È davvero possibile viaggiare nel tempo?

Le leggi della fisica affermano che, almeno in linea di principio, i salti temporali sono possibili. Eppure ancora nessuno è venuto a trovarci dal futuro. Alcuni fisici stanno cercando di affrontare il problema, scontrandosi con paradossi logici e quesiti filosofici
di Sarah Scoles/Scientific American
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Nei film, i viaggiatori nel tempo di solito entrano in una macchina e… “puff” – scompaiono. Poi riappaiono istantaneamente tra cowboy, cavalieri o dinosauri. In pratica, la finzione cinematografica mostra una sorta di teletrasporto temporale.

Gli scienziati non pensano che questa concezione sia verosimile nel mondo reale, ma nemmeno relegano i viaggi nel tempo al regno delle follie. In effetti, le leggi della fisica potrebbero permettere il salto cronologico, ma – come si dice – il diavolo si nasconde nei dettagli.
Viaggiare nel tempo verso il futuro prossimo è facile: lo stiamo già facendo tutti in questo momento alla velocità di un secondo al secondo, ma i fisici dicono che questa velocità può cambiare. Secondo la teoria specialedella relatività di Einstein, il flusso del tempo dipende dalla velocità con cui ci si muove. Più si viaggia velocemente, più i secondi passano lentamente. Secondo la teoria generaledella relatività di Einstein, anche la gravità influisce sugli orologi: più forte è la gravità nelle vicinanze, più lento è lo scorrere del tempo.

“In prossimità di corpi massicci, vicino alla superficie delle stelle di neutroni o anche sulla superficie della Terra, anche se si tratta di un effetto minimo, il tempo scorre più lentamente che lontano da queste masse”, afferma Dave Goldberg, cosmologo alla Drexel University.

Il punto debole dei viaggi nel tempo

Secondo Goldberg, se una persona si trovasse vicino al bordo di un buco nero, dove la forza di gravità è elevatissima, per lei potrebbero passare solo poche ore, mentre per una persona sulla Terra passerebbero 1000 anni. Se la persona che si trovava vicino al buco nero tornasse poi su questo pianeta, avrebbe effettivamente viaggiato nel futuro. “È un effetto reale e non è assolutamente controverso, sottolinea Goldberg.

Andare indietro nel tempo diventa però problematico (più problematico che essere fatti a pezzi all’interno di un buco nero). Gli scienziati hanno escogitato alcuni modi in cui sarebbe forse possibile, e da decenni sono a conoscenza dei paradossi del viaggio nel tempo nella relatività generale. Fabio Costa, fisico del Nordic Institute for Theoretical Physics (NORDITA), osserva che una prima soluzione di viaggio nel tempo è nata da una sceneggiatura scritta negli anni venti. L’idea prevedeva un lungo cilindro massiccio che girava velocemente, come paglia arrotolata tra i palmi delle mani, che deformava lo spazio-tempo insieme a esso. L’idea di come questo oggetto potesse agire come una macchina del tempo in grado di far viaggiare nel passato arrivò solo negli anni settanta, alcuni decenni dopo che gli scienziati avevano scoperto un fenomeno chiamato “curve temporali chiuse”.

“Una curva temporale chiusa descrive la traiettoria di un ipotetico osservatore che, pur viaggiando sempre in avanti nel tempo dal proprio punto di vista, a un certo punto si ritrova nello stesso luogo e nello stesso momento in cui è partito, creando un loop“, spiega Costa, “Questo è possibile in una regione dello spazio-tempo che, deformata dalla gravità, si chiude a loop su se stessa”.

“Einstein lesse delle curve temporali chiuse e fu molto turbato da questa idea”, aggiunge. Il fenomeno ha comunque stimolato la ricerca successiva.

