Copertina
Autore Margherita Hack
CoautorePippo Battaglia, Rosolino Buccheri
Titolo L'idea del tempo
EdizioneUtet Libreria, Torino, 2005, Frontiere , pag. 226, ill., cop.fle., dim. 150x230x20 mm , Isbn 978-88-7750-954-3
LettoreRenato di Stefano, 2005
Classe cosmologia , fisica , psicologia , storia della scienza , storia sociale , epistemologia
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Indice

  IX Prefazione
     di Pippo Battaglia, Rosolino Buccheri e Margherita Hack

XIII Introduzione
     di Pippo Battaglia e Rosolino Buccheri

  3 1. Gli orologi naturali

       di Pippo Battaglia
       1 Le reazioni oscillanti, p. 4
       2 Gli organismi e il tempo, p. 8
       3 Cronobiologia, p. 12
       4 Viaggiare tra le stelle, p. 16

 20 2. L'idea del tempo

       di Pippo Battaglia
       1 Il presente psicologico, p. 24
       2 Viviamo nel passato, p. 26
       3 La durata, p. 29
       4 L'idea del tempo, p. 31

 36 3. Cenni sul computo del tempo nelle antiche civiltà

       di Pippo Battaglia
       1 Antichi orologi, p. 39
       2 I megaliti, p. 43
       3 I calendari, p. 45
       4 I popoli del continente americano, p. 53

 58 4. Il tempo nelle cosmogonie e nelle cosmologie

       di Pippo Battaglia
       1 Il tempo ciclico e il tempo lineare, p. 63
       2 Eternità, p. 66
       3 Cosmogonie e cosmologia, p. 70

 81 5. Il tempo nella moderna cosmologia

       di Margherita Hack
       1 Due teorie cosmologiche a confronto, p. 81
       2 COBE, BOOMERanG, WMAP: immagini dell'universo
         a circa 300.000 anni dal Big Bang, p. 83
       3 Il tempo nell'universo evolutivo, p. 87
       4 Il Big Bang è anche l'inizio del tempo? p. 88
       5 L'entropia e la freccia del tempo, p. 94

 96 6. Il tempo nel relativismo di Galileo

       di Margherita Hack
       1 I corpi celesti e la misura del tempo, p. 98
       2 Dagli antichi greci a Copernico, p. 100
       3 Nasce la scienza moderna: Keplero e Galileo, 13
       4 Newton e la legge di gravitazione, p. 106

110 7. La relatività di Einstein e la dimensione spaziotempo

       di Margherita Hack
       1 L'apparente incompatibilità fra il principio di
         relatività e la velocità della luce, p. 110
       2 Maxwell. Elettricità, magnetismo, ottica, p. 111
       3 La relatività ristretta, p. 113
       4 La teoria della relatività generale, p. 116
       5 Massa inerziale e massa gravitazionale, p. 117
       6 Il principio di equivalenza, p. 118
       7 Conseguenze del principio di equivalenza, p. 119
       8 Le osservazioni e gli esperimenti che verificano
         le predizioni della relatività generale, p. 121
       9 Le onde gravitazionali, p. 126
       10 I buchi neri e la deformazione del tempo, p. 127
       11 Evidenze osservative dell'esistenza dei buchi
          neri, p. 131
       12 L'orizzonte degli eventi e lo scorrere del tempo, p. 132

135 8. Le frecce del tempo

       di Rosolino Buccheri
       1 Tempo illusorio, determinismo, exo-fisica, p. 136
       2 Il «Block Universe», p. 137
       3 Il secondo principio della termodinamica, p. 139
       4 Entropia e disordine, p. 141
       5 Formazione di ordine in stelle e galassie in
         contraddizione col secondo principio, p. 144
       6 Boltzmann chiama in causa la presenza dell'uomo, p. 145
       7 Espansione delle galassie. La freccia del tempo
         cosmologica p. 148

152 9. Ordine, auto-organizzazione, irreversibilità

       di Rosolino Buccheri
       1 Le strutture dissipative di Prigogine, p. 153
       2 Il caos deterministico, p. 158
       3 Scambio di informazione. Gli automi cellulari, p. 161
       4 Evoluzione caotica del Modello Mentale di realtà, p. 162
       5 Verso il disordine o verso l'ordine? p. 165

167 10. La rivoluzione quantistica

        di Rosolino Buccheri
        1 La concezione classica della realtà, p. 168
        2 La dualità onda-particella, p. 168
        3 L'osservatore e l'oggetto osservato non sono del
          tutto distinguibili, p. 171
        4 Aleatorietà temporale non epistemica, p. 173
        5 Il «problema della misura», p. 174
        6 Il principio di indeterminazione, p. 176
        7 L'interpretazione di Copenhagen e le obiezioni di
          Einstein, p. 177
        8 L'ordine implicito e l'ordine esplicito di Bohm, p. 179
        9 Il teorema di Bell e gli esperimenti di Aspect, p. 180
        10 Si invoca ancora la soggettività, p. 181
        11 L'universo: un automa quantistico che determina
           da sé le regole della sua evoluzione? p. 183
        12 Le critiche all'approccio exo-fisico, p. 186
        13 Verso una prospettiva endo-fisica? p. 187

190 11. I filosofi e il tempo

        di Pippo Battaglia
        1 L'idea del tempo nelle antiche civiltà, p. 191
        2 Il tempo e l'anima, p. 197
        3 Dal Medioevo al secolo dei Lumi, p. 201
        4 Dal secolo del Romanticismo al XX secolo, p. 207
        5 Il XX secolo, p. 210

221 Postfazione
    di Pippo Battaglia, Rosolino Buccheri e Margherita Hack


 

 

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Pagina XIII

Introduzione

di Pippo Battaglia e Rosolino Buccheri


«Tutte le cose diritte mentono, borbottò sprezzante il nano. Ogni verità è ricurva, il tempo stesso è un circolo». «Tu, spirito di gravità!» dissi io incollerito, «non prendere la cosa troppo alla leggera! Guarda questo attimo! Da questa porta carraia che si chiama attimo, comincia all'indietro una via lunga, eterna: dietro di noi è un'eternità: ognuna delle cose che possono camminare, non dovrà forse avere già percorso una volta questa via? Non dovrà ognuna delle cose che possono accadere, già essere accaduta, fatta, trascorsa una volta? E se tutto è già esistito: che pensi, o nano, di questo attimo? Non deve anche questa porta carraia esserci già stata? E tutte le cose non sono forse tutte annodate saldamente l'una all'altra, in modo tale che quest'attimo trae dietro di sé tutte le cose avvenire? Dunque anche se stesso?»

(Friedrich Nietzsche, La visione e l'enigma, in Così parlò Zarathustra, Adelphi, Milano, 1998, p. 184).


Il tempo di Nietzsche è caratterizzato dall'idea dell'eterno ritorno. Un tempo ciclico di cui dà ampio conto nella sua opera. L'idea del tempo, però, non è stata sempre così elaborata e complessa ed è certamente correlata con l'evoluzione della coscienza e della conoscenza. Lo testimoniano i rari reperti archeologici, risalenti al tardo paleolitico, ascritti a strumenti utilizzati per la sua misura.

Alla fine degli anni Sessanta lo statunitense Alexander Marshak teorizzò che già nel Paleolitico Superiore, ossia dal primo Aurignaziano al tardo Magdaleniano, vigeva un sistema di annotazioni dello scorrere del tempo basato sulle osservazioni delle fasi lunari e che il ciclo lunare era analizzato, memorizzato e utilizzato per scopi pratici ben 15.000 anni prima dell'invenzione dell'agricoltura. Le sue ipotesi si basavano sullo studio di alcuni frammenti di ossa, che aveva disseppellito in Dordogna presso Les Eyzies. Questi frammenti presentavano delle tacche incise in successione. Accurate analisi al microscopio hanno ricondotto a un unico arnese tutti gli intagli rilevati, in sequenza, e in numero di 28 o 30. Verosimilmente le incisioni non sono casuali e, come afferma Marshak, si potrebbero riferire al ciclo lunare. Se così fosse si potrebbe ipotizzare che già da allora le osservazioni del ciclo lunare eran stilizzate come metodo per calcolare il trascorrere del tempo. Ciò nondimeno, non è nota l'epoca in cui i nostri più antichi progenitori presero coscienza del loro divenire nonché dei mutamenti dell'habitat. I ritrovamenti archeologici indicano che il tempo, nelle antiche comunità, fu spesso immaginato come una divinità mentre la distinzione tra passato, presente e futuro prese contorni via via più definiti man mano che si affinavano il sapere e il linguaggio. In tal senso è emblematico il caso di alcuni aborigeni della foresta amazzonica che ancora adesso non hanno termini nella loro lingua con cui possono distinguere i diversi, per noi ovvi, aspetti del tempo. L'idea dello scorrere del tempo si raffinò lentamente. Sicché l'evoluzione delle ricerche sull'essenza del tempo è ineluttabilmente collegata allo sviluppo delle capacità intellettive. La concezione, la descrizione e la rappresentazione del tempo sono state definite in maniera sempre più specifica, man mano che le molteplici capacità intellettuali si sono evolute, acuite e raffinate. Nel momento in cui s'iniziò a tratteggiare dei modelli sempre più complessi degli eventi naturali anche al tempo fu attribuito un significato «scientifico».

