una 'freccia del tempo' - sottolinea Barontini - distinguendo il passato dal futuro senza ricorrere a un orologio esterno".

Ma l'aspetto forse più sorprendente è che il tempo entropico non avanza sempre alla stessa velocità. Il suo ritmo accelera o rallenta a seconda di come cambia il sistema: quando la distribuzione degli atomi rimane invariata, la misura interna del tempo si arresta temporaneamente. "Quando gli scambi di entropia tra le due regioni diminuiscono, il tempo interno rallenta, fino ad arrestarsi quando questi scambi cessano. Naturalmente - conclude il ricercatore - il nostro tempo ha continuato a scorrere indipendentemente da ciò che accadeva nell'esperimento".