Breve storia dei viaggi nel tempo

La scienza ha iniziato a prendere sul serio i viaggi nel tempo negli anni ottanta. Nel 1990, per esempio, il fisico russo Igor Novikov e il fisico americano Kip Thorne collaborarono a un lavoro di ricerca sulle curve temporali chiuse. “Iniziarono a studiare non solo come si potesse provare a costruire una macchina del tempo, ma anche in che modo avrebbe funzionato”, spiega Costa.

Ma, cosa altrettanto importante, hanno studiato i problemi del viaggio nel tempo. Che cosa succederebbe se, per esempio, si lanciasse una palla da biliardo in una macchina del tempo, questa viaggiasse nel passato e poi si scontrasse con il suo sé passato in un modo che il suo presente non potrebbe mai entrare nella macchina del tempo? “Sembra un paradosso”, dice Costa.

Dagli anni novanta, dice, c’è stato un interesse continuo per l’argomento, ma senza grandi scoperte. Oggi il campo non è molto attivo, in parte perché ogni modello proposto di macchina del tempo presenta dei problemi: “Ha alcune caratteristiche attraenti, forse un certo potenziale, ma poi, quando si iniziano ad approfondire i dettagli, finisce per esserci una sorta di blocco”, spiega Gaurav Khanna, dell’Università di Rhode Island.

Per esempio, la maggior parte dei modelli di viaggio nel tempo richiede una massa negativa e quindi un’energia negativa perché, come rivelò Albert Einstein quando scoprì che E = mc², massa ed energia sono la stessa cosa. Almeno in teoria, così come una carica elettrica può essere positiva o negativa, lo stesso vale per la massa, anche se nessuno ha mai trovato un esempio di massa negativa. Perché il viaggio nel tempo dipende da questa materia esotica? In molti casi, è necessaria per tenere aperto un wormhole, un tunnel nello spazio previsto dalla relatività generale che collega un punto del cosmo a un altro.

Senza la massa negativa, la gravità causerebbe il collasso di questo tunnel: “Si può pensare che contrasti la massa o l’energia positiva che vuole attraversare il wormhole”, aggiunge Goldberg.

Khanna e Goldberg concordano sul fatto che è improbabile che esista una materia con massa negativa, anche se Khanna osserva che alcuni fenomeni quantistici promettono, per esempio, energia negativa su scale molto piccole. Ma questo non sarebbe “neanche lontanamente vicino alla scala necessaria” per una macchina del tempo realistica.

Queste sfide spiegano perché Khanna abbia inizialmente scoraggiato Caroline Mallary, allora sua studentessa all’Università del Massachusetts a Dartmouth, dal realizzare un progetto di viaggio nel tempo. Mallary e Khanna andarono comunque avanti e arrivarono a una macchina del tempo teorica che non richiedeva una massa negativa. In forma semplificata, l’idea di Mallary prevede due automobili parallele, ciascuna fatta di materia ordinaria. Se si lascia una macchina parcheggiata e si fa sfrecciare l’altra con un’accelerazione estrema, si formerà una curva temporale chiusa tra le due.

Facile, no? Ma se da un lato il modello di Mallary elimina la necessità di una materia negativa, dall’altro aggiunge un altro ostacolo: richiede una densità infinita all’interno delle auto perché queste possano influenzare lo spazio-tempo in modo utile per i viaggi nel tempo. La densità infinita si trova all’interno di un buco nero, dove la gravità è così intensa da schiacciare la materia in uno spazio incredibilmente piccolo chiamato singolarità. Nel modello, ognuna delle macchine deve contenere una singolarità di questo tipo: “Uno dei motivi per cui non c’è molta ricerca attiva su questo genere di cose è dovuto a questi vincoli”, chiarisce Mallary.

Altri ricercatori hanno elaborato modelli di viaggio nel tempo che prevedono l’uso di un wormhole, ovvero un tunnel nello spazio-tempo da un punto all’altro del cosmo: “È una specie di scorciatoia attraverso l’universo”, spiega Goldberg. Immaginate di accelerare un’estremità del wormhole fino a quasi la velocità della luce e poi di rimandarla al punto di partenza: “Le due parti non sono più sincronizzate: una è nel passato, l’altra nel futuro”, spiega Goldberg. Spostandosi tra le due parti, si viaggia nel tempo.