In tutte le antiche civiltà al tempo si attribuisce, dal punto di vista religioso, un valore sacrale, mentre nelle mitologie è spesso equiparato a un flusso vitale sovente rappresentato dallo scorrere dell'acqua. Gli antichi greci immaginarono che la Terra avesse la forma di un disco circondato da un fiume, Oceano, che in tal modo non aveva né inizio né fine. Le sue acque scorrevano perpetuamente. Omero definì il fiume Oceano «origine di tutto» e «origine agli dei» e dunque originò anche Crono, padre di Zeus. Ferecide insegnava che la sostanza primordiale del mondo fosse Crono da cui si generarono il fuoco, l'aria e l'acqua. In quel periodo nelle antiche civiltà prosperarono le arti, la filosofia e diverse discipline scientifiche fra cui l'astronomia. In Babilonia gli astronomi-sacerdoti, tramite dei calcoli matematici a noi pervenuti come Ciclo di Saros, sfruttarono il movimento degli astri per rendere più potente la loro casta. Servendosi del Ciclo di Saros riuscivano a determinare con precisione e in anticipo le eclissi e i moti dei cinque pianeti allora noti, prevedendo eventi che sarebbero avvenuti nel futuro. In tal modo sembravano dotati della facoltà di dominare il tempo prerogativa che conferiva alla loro casta un potere quasi divino. Oltre al Ciclo di Saros sono state scoperte diverse e interessanti trattazioni sul concetto di tempo e sui metodi per computarlo, escogitati dalle culture coeve e posteriori a quella babilonese. Risalgono a un'epoca più recente le riflessioni di Platone sull'essenza del tempo. Nel Timeo, il filosofo greco tratta il tempo nella sua interezza epistemologica descrivendolo come «immagine mobile dell'eternità che procede secondo il numero» mentre gli astri con il loro moto ciclico ne indicano il fluire. Platone interpretava l'universo come una proiezione visibile dell'anima invisibile, creando quel nesso tra tempo e psiche che resterà una costante dell'euristica del tempo nelle culture occidentali. Ebbe origine da allora una vasta letteratura sulla natura del tempo i cui concetti fondamentali si basano sulla filosofia, sulla psicologia e sulla fisica. Una definizione che compendia queste tre discipline la diede Aristotele nella sua opera La Fisica, descrivendo il tempo come «il numero del movimento secondo il prima e il dopo» e «Se è vero che nella natura delle cose soltanto l'anima o l'intelletto, che è nell'animo, hanno la capacità di numerare, risulta impossibile l'esistenza del tempo senza quella dell'anima».

Le opere e le ricerche sui fenomeni naturali di Aristotele divennero un punto di riferimento per tutto il periodo classico e la chiesa cattolica acquisì in molti casi i modelli aristotelici sulla natura adattandoli ai canoni ecclesiastici. In tal senso sono notevoli e per certi versi attuali le riflessioni di sant'Agostino nel 400 e di san Tommaso nel 1200. Le loro idee condizionarono le teorie su quest'argomento sino al secolo del Barocco: sicché il tempo, per un lungo periodo, fu inteso in maniera escatologica. Si era convinti che il destino dell'umanità fosse già segnato sin dall'origine del tempo e si sarebbe compiuto nel tempo.

La concezione del tempo trova i primi fondamenti scientifici post-aristotelici negli studi di Galilei e successivamente nella meccanica di Newton, in cui il tempo è inteso come una serie infinita d'istanti omogenei. Nell'opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Newton considera il tempo come una dimensione reale e lo suddivide in due ordini essenziali: il tempo assoluto e il tempo relativo. Il tempo assoluto è il tempo reale, matematico, che scorre uniformemente senza relazioni con nulla di esterno mentre il tempo relativo è apparente, volgare, solo una misura della durata per mezzo del moto, ed è utilizzato al posto del tempo vero. In corrispondenza al tempo assoluto, Newton ipotizzò uno spazio assoluto, emanazione di Dio, permeato da una sostanza imponderabile, equivalente all'etere di Aristotele e distinto dallo spazio relativo in cui accadono gli eventi umani. Gli empiristi e i razionalisti, tuttavia, non condivisero il nuovo modo di concepire e di rappresentare il tempo. Locke, Berkeley e Hume sostennero il carattere prettamente psicologico della temporalità attribuendo al tempo fisico il significato di pura astrazione o di finzione, mentre Leibniz considero il tempo un ente ideale e non realmente esistente come affermavano Galilei e Newton. La meccanica newtoniana, in ogni caso, generò rilevanti ripercussioni speculative in filosofia e nel modo di definire la rappresentazione e il senso del tempo in psicologia. Nei Dialogo sopra i dui massimi sistemi del mondo Galilei enunciò il principio di relatività confermando la sua antinomia, già accennata nel De Motu, a quanto sosteneva Aristotele.

In tal modo lo scienziato pisano dimostrava errato il concetto aristotelico di sistema di riferimento assoluto, giacché la posizione di ogni evento nello spazio dipende dal moto relativo all'osservatore rispetto ad esso. In ogni caso, con la Meccanica Celeste, nuova branca della fisica fondata sulle leggi del moto e sulla teoria della gravitazione universale, si potevano stabilire con grande anticipo i fenomeni celesti che sarebbero avvenuti nel prossimo e lontano futuro. Tale prerogativa tolse al tempo gran parte di quell'alone di mistero concernente la previsione di eventi astronomici, sino allora dominio incontrastato di astrologi e maghi.

Il divenire dei moti di tutti i corpi celesti e la durata dei loro spostamenti nel cosmo, dunque, si potevano prevedere per mezzo della Meccanica Celeste sicché il tempo sembrava solamente una questione di calcolo matematico: inoltre, con i Principia di Newton si rivalutò il pensiero dei presocratici e degli atomisti, in qualche maniera pregnante di determinismo meccanicistico. Quest'ultimo con le leggi di Newton ebbe nuova linfa permeando i secoli a venire sino ad esser talvolta considerato fondamentale anche in modelli comportamentali utilizzati per esplicitare la dinamica psicologica. Tuttavia, malgrado il rilancio del determinismo, le problematiche sul tempo non mancarono di essere analizzate durante il secolo dei Lumi, per esempio con Kant che cercò di unificare i molteplici aspetti impliciti nella natura del tempo pur descrivendolo come un ente prettamente metafisico.

Nonostante le correnti filosofiche molto spesso contrastanti e le incontrovertibili dimostrazioni della efficacia delle equazioni della fisica nel prevedere gli eventi astronomici, il fluire del tempo rimase un'idea indefinibile e soggettiva della mente e il passato, il presente e il futuro non persero le loro peculiarità connesse con le esperienze della psiche, senza per questo inficiare la realtà accettata del trascorrere del tempo.

Verso la fine del XIX secolo il fisico Clausius enunciò il secondo principio della termodinamica. Questo principio, in cui si afferma che i processi naturali di diffusione dei gas seguono percorsi con una ben precisa direzione temporale, divenne essenziale nell'euristica del tempo, influenzandone l'epistemologia; giacché la realtà dell'irreversibilità dei fenomeni naturali macroscopici indicava con estrema evidenza il verso in cui il tempo scorre. Il concetto di entropia e l'enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica furono poi espressi in termini matematici dal fisico austriaco Boltzmann con una precisa formula basata sulla probabilità di formazione delle differenti configurazioni microscopiche che corrispondono a un ben preciso stato macroscopico di un sistema isolato. La formula forniva un efficace strumento matematico diretto a prevedere l'evoluzione nel tempo di un sistema macroscopico. L'introduzione del concetto di entropia in fisica si dimostrò anche un modo di definire il fluire del tempo cosmico. Infatti, l'entropia dell'universo, considerato come un sistema isolato, è in costante crescita: pertanto il cosmo tenderà verso il massimo disordine e la morte termica. Secondo Boltzmann, in un simile universo la distinzione fra futuro e passato avrebbe un senso ben definito solo in quei pianeti abitati da esseri consapevoli dell'irreversibilità e dello scorrere del tempo, suffragando con ciò l'idea che l'universo (qualunque sia la sua genesi) esiste in funzione dell'uomo e anticipando in qualche modo l'enunciazione del Principio Antropico da parte di Brandon Carter, avvenuta nel 1970.

