Perchè il tempo scorre in una sola direzione?
La nostra percezione del tempo è strettamente legata all’idea che esso scorra come un fiume, fluendo inesorabilmente dal passato verso il futuro. Questa sensazione si traduce in una sorta di freccia del tempo, che punta sempre in avanti. Ma da dove nasce questa percezione? Perché passato e futuro ci appaiono così diversi? Ricordiamo il passato, ma non il futuro; non possiamo invertire lo scorrere delle lancette dell’orologio né fermare il tempo. Possiamo restare immobili nello spazio, ma non nel tempo, che sembra inarrestabile.
La distinzione tra passato e futuro è evidente per noi. Se osserviamo un video in cui le macerie di un edificio si ricompongono magicamente in un grattacielo, capiamo immediatamente che stiamo guardando un filmato al contrario. Non vedremo mai un fenomeno simile in natura, eppure, secondo le leggi fondamentali della fisica, questa differenza tra passato e futuro non esiste. Le equazioni che descrivono i fenomeni fisici non fanno alcuna distinzione tra i due: il tempo è una semplice variabile, un’etichetta associata agli eventi, senza un ordine preferenziale. Ad esempio, se consideriamo l’urto tra due particelle, non c’è modo di capire se un video che lo rappresenta stia andando avanti o indietro. Le equazioni che descrivono questo evento sono simmetriche rispetto al tempo e funzionano sia per predire il futuro che per ricostruire il passato.
Ma se la fisica non distingue tra passato e futuro, perché noi lo facciamo? La risposta sta nell’asimmetria che emerge in sistemi più complessi. Pensiamo, ad esempio, a una scena in cui una pallina colpisce altre palline inizialmente ferme. Questo scenario ci appare naturale. Ma se guardassimo un video in cui più palline si muovono tutte insieme per fermarsi esattamente nello stesso punto mentre una sola pallina comincia a muoversi, saremmo certi che il filmato è invertito. Non perché sia impossibile da descrivere con le leggi della fisica, ma perché richiederebbe una coordinazione improbabile delle condizioni iniziali.
È qui che inizia a delinearsi la differenza tra passato e futuro. Consideriamo un uovo intero e uno rotto: istintivamente mettiamo l’uovo intero nel passato e quello rotto nel futuro, perché non vediamo mai un uovo rotto ricomporsi. Questo tipo di eventi, chiamati irreversibili, vanno sempre in una sola direzione. Eppure, a livello microscopico, l’uovo è costituito da particelle che si comportano in modo simmetrico rispetto al tempo. L’apparente asimmetria nasce dal fatto che ci sono molti più modi in cui le particelle possono organizzarsi in un uovo rotto rispetto a un uovo intero: per ricostruire l’uovo, ogni particella dovrebbe muoversi esattamente nella giusta direzione, una condizione estremamente improbabile.
La probabilità gioca un ruolo centrale. È infinitamente più probabile che l’entropia, una misura del disordine, aumenti piuttosto che diminuisca. In un sistema fisico, l’entropia tende sempre a crescere, secondo il secondo principio della termodinamica. Questo principio spiega perché vediamo solo processi in cui l’ordine si degrada: un uovo che si rompe, una candela che si consuma, un bicchiere che si frantuma.
L’entropia crescente è la chiave che ci permette di distinguere il passato dal futuro. È il motivo per cui ricordiamo il passato e non il futuro: il nostro cervello, nel formare ricordi, segue processi irreversibili che aumentano l’entropia. La nostra percezione dello scorrere del tempo dipende da questo aumento di entropia, che riflette il comportamento dell’intero universo.
L’universo stesso ha avuto origine da uno stato di entropia estremamente bassa e, nel corso del tempo, questa entropia è aumentata, permettendo la formazione di strutture complesse come galassie, stelle e pianeti. Se l’universo fosse partito da uno stato di massima entropia, come un gas uniforme in equilibrio, non ci sarebbe stato alcun cambiamento significativo, e quindi nessun modo per definire lo scorrere del tempo. Invece, l’espansione dell’universo e la gravità hanno permesso la creazione di strutture sempre più complesse.
La freccia del tempo, dunque, nasce dal fatto che l’entropia era bassa in passato e continuerà a crescere in futuro. Finché questo processo continuerà, passato e futuro resteranno profondamente diversi, e il tempo continuerà a scorrere, portandoci inesorabilmente verso l’avvenire.
