The earliest time measurements were observations of cycles of the natural world, using patterns of changes from day to night and season to season to build calendars. More precise time-keeping, like sundials and mechanical clocks, eventually came along to put time in more convenient boxes. But what exactly is it that we’re measuring? Is time something that physically exists, or is it just in our heads? At first the answer seems obvious— of course time exists; it constantly unfolds all around us, and it’s hard to imagine the universe without it.
Le prime misurazioni del tempo consistettero nell’osservazione dei cicli del mondo naturale, come il ciclo giorno-notte e l’alternanza delle stagioni utilizzati per realizzare i calendari. Una misurazione più precisa, come meridiane e orologi meccanici, arrivò successivamente per racchiudere il tempo in maniera più pratica. Ma esattamente, cosa stiamo misurando? Il tempo è qualcosa che esiste fisicamente o è solo nella nostra testa? A primo impatto la risposta appare ovvia: certo che il tempo esiste, si snoda continuamente intorno a noi, ed è difficile immaginare l’universo senza di esso.
But our understanding of time started getting complicated thanks to Einstein. His theory of relativity tells us that time passes for everyone, but doesn’t always pass at the same rate for people in different situations, like those travelling close to the speed of light or orbiting a supermassive black hole. Einstein resolved the malleability of time by combining it with space to define space-time, which can bend, but behaves in consistent, predictable ways.
Ma la nostra cognizione del tempo ha iniziato a complicarsi grazie ad Einstein. La sua teoria della relatività afferma che il tempo scorre per tutti ma a seconda delle situazioni non scorre per tutti allo stesso modo, come per chi viaggia a una velocità prossima a quella della luce o in orbita attorno a un buco nero supermassiccio. Einstein risolse la malleabilità del tempo combinandolo con lo spazio e definendo lo spazio-tempo, che può piegarsi pur restando sempre coerente e prevedibile.
Einstein’s theory seemed to confirm that time is woven into the very fabric of the universe. But there’s a big question it didn’t fully resolve: why is it we can move through space in any direction, but through time in only one? No matter what we do, the past is always, stubbornly, behind us. This is called the arrow of time.
La teoria di Einstein sembrò confermare che il tempo è intessuto nella trama stessa dell’universo. Ma un grande interrogativo non è stato completamente risolto; perché possiamo spostarci nello spazio in ogni direzione, mentre nel tempo viaggiamo in una sola? Non importa cosa facciamo, il passato è sempre, ostinatamente, dietro di noi. Questo fenomeno è chiamato “la freccia del tempo”.
When a drop of food coloring is dropped into a glass of water, we instinctively know that the coloring will drift out from the drop, eventually filling the glass. Imagine watching the opposite happen. Here, we’d recognize time as unfolding backwards. We live in a universe where the food coloring spreads out in the water, not a universe where it collects together.
Quando una goccia di colorante alimentare cade in un bicchiere d’acqua, sappiamo istintivamente che il colorante non resterà a forma di goccia e che alla fine si spanderà nel bicchiere. Immaginate di vedere l’opposto. In quel caso, ci accorgeremmo che il tempo scorre all’indietro. Viviamo in un universo in cui il colorante si spande nell’acqua e non in un universo dove accade il processo inverso.
In physics, this is described by the Second Law of Thermodynamics, which says that systems will gain disorder, or entropy, over time. Systems in our universe move from order to disorder, and it is that property of the universe that defines the direction of time’s arrow.
In fisica, tutto questo è descritto dal Secondo Principio della Termodinamica, secondo il quale i sistemi guadagneranno disordine o entropia, nel tempo. Nel nostro universo i sistemi si muovono dall’ordine al disordine, ed è questa proprietà dell’universo che definisce la direzione della freccia del tempo.
So if time is such a fundamental property, it should be in our most fundamental equations describing the universe, right? We currently have two sets of equations that govern physics. General relativity describes the behavior of very large things, while quantum physics explains the very small. One of the biggest goals in theoretical physics over the last half century has been reconciling the two into one fundamental “theory of everything." There have been many attempts —none yet proven— and they treat time in different ways. Oddly enough, one contender called the Wheeler-DeWitt equation, doesn’t include time at all.
Quindi, se il tempo è una proprietà così fondamentale, dovrebbe essere incluso nelle nostre equazioni fondamentali che descrivono l’universo, giusto? Attualmente, abbiamo due tipi di equazioni che governano la fisica: la relatività generale descrive il comportamento di cose molto grandi e la fisica quantistica spiega ciò che è molto piccolo. Uno dei maggiori obiettivi nella fisica teorica dell’ultimo mezzo secolo è stato conciliare le due teorie in una fondamentale “teoria del tutto”. Ci sono stati molti tentativi, nessuno ancora comprovato, che trattano il tempo in modi diversi. Stranamente, un’equazione contendente denominata di Wheeler-DeWitt non include affatto il tempo.
Like all current theories of everything, that equation is speculative. But as a thought experiment, if it or a similarly time-starved equation turned out to be true, would that mean that time doesn’t exist, at the most fundamental level? Could time just be some sort of illusion generated by the limitations of the way we perceive the universe? We don’t yet know, but maybe that’s the wrong way of thinking about it. Instead of asking if time exists as a fundamental property, maybe it could exist as an emergent one.
Come tutte le attuali teorie del tutto, questa equazione è ipotetica. Ma proviamo a pensare: se questa o una simile equazione relativa al tempo si rivelasse vera, dovrebbe quindi significare che il tempo non esiste al livello più elementare? Il tempo, potrebbe essere una sorta di illusione generata dalle limitazioni del modo in cui percepiamo l’universo? Non lo sappiamo ancora, ma forse è il modo sbagliato di pensarlo. Anziché chiederci se il tempo esista come proprietà fondamentale, potrebbe forse esistere come proprietà emergente.
Emergent properties are things that don’t exist in individual pieces of a system, but do exist for the system as a whole. Each individual water molecule doesn’t have a tide, but the whole ocean does.
Le proprietà emergenti sono cose che non esistono nei singoli pezzi di un sistema, ma esistono per il sistema nel suo insieme. Ogni singola molecola d’acqua non contiene una marea, ma l’intero oceano sì.
A movie creates change through time by using a series of still images that appear to have a fluid, continuous change between them. Flipping through the images fast enough, our brains perceive the passage of time from the sequence of still images. No individual frame of the movie changes or contains the passage of time, but it’s a property that comes out of how the pieces are strung together. The movement is real, yet also an illusion. Could the physics of time somehow be a similar illusion?
Un film crea un cambiamento nel tempo usando una serie di immagini fisse che in apparenza hanno un passaggio fluido e continuo tra di loro. Scorrendo le immagini velocemente, il nostro cervello percepisce il passaggio del tempo dalla sequenza di immagini fisse. Nessun singolo fotogramma del film cambia o contiene il passare del tempo, ma è una proprietà che scaturisce da come i pezzi sono messi insieme. Il movimento è reale, ma è anche un’illusione. La fisica del tempo potrebbe essere in qualche modo un’illusione simile?
Physicists are still exploring these and other questions, so we’re far from a complete explanation.
I fisici stanno ancora esplorando questo e altri interrogativi, quindi siamo lontani da una spiegazione definitiva.
At least for the moment.
Almeno per il momento.