Le dissertazioni sul secondo principio della termodinamica resero ancora più evidente una dicotomia di estrema rilevanza inerente i fenomeni naturali: essi appaiono reversibili nel tempo a livello delle particelle elementari, mentre alla scala macroscopica mostrano un'eclatante irreversibilità. Molti fisici e matematici tentarono di trovare il punto di demarcazione tra il micro e il macrocosmo, dove inizia la irreversibilità temporale dei fenomeni fisici. Ci provò fra gli altri il matematico francese Poincaré. Quest'ultimo, trattando del fenomeno di espansione dei gas, tentò di eliminare l'irreversibilità dei fenomeni macroscopici e di dimostrare che la diminuzione dell'entropia non è proibita ma soltanto improbabile.

Il fluire del tempo cosmico derivato dal secondo principio della termodinamica influenzò le ricerche condotte dai fisici fra la fine dell'Ottocento e i primi decenni del Novecento, culminate con l'avvento della Teoria della Relatività. Sino ad Einstein il tempo e lo spazio erano ritenuti due entità separate: lo spazio, sulla base della geometria euclidea, aveva tre dimensioni, mentre il tempo era unidimensionale e misurabile tramite opportuni mezzi: ossia orologi, calendari solari e lunari. Nel 1905, con la pubblicazione della Teoria della Relatività Ristretta, Einstein dimostrò che le leggi fisiche hanno la stessa valenza in tutti i sistemi di riferimento inerziali. Di conseguenza provò errata l'ipotesi, sino allora ritenuta esatta, dell'esistenza di un sistema d riferimento ideale nonché evidenziò la costanza della velocità della luce. Velocità che non dipende dalla sua direzione di propagazione ed ha sempre lo stesso valore in ogni sistema di riferimento inerziale. Provò inoltre che il tempo non è assoluto; ossia, non esiste un sistema di rifernnento inerziale nel quale il tempo sia assoluto. Il tempo è invece relativo al sistema di riferimento. Su queste basi si tarano gli attuali orologi atomici. Dimostrò, infine, qualcosa che sino ad allora era impensabile, ossia che il tempo si «dilata». Un orologio posto in un qualsiasi sistema in moto, rispetto ad altri sistemi statici, scandisce il tempo più lentamente. L'orologio in movimento «ritarda». Dunque lo spazio e il tempo non vanno considerati come enti assoluti e separati, ma come componenti di un'unica entità: il cronotopo. Fu un nuovo modo di immaginarsi il tempo che nel volgere di pochi anni diede luogo a importanti diatribe. Nel 1915 Einstein pubblicò la Teoria della Relatività Generale in cui erano contemplate previsioni innovative: tra queste vi era la dimostrazione che la misura del tempo è fortemente alterata non solo dalle velocità relative degli osservatori ma anche dalla presenza delle masse gravitazionali: una straordinaria evidenza che rese ancor più inattendibile l'ipotesi dei tempo e dello spazio assoluti. Il filosofo Bergson, comunque, fu molto critico nei confronti della teoria della relatività e soprattutto non condivise il concetto di tempo «spazializzato» della fisica.

I risvolti epistemologici delle teorie di Enstein ebbero delle importanti ripercussioni in cosmologia. Sin dalle più antiche civiltà la creazione dell'universo è stata sempre ritenuta opera di un dio. Due descrizioni diverse della creazione diversificano le religioni: in alcune si crede che un dio eterno abbia creato l'uomo in un universo eterno, in altre si è certi che un dio eterno posto al di fuori del cosmo abbia creato ex nihil prima l'universo e infine l'uomo. Questi archetipi religiosi hanno condizionato tutti i modelli cosmologici enunciati sin dagli albori delle civiltà. Di conseguenza il tempo è stato pensato o come un ente creato nello stesso momento della genesi del cosmo oppure eterno in un universo eterno. Un universo eterno a cui credeva anche Newton sicché, dalla meccanica newtoniana fino alla teoria della relatività generale, tutte le leggi del moto sono simmetriche rispetto al tempo, non supportando così l'idea che il tempo assoluto abbia una direzione privilegiata dal passato verso il futuro.

Einstein tentò di risolvere la questione affermando che il tempo è un'illusione dei nostri sensi e nel 1919 introdusse una costante cosmologica compatibile con un modello di universo eterno dove il tempo non ha principio né fine. Alcuni anni dopo, nel 1927, Lemaitre, un prete da poco laureato in astrofisica, propose un modello cosmologico denominato Hypothèse de l'atome primitif in cui si ipotizzava che l'universo avesse avuto inizio in un ben preciso istante. Il fatto che si potesse stabilire l'epoca della formazione dell'universo, e perciò del tempo e dello spazio, fu una nozione del tutto nuova nell'ambito scientifico. All'idea di Lemaitre, rielaborata in seguito alla scoperta dell'allontanamento delle galassie da parte di Hubble e poi divenuta nota come Teoria del Big Bang, si contrappose, nel 1945, il modello cosmologico dello Stato Stazionario, ipotizzato da Bondi, Gold e Hoyle, in cui il cosmo è considerato eterno e dunque non vi si prevede un inizio del tempo e dello spazio. Successivamente, però, si scoprirono delle peculiarità di alcuni astri e del cosmo stesso che fecero protendere verso l'idea di un universo generatosi in un'epoca lontana, che si può situare a circa 15 miliardi di anni fa. Si affermò dunque la Teoria del Big Bang. Modello cosmologico che dà conto di alcune proprietà degli astri, altrimenti inspiegabili, ma che nel contempo pone dei quesiti di non facile soluzione: tra questi l'origine stessa dell'universo e perciò dello spazio e del tempo. Per risolvere due questioni insite nel modello di universo generatosi dal Big Bang, nel 1979 un giovane cosmologo, A. Guth, «inventò» l'inflazione: uno stadio evolutivo del cosmo in cui s'ipotizza che l'universo, all'età 10^-34 secondi, subì una rapida espansione durante la quale tutte le distanze sarebbero aumentate di un fattore enorme, pari a 10^50 volte. L'idea dell'espansione però non risolse la questione della genesi dell'universo. Genesi che invece trova una soluzione nel modello cosmologico ideato dal russo A. Linde, che tenendo conto della teoria del Big Bang e di quella dell'Inflazione teorizzò l'esistenza di un universo eterno, definito Multiverso. Il multiverso secondo Linde contiene infiniti universi, e tra questi anche il nostro che, come gli altri, si sarebbe formato da una «fluttuazione quantistica» in una qualsiasi regione dello spazio-tempo di un altro universo preesistente. In eguale misura, simili fluttuazioni potrebbero crearsi in zone del nostro universo, da cui si genererebbero altri universi secondo un processo dove non esiste né inizio né fine. Non vi è alcun motivo dunque di descrivere il cosmo come il contenitore di se stesso e di tutto quanto esiste, ma lo si può teorizzare come un componente delle infinite famiglie di universi che si generano, si evolvono e e si estinguono nell'eterno Multiverso. In tal caso il tempo che ha avuto inizio nel momento del Big Bang è il tempo del nostro universo: un tempo che ha un inizio e una fine nell'eterno tempo del Multiverso.

Qualunque sia la natura del tempo, sembra che la temporalità sia una caratteristica di tutti gli organismi. La cronobiologia indica che gli esseri viventi sono soggetti a variazioni periodiche, oggi prevedibili, apparentemente sincronizzati con il succedersi del giorno e della notte, con il susseguirsi delle settimane, dei mesi e degli anni. Fu Linneo, nel XVIII secolo, a ipotizzare una sorta di temporizzazione interna nel mondo vegetale. Lo scienziato svedese, basandosi sulle osservazioni di alcune foglie e fiori che si aprivano e chiudevano periodicamente durante il giorno e la notte, formulò l'ipotesi che le piante fossero governate da una specie di horologium florae. Per quanto concerne gli esseri umani è stato ipotizzato che l'ipotalamo possa essere la sede di un orologio naturale. Depone a favore di quest'ipotesi il fatto che la temperatura del corpo segue le variazioni circadiane e che il centro termoregolatore si trova esattamente nell'ipotalamo.

Con le ricerche sui fenomeni irreversibili in termodinamica, e in particolare con la teoria delle strutture dissipative, per le quali gli fu conferito il premio Nobel nel 1977, il chimico Prigogine ha introdotto un cambiamento radicale dei concetti di evoluzione termodinamica dei sistemi fisici, dimostrando che nei «sistemi aperti» che operano lontano dall'equilibrio termodinamico i processi irreversibili hanno un ruolo costruttivo per la chimica e indispensabile per la vita. Le ricerche di Prigogine sono innovative in fisica, in chimica e in biologia e coinvolgono la stessa epistemologia del tempo, che viene qui ritenuto reale e strettamente collegato alla natura umana.

L'idea del tempo, il senso del suo fluire dal passatO al futuro e il connesso senso di causalità fra gli eventi, sono certamente fra le più fondamentali delle esperienze umane. Il tempo viene normalmente concepito come una realtà unidimensionale disgiunta ed indipendente dallo spazio tridimensionale. Nello spazio si ha il controllo di tutte e tre le dimensioni, invece nel tempo si puo operare soltanto nel fuggevole presente, mentre il passato è solo un ricordo e del futuro si possono formulare soltanto previsioni.

