Nascita del Tempo

Un bel libro di Ilya Prigogine, “La nascita del tempo” aiuta a capire il senso dell’irreversibilità temporale dei fenomeni fisici che sfugge alle leggi fisiche fondamentali. 

Questo fornisce qualche risposta ad alcune interessanti domande.

Il mondo è termodinamico o meccanico? 

A questa domanda, alcune decine di anni fa, si sarebbe risposto: il mondo è essenzialmente meccanico, la termodinamica vi svolge una parte secondaria. Ora la risposta sarebbe più incerta: ci sono state le scoperte delle particelle elementari instabili, alcune scoperte di cosmologia, e tutte quelle del campo della fisica del non-equilíbrio.

Che cosa caratterizza il pensiero meccanico, dinamico?

Sostanzialmente è il tentativo di isolare un sistema, di considerarlo indipendentemente dal resto dell'universo. C'è un aspetto importante che deve essere preso in considerazione: i sistemi dinamici non sono mai stabili. Per esempio quando un corpo passa accanto alla Terra, la traiettoria del nostro pianeta è modificata, spostata, e in seguito rimane diversa, non torna alla situazione precedente. Al contrario, quando corriamo, il cuore accelera i battiti, ma dopo aver riposato, riprende il ritmo iniziale. C'è quindi una differenza: nel caso del cuore, abbiamo un comportamento stabile, mentre nel caso della dinamica c'è una forma d’instabilità.

Com'è invece la descrizione termodinamica?

Si potrebbe definire di tipo globale: colloca un sistema nel suo ambiente. Inoltre la descrizione termodinamica introduce l'idea di stabilità: infatti, per il secondo principio della termodinamica, i fenomeni irreversibili portano a una produzione positiva di entropia, quando l’entropia è massima c’è stabilità. Se un sistema isolato in equilibrio è perturbato, ritorna in seguito in equilibrio. Nel mondo dei fenomeni dissipativi si possono trascurare le perturbazioni, nel mondo della dinamica no. In questo modo identifichiamo subito il nesso tra dissipazione e ordine. Se non ci fosse stabilità, il mondo cambierebbe di continuo per cui non potrebbe esistere alcuna organizzazione stabile delle strutture, per esempio quella degli organismi biologici. Pertanto l'irreversibilità è un fattore molto rilevante. Aristotele aveva già analizzato il problema del tempo: aveva notato che il tempo era la misura del movimento nella prospettiva del prima e del poi. Ed è ciò che facciamo ancora oggi: misuriamo il tempo con orologi che hanno un movimento periodico.

Che cosa segna il prima e il poi? 

A questo interrogativo, Aristotele non aveva risposto. Si chiedeva se non fosse l'anima a contare, se non fossimo noi a dare la prospettiva del prima e del poi e in un certo qual modo se non fossimo noi responsabili dell'esistenza dell'irreversibilità del mondo, cosa che pensano tuttora molti fisici (non io).

Gli sviluppi dello studio dei fenomeni irreversibili forniscono una prospettiva radicalmente diversa. I fenomeni irreversibili portano a nuove strutture e, poiché appaiono nuove strutture a seguito dell'irreversibilità, non possiamo più credere di essere i responsabili dell'apparizione della prospettiva del prima e del poi. Se ne deduce una diversa visione del tempo: non possiamo pensare, come Einstein, che il tempo irreversibile è un'illusione.

Un semplice esempio, le celle di Benard, permette di capire meglio. Quando uno strato di liquido è riscaldato dal basso, superato un certo valore-soglia si creano delle correnti di convezione che danno origine a delle celle di forma esagonale, risultanti dall'interazione di non-equilibrio tra il flusso di calore e la gravitazione. Ogni cella di convezione comprende una quantità di molecole dell'ordine di 10 seguito da 21 zeri, un numero enorme di particelle. 

Il non-equilibrio crea pertanto la coerenza permettendo alle particelle di interagire su lunga distanza. Possiamo dire che la materia in prossimità dell'equilibrio è «cieca», perché ogni particella «vede» soltanto le molecole che la circondano; mentre lontano dall'equilibrio si producono le correlazioni di lunga portata che permettono la costruzione degli stati coerenti, le celle, che oggi incontriamo in numerosi campi della fisica e della chimica.

Le celle di Benard rompono la simmetria euclidea dello spazio. All'equilibrio o vicino all'equilibrio, i punti che giacciono su uno stesso piano hanno tutti le stesse proprietà. Lontano dall'equilibrio appaiono le celle dotate di Benard. C'è stata quindi rottura della simmetria dello spazio allo stesso modo in cui, nei fenomeni temporali, il fenomeno irreversibile provoca la rottura della simmetria del tempo.