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FISICA/ Quei tre secondi che segnalano la nostra percezione del tempo

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Un'apparecchiatura per la risonanza magnetica  Un'apparecchiatura per la risonanza magnetica

Se ci sono degli scienziati da sempre in corsa contro il tempo, questi sono i fisici: dapprima hanno imparato a misurarlo, poi l’hanno assunto come parametro principale delle loro equazioni, poi, da circa un secolo, si sono imbattuti nei paradossi della teoria della relatività e della meccanica quantistica e su questi si stanno ancora confrontando. E le implicazioni non sono solo scientifiche: coinvolgono in pieno grandi questioni filosofiche ma rimettono anche in discussione concetti che sembravano inossidabili, come quello di contemporaneità o quello di consequenzialità tra cause ed effetti: concetti che hanno un evidente impatto nella vita e nella esperienza quotidiana di tutti. Ecco alcuni motivi di interesse per il dibattito che vedrà ingaggiati domani al Meeting tre star della fisica contemporanea: l’inglese Paul Davies, lo spagnolo José Ignacio Latorre e l’italiano Marco Bersanelli, che si confronteranno su “La natura del tempo, nella scienza e nell’esperienza umana”. In vista dell’incontro, ilsussidiario.net ha intervistato Latorre.

 

Quali sono le idee della Teoria della Relatività che più influenzano la nostra comprensione del tempo?

La definizione del tempo in fisica è profondamente collegata alla costruzione di un buon orologio. In sostanza, un orologio è un contatore di cicli di un sistema periodico. Ad esempio, consideriamo un orologio realizzato utilizzando un pendolo. Ogni oscillazione avanti –indietro della massa sospesa ci fornisce una unità di tempo. Possiamo allora misurare gli intervalli di tempo come il numero di oscillazioni fatte dal nostro pendolo in ogni intervallo. Questo esempio illustra chiaramente che cos’è un orologio, ma suggerisce anche che il nostro pendolo non potrà essere un orologio molto preciso. In effetti, le sue oscillazioni possono essere alterate dal vento, dall’attrito sul perno, dalla dilatazione del filo ecc. Un orologio migliore si può ottenere utilizzando come sistema periodico la frequenza della luce. Gli orologi atomici sono tipicamente basati sulla transizione che si verifica negli atomi di Cesio. Questi orologi funzionano così bene da permetterci di ottenere facilmente precisioni di una parte su dieci miliardi; ovvero, i nostri orologi al Cesio accumulano solo un errore di un secondo in poche migliaia di anni.

 

Ma cosa c’entra con questo la Teoria della Relatività?

La Teoria della Relatività di Einstein è necessaria per comprendere come il tempo viene misurato da osservatori differenti. Consideriamo un orologio a riposo e un altro in moto uniforme relativo al primo; ogni orologio è costituito da fotoni che rimbalzano tra due specchi. Einstein osserva che il fotone nell’orologio in movimento, visto da quello a riposo, percorre distanze maggiori tra ogni rimbalzo; perciò l’orologio in movimento scandisce il tempo più lentamente, visto dall’altro. La misura del tempo è relativa in quanto dipende dallo stato di moto dell’orologio. Questa idea è la chiave per correggere il tempo misurato dagli orologi atomici in orbita attorno alla Terra e quindi per consentire una elevata accuratezza dei sistemi GPS.

 

Anche la Meccanica Quantistica ha qualcosa da dire sul tempo?

La Meccanica Quantistica incide sulla nostra comprensione del tempo in due modi diversi, uno a livello pratico l’altro a livello filosofico. Il primo riguarda la precisione. I sistemi quantistici offrono i migliori orologi che possiamo realizzare. Recentemente, è stato dimostrato che i nuovi orologi possono operare con atomi a frequenze ottiche, consentendo precisioni di una parte su 100 milioni di miliardi. È straordinario. Quando simili orologi saranno impiegati per i sistemi di posizionamento, potremo calcolare le distanze con precisioni dei micron. Un simile livello di accuratezza cambierà senza dubbio la nostra vita quotidiana.

 

E il secondo livello?



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