Esistono, tuttavia, numerosissimi casi «anomali» dell'idea del fluire del tempo. La letteratura medica riporta molti casi di persone che, a causa delle particolari condizioni di salute in cui versano (nevrosi, psicosi, esperienze di prossimità alla morte, life preview, life review) o perché assumono droghe oppure praticano la meditazione profonda, descrivono idee «diverse» dello spazio e del tempo. Il tempo in queste condizioni è generalmente delineato come espanso o contratto e, talvolta, come fortemente discontinuo o frammentato. In alcuni casi estremi, è tratteggiato come se si fermasse del tutto o si espandesse senza limiti (senso di eternità o di atemporalità). Anche la percezione dello spazio è riferita come fortemente alterata, tanto che lo spazio sembra apparire amplificato o compresso, condensato o rarefatto, e perfino con un numero differente di dimensioni. Può, per esempio, diventare bidimensionale (piatto), acquistare altre dimensioni, o può essere anche pensato come un semplice punto. I diversificati stati alterati della percezione del mondo reale, specie negli stati di «malattie» della coscienza, distorcono l'idea del tempo in un modo che non è certamente compatibile con il tempo indicato dalla fisica, un tempo lineare e formato da una sequenza di istanti tutti eguali.

Ciò pone dei seri interrogativi. il tempo effettivamente una illusione, come asserisce Einstein, dovuta alla nostra mente ed è perciò «fuori dalla fisica», oppure è un ente reale e connesso con la nostra natura e dunque oggetto della fisica come vuole Prigogine?

La rivoluzione quantistica, iniziata con Planck nel 1900, ha introdotto nuovi interrogativi sull'essenza della realtà, sulla sua mutevolezza e sulla nostra capacità di interpretarle. La strada verso nuove e fino ad allora inimmaginate possibilità interpretative della realtà l'aprì, ancora una volta, Einstein nel 1935 con il famoso paradosso EPR. In esso, la misura delle proprietà di una particella da parte di uno sperimentatore sembra dipendere strettamente dalle proprietà di un'altra particella misurata da un altro sperimentatore, anche se la distanza fra i due è tale da non potersi scambiare l'informazione sulle rispettive misure, a causa della velocità finita della luce. Esperimenti effettuati da Aspect nel 1981 risolsero il paradosso indicando la necessità di una nuova rappresentazione della struttura dello spazio-tempo a scale microscopiche. E non è tutto. Il principio di indeterminazione di Heisenberg contempla che le proprietà dei fenomeni osservati dipendono dalle modalità stesse delle osservazioni ciò pone gravi dubbi sulla possibilità di conoscere in tutti gli aspetti la realtà che ci circonda. In particolare, la meccanica quantistica evidenzia che un fenomeno possiede, prima di essere osservato, diverse possibili proprietà potenziali con differenti probabilità di materializzazione, mentre una e una soltanto se ne realizza, in modo imprevedibile, all'atto dell'osservazione. Ciò è in netto contrasto con il determinismo e rompe la simmetria temporale delle equazioni del moto, caposaldo della fisica classica come anche della relatività einsteiniana.

La soluzione del problema è demandata alla ricerca di nuovi strumenti di indagine, possibilmente congiunti alla nascita di inediti scenari concettuali.

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3 Cronobiologia

La Cronobiologia analizza i ritmi biologici degli organismi in funzione del tempo. Per quanto riguarda la specie umana, i bioritmi, a seconda della loro ciclicità, sono stati classificati in bioritmi circadiani, infradiani, circasettani, circatrigintani e circannuali. I bioritmi circadiani classificano numerosi processi e funzioni biologiche nonché alcune manifestazioni comportamentali che si ripetono nell'arco di tempo di circa ventiquattro ore. Gli infradiani determinano quelle funzioni che si ripropongono in tempi minori delle ventiquattro ore, mentre gli ultradiani raggruppano quelli che avvengono in un arco di tempo maggiore alle ventiquattro ore. I bioritmi circasettani designano le manifestazioni e i processi biologici che si ripetono nel lasso di tempo di una settimana circa. Quelli che avvengono più o meno nell'arco di un mese sono detti bioritmi circatrigintani. Infine i bioritmi circannuali racchiudono tutte quelle manifestazioni che si ripetono in un organismo all'incirca, nel periodo di un anno. L'esistenza dei bioritmi circasettani, circatrigintani, circannuali, lascia perplessi molti ricercatori e sotto molti aspetti è ancora da dimostrare.

Il ritmo circadiano sembra presiedere a numerosi processi biologici, manifestazioni comportamentali e addirittura ad alcuni cicli vitali: tra questi uno dei più analizzati è l'alternarsi sonno-veglia. Questo ciclo non è uguale per tutti. In alcuni casi si registrano delle modificazioni significative dell'alternanza sonno-veglia. Diversi fattori possono modificarlo sino al punto di perdere la sincronizzazione con il ciclo giorno-notte. Le cause di questa discordanza possono essere molteplici. Le più comuni sono dovute a ragioni di lavoro. Altre, che si registrano in misura minore, sono quelle dovute a peculiarità prettamente fisiche e sono connaturate ad ogni singolo individuo. Alcuni ottengono prestazioni psicofisiche più soddisfacenti in certe ore della notte piuttosto che nelle ore diurne, mentre altri presentano un ciclo caratteristico che si palesa in orari completamente diversi. Taluni soggetti sono classificati a seconda del loro ciclo sonno-veglia in «mattinieri» oppure in «serotini». Il ciclo sonno-veglia dunque non è standardizzabile e si ritiene che sia, tra tutti i bioritmi, il più duttile e adattabile.

Diversi anni prima dell'inizio delle esplorazioni spaziali umane s'iniziò ad analizzare il ciclo sonno-veglia con l'intento di appurare se fosse realmente legato all'alternarsi del giorno e della notte. Inoltre si tentò di comprendere se in assenza di un temporizzatore esterno si verificasse entro l'arco delle ventiquattro ore. Era importante scoprire come si sarebbe comportato questo bioritmo e come si sarebbe manifestato nel caso che vivessimo, a lungo, in un luogo dove non c'è né giorno né notte e dove le ore segnate dagli orologi non avrebbero più alcun significato.

A quell'epoca era una questione basilare che riguardava i primi voli orbitali con astronauti a bordo nonché i ricercatori scientifici che vivono per lungo tempo nelle regioni polari.

Per verificare negli esseri umani la possibile esistenza endogena del ciclo circadiano alcuni volontari si sono fatti rinchiudere per mesi, e da soli, in grotte o abitacoli sotterranei. Durante la loro permanenza non hanno avuto nessun contatto con l'esterno. Erano inoltre privi di orologi. I primi esperimenti sono stati condotti nel 1962. I ricercatori J. Aschoff e R. Wever sperimentarono di chiudere dei volontari in una grotta sotterranea per due mesi. La grotta attrezzata con diverse apparecchiature scientifiche collegate con l'esterno permise di studiare il comportamento delle persone che si prestarono a rimanere sottoterra. Durante i due mesi si è registrata la comparsa spontanea di un ciclo attività-riposo del periodo di circa 25 ore. Lo stesso esperimento fu ripetuto nel 1964 da S. Siffre, il quale ottenne risultati simili.

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4 Viaggiare tra le stelle

Prima o poi saremo in grado di viaggiare tra le stelle. Probabilmente nei prossimi decenni colonizzeremo la Luna e Marte, e forse visiteremo qualche satellite che rivolve attorno ai giganteschi pianeti gassosi. Infine, quando la tecnologia ce lo consentirà, intraprenderemo dei viaggi interplanetari. In tale prospettiva sarebbe il caso, sin d'adesso, di analizzare con un'ottica diversa i bioritmi. Soprattutto si dovrebbero individuare quelli realmente fondamentali per la vita: giacché, lontani dalla Terra, si dovrà tener conto esclusivamente di essi per trovare una maniera ottimale di computare il tempo.

Soltanto qualche decennio fa questa idea poteva sembrare fantascientifica; ma il veloce sviluppo della tecnologia, che realizza macchine sempre più sofisticate per viaggiare negli spazi siderali, costringe a valutare nuovi modelli di vita mai sperimentati dagli esseri umani.

Nel caso di lunghi viaggi spaziali tornano utili i dati raccolti dagli esperimenti condotti su volontari che si sono prestati a restar chiusi per lunghi periodi in alcune grotte. Tali esperienze hanno dimostrato che molte funzioni degli organismi sono regolate nel tempo da un timer, squisitamente endogeno, che non tiene conto del computo del tempo artificiale degli orologi e dei calendari ma con essi si sincronizza soltanto perché viviamo sulla Terra. Sotto molti aspetti la sua esistenza è stata confermata dal comportamento e dall'idea del tempo che hanno mostrato le persone chiuse nelle grotte per diversi mesi. In tutti questi test si è notato, nei soggetti che si sono prestati a far da «cavia», la presenza di un ritmo circadiano endogeno che varia da 25 a 30 ore, mentre si è scoperta la totale scomparsa dei bioritmi circasettani che designano le manifestazioni e le funzioni che si ripetono nel lasso di tempo di una settimana circa, e molti di quelli circatrigintani che avvengono più o meno nell'arco di un mese.

