giovedì 25 giugno 2020

Frecce del tempo

Tra gli articoli che avevo da parte da un bel poò, c'è questa cartelletta contenente un trittico dedicato al concetto della freccia del tempo.
Sono in ritardo!
Cos'è il tempo, che ci fa spesso arrivare in ritardo, soprattutto se non riusciamo a sincronizzare il nostro orologio interno con gli impegni che di solito prendiamo in carico?
Una definizione interessante è quella fornita dal chimico Ilya Prigogine, per cui il tempo è in un certo senso una manifestazione dell'entropia.
Questo modo di vedere il tempo implica l'esistenza di una freccia del tempo che si dice termodinamica. Eppure è possibile determinare frecce del tempo differenti. Ad esempio un trittico di fisici teorici hanno proposto un punto di vista che mostra come anche la forza di gravità stessa fa emergere una freccia del tempo all'interno dell'universo(1).
Attenzione: questo punto di vista sembra portare a una conclusione non molto differente rispetto a quella cui è giunto James Hartle(2): è possibile definire una freccia del tempo locale legata al tasso di crescita locale dell'entropia. Questo implica che le varie frecce del tempo locali possono puntare in direzioni differenti rispetto alla freccia del tempo globale dell'universo.
La freccia del tempo, fondamentale a livello cosmologico, è un concetto fondamentale a ogni livello, ma come hanno fatto notare Barbour e soci(1), la freccia del tempo termodinamica è legata al mondo microscopico. E infatti è proprio lo studio delle simmetrie a rivestire un ruolo particolare all'interno di questa più ampia ricerca della freccia del tempo.
Uno dei più grandi misteri del nostro universo è, infatti, quello su dove sia andata a finire l'antimateria, o, vista da un punto di vista più fondamentale, cosa ha originato l'asimmetria tra materia e antimateria. Uno dei modi per vederlo è cercare la violazione di alcune simmetrie particolari. Nel mondo quantistico esistono tre grandi simmetrie, la coniugazione di carica, l'inversione della parità e l'inversione del tempo. Secondo il teorema CPT tutte le teorie quantistiche di campo locali devono essere invarianti, ovvero non devono cambiare, se modifichiamo contemporaneamente il segno della carica, il verso in cui gira la particella e il verso in cui girano le lancette dell'orologio. Questo vuol dire che determinare una violazione nelle sole due simmetrie combinate CP, implica che, per mantenere il sistema invariato, deve esserci una violazione nella simmetria del tempo, con conseguente nascita di una freccia del tempo(3).
Sono stato un po' veloce, ma l'idea era quella di far capire come il concetto della freccia del tempo non solo non è univoco, ma chiarirlo costituisce uno dei mattoni fondamentali per comprendere meglio l'universo in cui viviamo.
  1. Barbour, J., Koslowski, T., & Mercati, F. (2014). Identification of a gravitational arrow of time. Physical review letters, 113(18), 181101. doi:10.1103/PhysRevLett.113.181101 ↩︎ ↩︎
  2. Hartle, J. B. (2014). The quantum mechanical arrows of time. In Quantum Theory: A Two-Time Success Story (pp. 113-128). Springer, Milano. doi:10.1007/978-88-470-5217-8_8 (arXiv) ↩︎

  3. Zeller, M. (2012). Particle decays point to an arrow of time. Physics, 5, 129. doi:10.1103/Physics.5.129 (arXiv) ↩︎

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