“Se uno facesse una richiesta di borsa di ricerca per lavorare sui viaggi nel tempo verrebbe immediatamente respinto”, scrive il fisico Stephen Hawking nel suo libro postumo Brief Answers to the Big Questions. Aveva ragione. Ma aveva anche ragione sul fatto che chiedersi se il viaggio nel tempo sia possibile è una “domanda molto seria” che può ancora essere affrontata scientificamente.

Sostenendo che la nostra attuale comprensione non può escluderlo, Hawking, sembra, era cautamente ottimista. Dove ci porta tutto questo? Non possiamo costruire una macchina del tempo oggi, ma potremmo farlo in futuro?

Partiamo dalla nostra esperienza quotidiana. Diamo per scontata la possibilità di chiamare i nostri amici e familiari ovunque si trovino nel mondo per sapere cosa stanno facendo in questo momento. Ma questo è qualcosa che non possiamo mai sapere veramente. I segnali che trasportano le loro voci e le loro immagini viaggiano incomprensibilmente veloci, ma ci vuole comunque un tempo finito perché questi segnali ci raggiungano.

La nostra incapacità di accedere all'”ora” di qualcuno lontano è al centro delle teorie dello spazio e del tempo di Albert Einstein.

La velocità della luce

Einstein ci disse che lo spazio e il tempo sono parti di una cosa sola – lo spaziotempo – e che dovremmo essere disposti a pensare alle distanze nel tempo come alle distanze nello spazio. Per quanto strano possa sembrare, rispondiamo volentieri “circa due ore e mezza”, quando qualcuno ci chiede quanto dista Birmingham da Londra. Quello che intendiamo è che il viaggio dura così tanto ad una velocità media di 50 miglia all’ora.

Matematicamente, la nostra affermazione equivale a dire che Birmingham è a circa 125 miglia da Londra. Come scrivono i fisici Brian Cox e Jeff Forshaw nel loro libro Why does E=mc²?, il tempo e la distanza “possono essere scambiati usando qualcosa che ha la valuta di una velocità”. Il salto intellettuale di Einstein è stato quello di supporre che il tasso di scambio da un tempo a una distanza nello spaziotempo è universale – ed è la velocità della luce.

La velocità della luce è la più veloce che qualsiasi segnale possa viaggiare, ponendo un limite fondamentale su quanto presto possiamo sapere cosa sta succedendo altrove nell’universo. Questo ci dà la “causalità” – la legge che gli effetti devono sempre venire dopo le loro cause. È una seria spina teorica nel fianco dei protagonisti che viaggiano nel tempo. Per me viaggiare indietro nel tempo e mettere in moto eventi che impediscono la mia nascita è mettere l’effetto (io) prima della causa (la mia nascita).

Ora, se la velocità della luce è universale, dobbiamo misurare che sia la stessa – 299.792.458 metri al secondo nel vuoto – indipendentemente dalla velocità con cui noi stessi ci muoviamo. Einstein si rese conto che la conseguenza del fatto che la velocità della luce è assoluta è che lo spazio e il tempo stesso non possono esserlo. E si scopre che gli orologi in movimento devono ticchettare più lentamente di quelli fermi.

Più velocemente ti muovi, più lentamente ticchetta il tuo orologio rispetto a quelli che ti passano accanto. La parola “relativo” è la chiave: il tempo vi sembrerà passare normalmente. Per tutti quelli che stanno fermi, invece, sarete al rallentatore. Se ti muovessi alla velocità della luce, sembreresti congelato nel tempo – per quanto ti riguarda, tutti gli altri sarebbero in fast forward.

E allora, se viaggiassimo più velocemente della luce, il tempo andrebbe all’indietro come ci ha insegnato la fantascienza?

Purtroppo, ci vuole un’energia infinita per accelerare un essere umano alla velocità della luce, figuriamoci oltre. Ma anche se potessimo, il tempo non andrebbe semplicemente all’indietro. Invece, non avrebbe più senso parlare di avanti e indietro. La legge della causalità sarebbe violata e il concetto di causa ed effetto perderebbe il suo significato.

Wormholes

Einstein ci ha anche detto che la forza di gravità è una conseguenza del modo in cui la massa deforma lo spazio e il tempo. Più massa si spreme in una regione dello spazio, più lo spazio-tempo è deformato e più gli orologi vicini ticchettano lentamente. Se si spreme abbastanza massa, lo spaziotempo diventa così deformato che nemmeno la luce può sfuggire alla sua attrazione gravitazionale e si forma un buco nero. E se ci si avvicinasse al bordo del buco nero – il suo orizzonte degli eventi – il ticchettio del nostro orologio sarebbe infinitamente lento rispetto a quello degli orologi lontani da esso.

Potremmo quindi deformare lo spaziotempo nel modo giusto per richiuderlo su se stesso e viaggiare indietro nel tempo?

La risposta è forse, e la deformazione di cui abbiamo bisogno è un wormhole attraversabile. Ma dobbiamo anche produrre regioni di densità di energia negativa per stabilizzarlo, e la fisica classica del XIX secolo lo impedisce. La moderna teoria della meccanica quantistica, invece, potrebbe non farlo.

Secondo la meccanica quantistica, lo spazio vuoto non è vuoto. Invece, è pieno di coppie di particelle che entrano ed escono dall’esistenza. Se riusciamo a creare una regione in cui meno coppie possono entrare e uscire rispetto a tutto il resto, allora questa regione avrà una densità di energia negativa.

Tuttavia, trovare una teoria coerente che combini la meccanica quantistica con la teoria della gravità di Einstein rimane una delle maggiori sfide della fisica teorica. Un candidato, la teoria delle stringhe (più precisamente la M-teoria) potrebbe offrire un’altra possibilità.

La M-teoria richiede che lo spaziotempo abbia 11 dimensioni: quella del tempo e tre dello spazio in cui ci muoviamo e altre sette, arricciate in modo invisibilmente piccolo. Potremmo usare queste dimensioni spaziali extra per accorciare lo spazio e il tempo? Hawking, almeno, era speranzoso.

Salviamo la storia

Quindi i viaggi nel tempo sono davvero una possibilità? Le nostre attuali conoscenze non possono escluderlo, ma la risposta è probabilmente no.

Le teorie di Einstein non riescono a descrivere la struttura dello spaziotempo a scale incredibilmente piccole. E mentre le leggi della natura possono spesso essere completamente in contrasto con la nostra esperienza quotidiana, esse sono sempre auto-consistenti – lasciando poco spazio per i paradossi che abbondano quando si scherza con causa ed effetto nella fantascienza sui viaggi nel tempo.

Nonostante il suo giocoso ottimismo, Hawking ha riconosciuto che le leggi della fisica non ancora scoperte che un giorno sostituiranno quelle di Einstein possono cospirare per impedire a grandi oggetti come me e te di saltellare casualmente (non causalmente) avanti e indietro nel tempo. Chiamiamo questa eredità la sua “congettura di protezione della cronologia”.

A prescindere dal fatto che il futuro abbia o meno in serbo delle macchine del tempo, possiamo confortarci con la consapevolezza che quando scaliamo una montagna o sfrecciamo in macchina, cambiamo il modo in cui il tempo scorre.

Quindi, in questo “giorno del finto viaggiatore del tempo” (8 dicembre), ricordatevi che lo siete già, solo non nel modo che sperate.