Chi si è sottoposto a questi esprimenti ha mantenuto, se pur sfalsato di qualche ora, un ciclo circadiano non più basato sul ciclo giorno-notte, bensì sul ritmo naturale sonno-veglia. Il fatto che al ciclo giorno-notte si sia sostituito, naturalmente, il ritmo sonno-veglia, indica che il nostro organismo si basa su un orologio naturale endogeno per regolare i diversi processi e le varie funzioni vitali. Senza aver bisogno di alcun riferimento artificiale per scandire il tempo: ossia, l'orologio e il calendario.

Si è notato che i bioritmi circasettani e circatrigintani sono quasi del tutto scomparsi e la loro mancanza non è stata avvertita dai volontari chiusi dentro le grotte.

Da questi esperimenti si potrebbe dedurre che questi bioritmi non siano connaturati con gli esseri viventi come lo è il bioritmo circadiano. La causa per la quale non hanno risentito a livello fisico e psichico della scomparsa dei bioritmi circasettani e circatrigintani potrebbe esser dovuta al fatto che le giornate, le settimane e i mesi sono delle invenzioni e convenzioni del tutto umane e hanno un significato esclusivamente astronomico che regola la vita soltanto sulla Terra. Non esistono in natura. Sicché il nostro cervello più antico, dove si pensa che abbia sede l'orologio naturale, non li ha mai computati e quantificati istintivamente. Sembra che la mente senza l'ausilio di riferimenti artificiali, i calendari, perda questa peculiare cognizione del fluire del tempo. Per quanto concerne i bioritmi circannuali, che racchiudono tutti quelle manifestazioni che si ripetono in un organismo all'incirca nel periodo di un anno, non si hanno ancora delle prove certe per poter asserire che anch'essi scompaiono. Questi esperimenti sono eccezionalmente importanti in quanto indicano che è necessario appurare nei dettagli come «funziona» il nostro orologio biologico e soprattutto scoprire se per sua natura scandisce il trascorrere delle settimane, dei mesi, degli anni nel momento in cui non ha più i riferimenti in questo caso i calendari che abbiamo sul nostro pianeta per computare il trascorrere del tempo.

In vista dei prossimi viaggi interplanetari è estremamente rilevante verificare quali ritmi biologici sono veramente connaturati con gli organismi e quali sono del tutto privi di fondamenti fisiologici in quanto arbitrariamente correlati a degli artifizi per misurare il fluire del tempo, che hanno un significato soltanto sulla Terra.

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5. Il tempo nella moderna cosmologia

di Margherita Hack


1 Due teorie cosmologiche a confronto

stato accennato nel capitolo precedente alle due prevalenti teorie cosmologiche che hanno dominato la prima metà del XX secolo: il modello dell'universo stazionario e quello dell'universo evolutivo.

Il primo è infinito nel tempo e nello spazio, e la sua densità rimane costante perché la stessa energia di espansione si trasforma in energia di creazione della materia. In esso non si può propriamente parlare di un tempo cosmico, data la sua eternità e stazionarietà, ma solo di tempi locali, propri di ogni singola galassia o ammasso di galassie. L'altro ha avuto un inizio e una continua evoluzione da uno stato ad altissime temperature e densità allo stato attuale. Nel primo, l'entropia resta costante, nel secondo si ha, a grande scala, un continuo aumento dell'entropia.

Malgrado le simpatie di carattere personale, legate alle credenze filosofiche o religiose di ciascuno scienziato, che portavano a preferire l'uno o l'altro modello, cosmologi e astrofisici cercavano di immaginare quali prove osservative si potessero attuare, per stabilire quali dei due modelli spiegasse meglio l'universo reale.

Un'osservazione possibile consisteva nello stabilire se la densità spaziale delle galassie era rimasta sempre la stessa, sia nel passato remoto sia nel passato prossimo, o se era andata diminuendo. Poiché le informazioni ci sono portate dalle radiazioni emesse dalle galassie, quando osserviamo galassie lontane parecchi miliardi di anni luce, le vediamo come erano miliardi di anni fa. Potremo così confrontare la densità spaziale delle più lontane galassie osservabili con quella delle galassie relativamente vicine qualche decina di milioni di anni luce. Questo tipo di osservazioni fu svolto fra la fine degli anni Cinquanta e gli anni Sessanta dai radioastronomi. Infatti a quell'epoca i radiotelescopi permettevano di osservare galassie più lontane dei telescopi ottici. Tuttavia la loro capacità di risolvere dettagli era molto minore di quella dei telescopi ottici. Le osservazioni dettero qualche indizio a favore dell'universo evolutivo, ma lo scarso potere risolutivo era fonte di errore nei conteggi; e poteva capitare che uno stesso oggetto fosse contato due volte, falsando la determinazione della densità spaziale delle galassie. come se un osservatore miope che volesse contare quanti abitanti ci sono per km quadro in una grande città, contasse per sbaglio lo stesso soggetto due o tre volte.

L'altro tipo di osservazioni fu suggerito dal fisico di origine russa George Gamow, le cui simpatie andavano all'universo evolutivo. Egli pensava che se effettivamente l'universo avesse avuto origini da uno stato ad altissima temperatura e densità, sarebbe stato riempito di radiazione termica corrispondente a quelle altissime temperature, e quindi avrebbe irraggiato come un corpo nero con un massimo di emissione nel dominio dei raggi gamma ed X. A causa dell'espansione la temperatura diminuisce, pur restando sempre quella tipica di un corpo nero. Gamow previde che dopo una decina di miliardi di anni la temperatura doveva essere scesa a circa 5 gradi assoluti (-268 gradi centigradi) e perciò il massimo di emissione doveva cadere a lunghezze d'onda millimetriche. La previsione di Gamow fu verificata per caso diciassette anni dopo, quando la tecnologia di misura delle radiazioni a microonde era stata sviluppata e impiegata per i collegamenti con i satelliti artificiali per telecomunicazioni. Furono infatti due ingegneri della Bell Telephone Company, Arno Penzias e Robert Wilson, che studiavano le cause di rumore che disturbavano queste trasmissioni, a scoprire la presenza di un rumore di fondo che proveniva con intensità costante da tutte le direzioni della volta celeste. Essi non si resero conto di cosa si trattasse, ma pubblicarono la notizia su «Nature», e questa fu letta da Robert Dicke e James Peebles, dell'Università di Princeton, che stavano proprio lavorando ad un progetto per rivelare la radiazione predetta da Gamow. Bruciati sul tempo dai due ingegneri, capirono subito che Gamow aveva ragione e che questa scoperta era la prova definitiva a favore del modello evolutivo, poiché un universo stazionario che non era mai passato attraverso una fase ad altissima temperatura, non era in grado di spiegare la presenza di questa radiazione.

Questa aveva un massimo di intensità intorno a qualche millimetro di lunghezza d'onda e indicava una temperatura di circa 3 gradi assoluti. Fu chiamata «radiazione fossile» perché rappresenta davvero la più antica immagine osservabile direttamente dell'universo primordiale.

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4 Evoluzione caotica del Modello Mentale di Realtà

La grande mole di risultati prodotta dagli studi sui sistemi complessi sta profondamente modificando la nostra cultura (non solo scientifica), avendo messo chiaramente in evidenza che l'ordine nasce e si modifica continuamente e spontaneamente in natura in modo caotico e impredicibile, ma sempre accompagnato da processi di auto-organizzazione a qualsiasi livello di complessità: nei processi chimici e biologici cui si è fatto cenno ma anche in quelli che determinano l'evoluzione del clima, nell'andamento dell'economia e finanche nello sviluppo delle società umane. Un dato non controverso è che, nei sistemi biologici, l'informazione in ingresso viene inserita nel contesto generale di una informazione pre-esistente nel sistema, che la interpreta e la integra con processi che sono certamente molto più complessi di quelli di tipo puramente sintattico dell'intelligenza artificiale tipo macchina di Turing. Questa consapevolezza ha prodotto una serie di studi nel tentativo di elaborare una teoria semantica dell'informazione, proprio allo scopo di inserire ogni nuova informazione nel contesto di quella pre-esistente. Notevoli a questo riguardo sono i contributi di Marvin Minski con la sua teoria delle reti semantiche, contributi che hanno portato alla definizione della teoria delle reti neurali. Sulla scia degli studi sugli automi cellulari e utilizzando la teoria del caos e la teoria delle informazioni, il bio-matematico Stuart Kauffman ha sviluppato lo studio delle reti binarie, reti in cui il valore ed il comportamento dei singoli nodi è determinato dallo stato dei nodi adiacenti. Gregoire Nicolis, Ichiro Tsuda ed altri hanno quindi sviluppato modelli di funzionamento delle reti neurali nei quali l'attività viene determinata dagli stimoli provenienti dall'esterno del sistema, stimoli che, per mezzo di retroazioni, conducono alla formazione di nuove connessioni neurali per la stabilizzazione dei processi di memorizzazione.