Si potrebbe ottenere qualcosa di simile spostando un’estremità del wormhole vicino a un grande campo gravitazionale, come un buco nero, e mantenendo l’altra estremità vicino a una forza gravitazionale più piccola. In questo modo, il tempo rallenterebbe sul lato della grande gravità, permettendo essenzialmente a una particella o a qualche altro pezzo di massa di risiedere nel passato rispetto all’altro lato del wormhole.

La creazione di un wormhole richiede però una massa e un’energia negative. Un wormhole creato con massa normale collasserebbe a causa della gravità. “La maggior parte dei progetti tende ad avere problemi simili”, sostiene Goldberg. Sono teoricamente possibili, ma al momento non c’è un modo fattibile per realizzarli, un po’ come una pizza dal buon sapore ma senza calorie.

E forse il problema non è solo che non sappiamo come realizzare macchine per viaggiare nel tempo, ma anche che non è possibile farlo se non su scale microscopiche, come sosteneva il fisico Stephen Hawking. Egli propose la congettura della protezione cronologica: l’universo non permette di viaggiare nel tempo perché non permette di alterare il passato. “Sembra che esista un’agenzia di protezione della cronologia, che impedisce la comparsa di curve temporali chiuse e quindi rende l’universo sicuro per gli storici”, ha scritto Hawking in un articolo del 1992 su “Physical Review D”.

Parte del suo ragionamento riguardava i paradossi che il viaggio nel tempo avrebbe creato, come la già citata situazione della palla da biliardo e la sua controparte più famosa, il paradosso del nonno: se torni indietro nel tempo e uccidi tuo nonno prima che abbia dei figli, non puoi nascere, e quindi non puoi viaggiare nel tempo, e quindi non puoi aver ucciso tuo nonno. E quindi sei ancorà qui.

Queste complicazioni interessano il filosofo del Massachusetts Institute of Technology Agustin Rayo, perché i paradossi non mettono solo in discussione la causalità e la cronologia. Fanno sembrare sospetto anche il libero arbitrio. Se la fisica dice che si può tornare indietro nel tempo, allora perché non si può uccidere il proprio nonno? “Che cosa ti ferma?”, dice Rayo. Non sei forse libero?

Rayo sospetta però che il viaggio nel tempo sia compatibile con il libero arbitrio: “Ciò che è passato è passato – sottolinea – quindi se mio nonno è sopravvissuto abbastanza a lungo da avere dei figli, viaggiare indietro nel tempo non cambierà le cose. Perché fallirò se ci provo? Non lo so perché non ho abbastanza informazioni sul passato. Quello che so è che in qualche modo fallirò.”

Se andaste a uccidere vostro nonno, in altre parole, forse scivolereste su una banana durante il tragitto o perdereste l’autobus. “Non è che trovereste una forza speciale che vi costringe a non farlo: fallireste per ragioni perfettamente banali”, continua Costa.

Nel 2020 Costa ha lavorato con Germain Tobar, allora suo studente all’Università del Queensland, in Australia, sulla matematica che sarebbe alla base di un’idea simile: il viaggio nel tempo è possibile senza paradossi e con libertà di scelta.

Goldberg è in un certo senso d’accordo con loro: “Io appartengo sicuramente alla categoria di coloro che pensano che se può esistere un viaggio nel tempo, esso sarà costruito in modo da produrre una visione autoconsistente della storia – conclude – perché questo sembra essere il modo in cui sono costruite tutte le altre leggi fisiche.”

Nessuno sa quale sarà il futuro dei viaggi nel tempo nel passato. E finora nessun viaggiatore del tempo è venuto a parlarcene.