Home News Festa di Scienza e Filosofia 2014 Scales of Time: The Universe from Beginning to End

Scales of Time: The Universe from Beginning to End

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di Stavros Katsanevas
Traduzione a cura di Marica Remoli e Roberto Nesci

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Scale temporali: l’Universo dall’origine alla fine

Edgar Allan Poe, nel suo poema cosmologico, paragonava l’Universo alla sua stessa opera, dicendo che «l’Universo è un intreccio di Dio». Tuttavia, paragonare l’Universo a un intreccio cosmico, che si tratti di  un romanzo poliziesco o di Guerra e Pace, suppone l’esistenza di una certa concezione del tempo e dei luoghi e della loro relazione tra questi e i soggetti che li abitano. Oggigiorno, solitamente si vedono filmati che iniziano con il Big Bang e mostrano, poi, la creazione delle stelle e delle galassie dalle fluttuazioni del fondo cosmico. Ci troviamo sempre all’interno della metafora dell’intreccio, una concezione classica del tempo che paragona l’evoluzione del cosmo a un film. Allora, sembra lecito chiedersi: Chi è lo spettatore? Le transizioni da una scena all’altra sono scorrevoli? Qual è la natura delle connessioni, o “raccordi” in termini cinematografici, tra piani sequenziali?

Parlando in senso ampio, la nostra concezione del tempo è correlata ai concetti primordiali di a) origine, ovvero apparizione e sparizione b) evento, con particolare riferimento alla sua sincronia con altri eventi, la posizione che questo occupa entro una sequenza casuale, la continuità o discontinuità della successione c) cambiamento, che si tratti di una traslazione, un passaggio di stato, la comparsa o distruzione di un dato ordine d) possibilità, lo spazio virtuale in cui avviene il cambiamento.

La fisica, quale scienza del cambiamento, negli ultimi secoli ha fornito risposte pragmatiche a questi profondi quesiti filosofici. Infatti, i più rilevanti cambiamenti di paradigma della fisica sono correlati alla ridefinizione delle nostre concezioni temporali. Di fatto, le tre onnipresenti costanti della fisica: la velocità della luce c, la costante di Heisenberg h e la costante di Boltzmann k implicano uno specifico aspetto del tempo.

Nella prima parte della mia conferenza, “The Evolution of the Universe” (ndt), partirò da una definizione antica eppure sorprendentemente moderna del tempo come unità di misura di una “temporanea” deviazione rispetto a uno stato eterno, come descritta nel più antico frammento filosofico di cui disponiamo, quello di Anassimando, ma anche la sua discussione da parte di Parmenide e altri filosofi fino a Plotino. Successivamente, presenterò due visioni antitetiche del tempo, entrambe vigenti all’inizio dell’epoca classica: il tempo come il palcoscenico in cui accadono gli eventi, come in un teatro, la famosa visione Newtoniana/Shakespeariana secondo cui “il tempo è un palcoscenico”, contro la concezione del tempo come relazione, come proprietà “emergente” degli oggetti stessi, quello che Leibnitz chiamava “ordine di coesistenza”. Due concezioni che ancora oggi hanno una certa pertinenza.

Nella seconda parte della conferenza, passerò in rassegna le acquisizioni della cosmologia moderna fino ad arrivare alle 3 principali scoperte che hanno determinato l’assetto odierno della fisica: a) la scoperta del Bosone di Higgs, b) la misurazione accurata del fondo di radiazione cosmico e c) la misurazione delle proprietà dei neutrini e della sua possibile massa. Queste scoperte sono avvenute insieme alla presa di coscienza di due grandi enigmi nella nostra comprensione dell’Universo: quelli della materia oscura e dell’energia oscura. Cercherò di dimostrare la pertinenza delle risposte  date durante questo processo di conscenza alle domande sul tempo sopra formulate. Mostrerò anche come queste risposte siano indizi dell’esistenza di scale intermedie di nuova Fisica, come gradini nella scala del cosmo, o l’”aurea catena” di Omero, che collega le diverse scale di energie e distanze, ovvero diverse fasi dell’Unverso.