Un esempio molto interessante di auto-organizzazione di tipo caotico è offerto, nel contesto delle scienze sociali, dall'evoluzione a lunghe scale di tempo del cosiddetto «modello mentale di realtà» (MMR, dall'inglese Mental Model of Reality) dei singoli individui all'interno della società, o gruppo sociale, a cui appartengono. L'MMR contiene la nostra visione del mondo esterno, costituita da un insieme variegato di opinioni sui vari aspetti della realtà vissuta, opinioni che sono interconnesse in un unico costrutto mentale capace di interpretare globalmente i fenomeni esterni.

Con la nascita e lo sviluppo delle società umane, i costrutti mentali dei singoli individui cominciarono ad incorporare tutti quegli aspetti della conoscenza legati alla coesistenza sociale (leggi, tradizioni, attività comuni), determinando la nascita e lo sviluppo del fenomeno dell'intersoggettività, che serve da base per la creazione di una visione collettiva del mondo all'interno della società stessa. Ogni visione individuale, comunque, oltre a tenere conto della enorme quantità di informazioni ricevute dall'esterno, comprende anche dati e connessioni non sempre sperimentate personalmente ma che sono assunte come vere per intuizione o per credo (ideologico, religioso, politico) e che si rendono necessarie per una visione quanto più completa e soddisfacente possibile in funzione delle necessità fisiche e psichiche contingenti di ognuno di noi. In ogni caso, la continua interazione e il feedback con gli altri elementi della società e con l'ambiente sottopongono a continue modifiche i «modelli mentali di realtà» di ognuno di noi in tutti i loro aspetti, il che porta con il tempo a ridurre le differenze individuali di vedute nonché la quantità di assunzioni non confortate da osservazioni dirette, stabilizzando così il modello per qualche tempo.

Il processo, tuttavia, non è lineare e presenta importanti analogie con i processi caotici per il fatto di incontrare durante il suo cammino una serie innumerevole di scelte (punti di biforcazione) che continuamente ci si presentano nel corso della vita. Scelte che possono variare in modo impredicibile in funzione del nostro stato (fisico, mentale, economico, ecc.).

Il continuo confronto fra i modelli mentali dei singoli individui fa evolvere anche la visione collettiva verso un «modello sociale di realtà» (SMR, Social Model of Reality), che contribuisce anche alla definizione consensuale di metodologie di indagine e di regole di comunicazione. Anche questo processo a larga scala presenta analogie con i processi caotici. Basti pensare alla improvvisa apparizione nel contesto sociale di personalità di grande carisma e capacità comunicative, che con teorie innovative riescono a imporre nuovi e rivoluzionari modelli di vita per lunghi periodi di tempo; la storia ce ne dà innumerevoli esempi in tutti i campi, dalla scienza all'economia, dalla politica alla religione. La stabilizzazione di questi modelli, ancora una volta, non dura per sempre e nuovi punti di biforcazione sono in agguato (nuove scoperte, posizioni eretiche, rivoluzioni) per nuovi processi di auto-organizzazione verso nuovi modelli sociali.

L'evoluzione temporale attraverso la formazione e lo sviluppo caotico di ordine per mezzo dell'auto-organizzazione è quindi un principio generale a cui obbedisce la natura in tutti i suoi aspetti, il che rimette in discussione concetti che sembravano essere da tempo assurti al rango di verità acquisite e definitive. La consapevolezza della validità di questo principio ci avvicina sempre più, così come aveva auspicato Prigogine nella sua Nouvelle Alliance, alla possibilità di uno studio culturalmente unificato di tutti i fenomeni naturali, sia in ambito scientifico, sia in ambito umanistico, economico, politico e sociale.


5 Verso il disordine o verso l'ordine?

Tutta questa messe di risultati porta a pensare che l'origine e l'evoluzione della vita potrebbero derivare dalla tendenza della materia all'auto-organizzazione in condizioni di lontananza (ma non troppo) dall'equilibrio termodinamico in sistemi di complessità adeguata, in modo che il processo di scambio di informazione possa facilmente stabilizzarsi.

Le ricerche, specie quelle in campo biologico, hanno condotto anche ad un tentativo di riformulare in una visione olistica il funzionamento dei sistemi viventi, rivisitati alla luce della teoria del caos e visti come sistemi in cui ogni perturbazione proveniente dall'esterno produce effetti a catena che si diffondono in modo parzialmente imprevedibile nella rete di elementi di cui il sistema è composto. Questo tentativo ha prodotto un altro concetto di grandissima importanza per lo studio della complessità, del caos e dei sistemi viventi, il concetto di «sistema autopoietico», ovvero di sistema dotato di struttura a rete in cui i processi che avvengono fra i nodi sono strettamente interconnessi tramite feedback.

Il modello autopoietico, sviluppato dagli scienziati cileni Humberto Maturana e Francisco Varela, si riferisce al fatto che un sistema vivente può essere considerato una rete di relazioni a retroazione fra i suoi componenti. Relazioni tali da modificare (e sostituire se necessario) le funzioni dei singoli nodi allo scopo di mantenere stabile nel tempo il comportamento globale della struttura. Il sistema autopoietico è capace di rigenerarsi continuamente mentre si evolve, in quanto produce le sue componenti ed è a sua volta prodotto da esse in un processo continuo di interazione e feedback stimolato dalle perturbazioni dell'ambiente esterno.

All'inizio del XX secolo la freccia del tempo era considerata fenomenologia non degna di attenzione scientifica e perfino Einstein aveva detto che «il tempo è fuori dalla fisica». Tuttavia, l'enorme quantità di risultati scientifici prodotti negli ultimi decenni sulle strutture dissipative e sui sistemi caotici induce a riflettere maggiormente su queste convinzioni.

Considerando che l'aumento del disordine previsto dal secondo principio della termodinamica cammina di pari passo alla tendenza della materia inerte a sviluppare ordine e auto-organizzazione in sistemi complessi, fisici, chimici e biologici, qualcuno può veramente dire quale delle due tendenze avrà alla fine il sopravvento?

Gli elementi di casualità ed impredicibilità dell'evoluzione dei fenomeni naturali tendono a rivedere la visione tipo Block Universe e a favorire una visione storica e irreversibile della natura con processi dal risultato predicibile solo probabilisticamente. Le nozioni di ordine e disordine, quindi, lungi dal rimanere limitate al solo ambito scientifico, potrebbero avere un'importanza determinante per la descrizione dell'evoluzione dell'universo in tutti i suoi aspetti, inclusa l'evoluzione del pensiero umano e la freccia del tempo potrebbe essere una caratteristica intrinseca fondamentale. Per dirla con le parole di Prigogine:

L'obiettivo della fisica classica era descrivere ogni cosa in termini di leggi immutabili [...] noi al contrario vediamo dappertutto diversificazione, incremento della complessità, fluttuazione, amplificazione [...] La fisica classica voleva eliminare qualsiasi riferimento alla storia. La storia era concepita come qualcosa che esiste solo perché non comprendiamo le cause di un processo fisico. Quando riusciamo a conoscerne le cause allora l'elemento storico può essere eliminato [...].

L'universo non è così semplice. Non può essere ridotto ad eventi indipendenti dal tempo... a un certo punto è iniziata la vita, ad un certo punto ha avuto inizio l'Impero Romano, ad un certo punto sono nati gli esseri umani. E ciò è vero anche per l'universo: a un certo punto l'universo ha avuto inizio. Quindi la visione che oggi noi abbiamo è molto più temporale, storica. Ed essendo molto più temporale, narrativa, questa visione è, naturalmente, più vicina alle scienze umane. Le quali non possono essere comprese senza un riferimento a un elemento narrativo [...] il fatto che si è costretti a parlare di un universo in evoluzione, perché è l'unico modo per descrivere i fatti che si osservano, è una prova che la direzione del tempo non è una costruzione dell'uomo, ma è insita nella natura

(I. Prigogine, Intervista su «Tempo ed Entropia», Università di Bruxelles, 1988).

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Durante il XX secolo i diversi concetti di tempo estrapolati dalla cosmologia si ritrovano in numerose e molto spesso contrapposte correnti filosofiche: la filosofia del linguaggio, il pragmatismo americano, la logica matematica, la filosofia della mente, l'epistemologia, lo strutturalismo, la fenomenologia, l'esistenzialismo, l'ermeneutica, il decostruzionismo, le scuole «postmoderne» e tante altre. L'epistemologia, fra tutte queste correnti filosofiche, è quella che ha avuto, per tutto il XX secolo, un percorso lineare e coerente che continua ancora oggi con dibattiti, stimolati soprattutto dalle notevoli e importanti scoperte scientifiche e dalle nuove teorizzazioni della fisica e della matematica contemporanea. Nel Novecento l'epistemologia non è più il fulcro del contendere della teoria della conoscenza classica, così come era intesa nella sua più ideale accezione, divenendo una sperimentazione di una possibile estensione di fondamentali problematiche filosofiche. Questi argomenti accomunano in un unico percorso, che si sviluppa attorno ai grandi temi e alle grandi scuole di pensiero della filosofia della scienza contemporanea, i contributi di alcuni tra i maggiori esponenti dell'epistemologia di questo secolo, tra cui Hempel, Popper, Kuhn e Feyerabend .

Dal punto di vista della ricerca filosofica sull'elaborazione di un modello di tempo soggettivo, si è reso necessario trovare delle ipotesi di lavoro in cui si tiene conto dell'influenza dell'ambiente, della cultura e della velocità dei nuovi mezzi di informazione. Al di sopra di tutto si è tenuto conto che il tempo soggettivo non è mai perfettamente tale. In quest'ottica nel 1966 Frazer, uno degli ideatori e fondatori della «International Society for the Study of Time», ha enunciato sei specifiche definizioni del tempo. L' atemporalità: se il mondo viene considerato come un immenso campo elettromagnetico, il tempo non esiste. L'emissione, in un certo istante, di un fotone ed il suo successivo assorbimento per quanto riguarda il fotone è del tutto irrilevante. La prototemporalità: se il mondo viene considerato dal punto di vista delle particelle elementari, il tempo non è frammentato, è privo di direzione e non fluisce. Gli eventi possono essere localizzati solo in maniera statistica. L' eotemporalità: se il mondo è considerato come materia dotata di massa, il tempo in esso è continuo, ma privo di direzionalità e immobile. Non esiste in esso passato, presente e futuro. La biotemporalità: se il mondo viene considerato come luogo espressivo della materia vivente, esiste in esso passato, presente e futuro. Il tempo in esso è limitato e dominato da fenomeni antropici con limiti temporali comuni, ancorché tipici per tutte le specie animali. La nootemporalità: se il mondo viene considerato come interpretazione della mente umana, esistono il passato, il presente e il futuro con orizzonti illimitati. L'idea del presente è in funzione del livello della attenzione dei singoli individui. La sociotemporalità: se il mondo viene considerato come sistema integrato di espressioni culturali, esiste un tempo codificato attraverso i calendari e gli orologi. un tempo condiviso e convissuto da tutti gli esseri umani. Questo schema suscita notevoli spunti di riflessione, ed evidenzia come il tempo possa essere considerato da almeno sei punti di vista differenti.

Marcuse a proposito dell' atemporalità scrisse: è il modello ideale del piacere. Lo scorrere del tempo induce a dimenticare ciò che è stato e ciò che potrà essere. il nemico dell'eros ed il profondo alleato dell'ordine e della repressione. Valéry si riferì alla caduta della specie nel tempo come ad un segnale di alienazione dalla natura e affermò: «attraverso un certo tipo di abuso l'uomo crea il tempo». Feynman alla domanda cos'è il tempo rispose: «non chiedetemelo nemmeno. semplicemente troppo difficile pensarci». Non esiste strumento che possa registrare il suo fluire.

Anche i fisici, che normalmente si basano su attente misure per descrivere il mondo, quando trattano o tentano di definire il tempo ricorrono a dei ragionamenti sofistici. Per non dire che quando si domanda cosa ci sia stato prima del Big Bang i cosmologi si avvalgono, spesso, del dogma agostiniano affermando che l'universo si è generato col tempo e non nel tempo; sicché non ha alcun senso chiedersi cosa ci fosse prima della genesi dell'universo.

Una voce fuori dal coro fu quella di Prigogine . Era assolutamente convinto che il tempo fosse un ente naturale, sicché mise in discussione l'attuale modello cosmologico. Secondo Prigogine il futuro è aperto come lo è per Popper mentre il presente è a ogni istante un dispiegarsi di possibili, come affermava Valéry. Nei concetti della scienza occidentale sono insite leggi naturali deterministiche. Prigogine tiene conto della scoperta dell'instabilità dinamica, dei fenomeni caotici che obbligano a una riscrittura delle leggi della scienza classica al fine di includervi il temporale e il locale. Prigogine tentò di dimostrare, al contrario di quanto sosteneva Boltzmann, che la freccia del tempo non è apparente, ma reale. Non si genera dalle peculiari condizioni iniziali da cui si è originato l'universo, ma è inscritta nella realtà cosmica. Se le leggi, reversibili, della meccanica non contemplano la freccia del tempo bisogna riformularle. Occorre una nuova meccanica fondata sulla irreversibilità. Serve una nuova fisica del tempo direzionato che vada oltre la fisica di Newton e di Einstein.

Il tempo assume un ruolo fondamentale in questo contesto, in quanto non è più un'illusione, come sosteneva Einstein, ma diventa il «veicolo dell'irreversibilità». Si domandava Prigogine: sapremo conoscere e descrivere la natura con l'integrazione della freccia del tempo nelle leggi fondamentali della fisica? In ugual modo sostenne che il tempo non ha avuto né inizio né fine. Ormai è divenuta famosa la sua frase «il tempo precede l'esistenza». Affermava che il nostro universo non si è generato da una singolarità ma da una transizione di fase del vuoto quantistico che, come il Big Bang, è un processo irreversibile e l'irreversibilità non è altro che «una conseguenza dell'instabilità del pre-universo, indotta dalle interazioni tra la gravitazione e la materia». Sulla genesi del cosmo Prigogine formulò una sua teoria, in cui tenne conto di alcuni postulati contenuti nei modelli cosmologici dello «Stato Stazionario» e del «Big Bang».

In questo capitolo non abbiamo potuto ricordare tutti i filosofi che hanno tentato di comprendere l'essenza del tempo. Non sarebbe stata un'impresa possibile! Sono molti e tutti di grande valore. Ciò nonostante da quanto esposto si evince, chiaramente, che sino ad oggi non esiste una definizione del concetto di tempo che soddisfi appieno ogni suo aspetto. Chissà, in realtà, forse, il tempo è soltanto un'idea. Tale ipotesi è corroborata dal fatto che «le leggi della scienza non fanno una distinzione fra passato e futuro» e che «le leggi fondamentali sono completamente reversibili se applicate alla freccia del tempo». D'altro canto una o più cause dovranno pur esserci se la filosofia, la psicologia, la fisica, nonché tutte le discipline in cui il tempo assume un significato peculiare, non sono ancora riuscite a descrivere appieno la sua natura e a darne una spiegazione che soddisfi tutte le sue sfaccettature.

probabile che Einstein colse nel segno, quando a proposito del tempo, in una delle sue ultime lettere, scrisse: «la gente come noi, che crede nella fisica, sa che la distinzione fra passato, presente e futuro è solo un'ostinata e persistente illusione».

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Postfazione


Un argomento come il tempo, complesso, affascinante e dalle innumerevoli e suggestive sfaccettature non può essere affrontato in un solo volume. E forse non ne basterebbero neanche mille per discuterne tutti i suoi aspetti. Sicché non abbiamo potuto raccontare tutto quanto si è detto e si è scritto su di esso, attraverso trattati, saggi e dissertazioni esistenti su quest'argomento dagli albori delle civiltà sino ad oggi. Ciò non è dovuto soltanto ad una mera questione di spazio, ma soprattutto all'enorme quantità di problematiche che questa vasta letteratura propone. Da questa ricerca è emersa in tutte le sue coloriture la natura del tempo che pone, in fin dei conti, un'unica e semplice domanda che si evince e unisce tutte le diverse trattazioni, quasi fosse il filo conduttore di un comune romanzo. Un semplice e nel contempo irrisolvibile quesito che le lega sottilmente, rivelandosi a volte tra le righe e a volte esplicitamente: il tempo è un ente che esiste in natura oppure è una sensazione dell'anima?

Già 2500 anni fa Eraclito affermava, con convinzione, l'esistenza del tempo come ente naturale mentre Parmenide lo riteneva illusorio. Ma ancor prima di loro molti altri pensatori, di culture più antiche di quella greca, si trovarono a dibattere su questo stesso argomento. I risultati delle loro sofisticate disquisizioni furono consegnati alle generazioni successive senza che il quesito fosse risolto.

Il tempo, come Giano bifronte, offre due facce entrambe condivisibili e accettabili. E ancora oggi, a dispetto delle grandi conquiste della scienza del secolo scorso e le certezze da esse generate, si confrontano due antitetiche linee di pensiero. Il tempo è un espressione dell'anima per Albert Einstein, premio Nobel nel 1905 e nel 1922, mentre è un ente naturale per Ilya Prigogine, premio Nobel nel 1977.