Nella terza e ultima parte, descriverò, in due direzioni diverse, quelle che sono le estrapolazioni odierne.  Prima, andremo a ritroso fino all’origine dell’Universo, ovvero, secondo la teoria del Big Bang, prendendo in considerazione la fisica dell’infinitamente piccolo. Poi, faremo il percorso inverso verso il futuro, osservando l’infinitamente grande e molto probabilmente la fine della sua struttura. In entrambi i casi, dovremo comprendere la fisica che collega le scale dei due infiniti: quelle dell’infinitamente piccolo e quella dell’infinitamente grande, questioni poste da Platone per primo e, in tempi più recenti, da Pascal che nel suo Pensée dice: “Nello spazio, l’universo mi comprende e m’inghiotte come un punto; nel pensiero, io lo comprendo”.[/toggle]

Edgar Allan Poe, in his cosmological poem, compared the Universe to his own work of fiction, saying that « The Universe is a plot of God ». Nevertheless, comparing the Universe to a cosmic plot, from a police novel to War and Peace, assumes a certain conception of time and place and their relationship to the subjects inhabiting it. In modern times, one usually sees video clips where one starts by the Big Bang and through the fluctuations of the cosmological background the stars and galaxies are created. We are always inside the metaphor of a plot, a classical conception of time comparing cosmological evolution to a movie. One is then permitted to ask: Watched by whom? Are the transitions between scenes smooth? What is the nature of connections, or  “raccords” in cinematic language, between consequent plans?

More generally, our conception of time is interrelated with the primordial concepts of   a) origin, equivalently appearance/disappearance b) event in particular with respect to its synchronicity with others, its place in a causal sequence, the continuous or discontinuous nature of succession, c) change, whether it is a translational movement, a change of state or appearance/destruction of a certain order, d) possibility, as a virtual space where change is deployed.

Physics being sciences of change has given, during the last centuries, pragmatic answers to these deep philosophical questions. In fact major shifts of paradigm of physics are related with redefinitions of our time conceptions.  For proof, the three all-pervading physical constants: the speed of light c, the Heisenberg constant h and the constant of Boltzmann k, imply a specific aspect of time.

In the first part of the lecture, I will start with an ancient but surprisingly modern definition of time as measure of a “temporary” deviation from an eternal state, present in the most ancient philosophical fragment we dispose of: this of Anaximander, but also its discussion by Parmenides and other ancient philosophers till Plotinus. I will then present two major conflicting views of time as defined in the beginning of the classical era: time as a stage where the events take place, as in a theatre, the famous Newtonian/Shakespearean “the world is a stage” versus time as relation, an “emergent” property of objects themselves the Leibnitzian “order of coexistence”.  These two conceptions are still of relevance.

I will then, in the second part, follow the achievements of modern cosmology till the appearance of 3 major discoveries that set the state of physics today: a) the Higgs discovery, b) the precise measurement of the cosmological background and c) the measurement of the neutrino properties and mass range. These discoveries came also together with the realisation of two major riddles in our understanding of the Universe: these of dark matter and energy.  I will attempt to show the pertinence of the answers given during this process to the above questions related to time. I will also discuss how they hint to the existence of intermediate scales of new physics, as steps in a cosmological ladder, or Homeric “aurea catena”, that relates the different energy and distance scales, or equivalently phases of the Universe.

In the third and last part, I will then describe our current extrapolations in two directions. First back towards the origin, or equivalently in the Big Bang theory, towards the physics of the infinitesimally small. And then towards the future: the infinitively large and, most probably, the end of structure. In both cases we need to understand the physics that relate the scales of the two infinites: these of infinitely small with this of infinitely large, as first stated by Plato but also closer to us by Pascal in his famous Pensée: “Nello spazio, l’universo mi comprende e m’inghiotte come un punto; nel pensiero, io lo comprendo “