Einstein, convinto che il fluire del tempo fosse solo «un'ostinata illusione dei nostri sensi», disse che «il tempo è fuori dalla fisica» e per meglio esprimere il concetto specificò che se la Luna potesse avere coscienza penserebbe di girare intorno al Sole per sua libera scelta e non per effetto della legge di gravità. Il suo non era un giudizio campato in aria ma si basava sui risultati della fisica, le cui leggi fondamentali, reversibili rispetto al tempo, hanno prodotto l'incredibile standard tecnologico che contraddistingue la nostra società.

Prigogine, al contrario di Einstein, riteneva il fluire del tempo una caratteristica intrinseca dell'universo. Anche il suo non era un giudizio campato in aria. Noi viviamo nel tempo. Un tempo il cui fluire si mostra anche con i nostri mutamenti fisici e psichici. Un tempo di cui, in qualche maniera, possiamo prevedere soltanto il futuro, che tentiamo in larghe linee di programmare con i nostri progetti. Il fuggevole presente, come affermava già 1600 anni fa Agostino di Tagaste, riusciamo ad apprezzarlo soltanto quando è già divenuto passato. E in quanto passato possiamo soltanto ricordarlo. Su queste basi si sono creati dei metodi comuni a tutte le civiltà di scandire il tempo. Orologi e soprattutto calendari permettono di collocare nel tempo tutti gli eventi trascorsi riferendoli a una comune cronologia. Se non esistesse una cronologia convenzionale non esisterebbe la storia, la quale è un artificio temporale per ordinare gli eventi. La storia se ben sfruttata ci permette di progettare un futuro migliore.

Si è detto in alcuni capitoli che la fisica (in particolare quella classica) non riesce a definire il fluire del tempo, né vuole essere condizionata da altre discipline come la psicologia o la biologia, preferendo costruire un ideale di universo potenzialmente visibile dal suo esterno, in modo exo-fisico, nella sua eternità temporale. Questo ideale rischia di generare un paradosso, un miscuglio incompatibile di determinismo e libero arbitrio in cui ogni uomo, cartesianamente libero di violare le leggi della natura, pretende di poter conoscere laplacianamente lo sviluppo futuro di tutti gli eventi, nonostante questo futuro sia determinato dalle scelte indipendenti e incognite di tutti gli altri esseri umani, tutti altrettanto cartesianamente liberi di violare le leggi della natura. Siccome la fisica non è la panacea che risolve tutti i quesiti, ha bisogno di confrontarsi con le altre discipline.

Nel cercare di risolvere questo paradosso, Prigogine diede l'avvio a un processo di revisione dei postulati su cui si basa la scienza, sostenendo che il fluire del tempo deve trovare posto adeguato in una fisica più connessa con tutte le altre discipline, soprattutto quelle umanistiche, e sicuramente più aderente alla realtà delle nostre percezioni, tenendo conto in special modo dell'evidente evoluzione irreversibile di tutti i fenomeni naturali e della tendenza della materia inerte ad auto-organizzarsi producendo ordine dal disordine.

Questo processo di revisione è ancora in corso e, anche se neanche un accenno di soluzione del problema sia ancora visibile all'orizzonte, l'intensa mobilitazione di intelligenze in atto in molti settori disciplinari in giro per il mondo ci incoraggia a sperare che possano a breve essere trovati nuovi strumenti di indagine scientifica e nuovi risultati che contribuiscano a superare, da un lato, lo stallo di risultati che caratterizza da molte decadi la ricerca in fisica e, dall'altro, i molteplici ostacoli che oggi si oppongono ai nostri sforzi volti a capire il funzionamento del cervello.

Innumerevoli neuroni tra essi connessi e interdipendenti costituiscono i cervelli. Dai più semplici a quelli più sofisticati sono governati da un continuo lavoro di scambio di informazioni tra le diverse sinapsi. Da poco tempo si è incominciato a scoprire come i neuroni dialogano tra essi. Tralasciando la complicata anatomia del cervello, oggi sappiamo che ogni sua peculiare regione è specializzata per espletare determinate funzioni fisiche e psichiche. Ci è noto anche che una sorta di timer «spegne» il cervello circa ogni 24 ore per una durata di 6-8 ore, interrompendo i nostri contatti con l'habitat in cui ci troviamo e facendoci dormire. Nell'economia degli organismi più complessi il sonno è necessario quanto l'alimentazione. Dunque il cervello, sin dalla comparsa dei più antichi primati, anche senza aver cognizione della natura del tempo, scandisce il suo fluire in un modo stupefacentemente ritmico.

Osservazioni dettagliate di organismi evoluti lasciano pensare che la coscienza si manifesta lentamente. Non compare dall'oggi al domani. Si raffina e si specializza lentamente e ogni nuova cognizione, concetto e idea appresa da una generazione è tramandata alle successive. Nell'arco di milioni di anni il nostro cervello si è talmente evoluto sino a prendere coscienza di esistere. E nel momento in cui siamo diventati uomini sapiens sapiens l'idea dello scorrere del tempo era già connaturata in noi. Quando ci siamo chiesti per la prima volta cosa fosse il tempo è equivalso a chiederci cosa sia la nostra coscienza, perché l'idea del tempo è uno dei tanti aspetti della nostra coscienza. Che il tempo sia un'espressione della nostra anima lo dimostrano gli stati alterati della coscienza dovuti a malattie o assunzioni di droghe che ne modificano l'idea del suo fluire. Comprendere in pieno come funziona il cervello potrebbe forse darci delle indicazioni su come coscientemente si manifesti l'idea del tempo.

significativo, al riguardo, il tentativo da parecchi anni messo in atto da Roger Penrose e David Chalmers di stabilire una scienza della coscienza, al cui centro si trova per l'appunto l'enigma irrisolto della natura del tempo, nonché la presenza di innumerevoli gruppi di ricerca e studio su molte altre problematiche a questo connesse, come per esempio l'intervento della soggettività nella scienza, l'interazione dell'osservatore con la natura e il suo ruolo (exo- o endo-fisico) nel formulare le sue teorie sul mondo, il ruolo della matematica, l'applicazione della meccanica quantistica al funzionamento del cervello umano e tante altre ancora. Problematiche ancora senza risposta.

Desta particolare curiosità, in questo contesto, il meticoloso lavoro di Metod Saniga che, utilizzando i metodi della geometria proiettiva, è riuscito a modellare, nel tentativo di oggettivarla, la direzionalità del tempo con i suoi aspetti patologici legati agli stati alterati della coscienza prodotti da malattie mentali, assunzioni di droghe o esercitazioni mistiche. Qui sono il ruolo e il significato della matematica ad essere messi pesantemente in discussione.

Si ripresenta insoluta l'antica questione che pone il quesito: la matematica esiste in natura e noi l'abbiamo scoperta oppure è un'invenzione del tutto umana? Se la matematica esistesse in natura sarebbe logico chiederci quante matematiche esistono? D'altro canto, dalle misure di Eratostene che si basavano su semplici cognizioni di geometria e aritmetica alla sofisticata Teoria della Relatività vi è un abisso non soltanto concettuale ma anche di linguaggio: per l'appunto matematico. Questa maniera di esprimersi in un linguaggio matematico sempre più complesso è dovuta a nuove scoperte di aspetti inesplorati di una matematica universale che esistevano in natura già al tempo di Eratostene, oppure sono conseguenti alla evoluzione del pensiero? La questione non è di facile soluzione e costringe in alcuni casi a porre in forma dubitativa determinati risultati che si possono definire soltanto tramite il linguaggio matematico.

Se la matematica è un Ente reale ed oggettivo, una Struttura immobile dell'universo che esiste indipendentemente dall'uomo che ne va con il tempo scoprendo la trama, come alcuni sostengono, allora il modello di Saniga ci dice che anche il fluire del tempo, per il fatto che segue le regole della matematica, è reale ed oggettivo, il che sembrerebbe, a prima vista, dare linfa all'opinione di Prigogine. Ma come conciliare, in questo caso, l'evoluzione temporale irreversibile degli eventi con l'esistenza di un Ente statico che esiste indipendentemente dall'evoluzione stessa?

Se, d'altra parte, la matematica fosse, come altri sostengono, soltanto un linguaggio, per quanto rigoroso, soggetto all'evoluzione irreversibile dell'interazione uomo-natura, anche per essa il concetto di oggettività verrebbe ricondotto ad una estensione sociale del concetto di soggettività, e il modello di Saniga non farebbe altro che ribadire la soggettività sociale del fluire del tempo. L'opinione di Einstein, anche se non necessariamente comprovata, riprenderebbe quota e l'illusorietà del fluire del tempo non potrebbe più essere esclusa, anche se rimarrebbe il problema di spiegarla all'interno di un contesto di tipo evoluzionistico.

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