La tua esperienza del tempo potrebbe essere a ritroso dal resto dell'universo

Il flusso del tempo in una direzione è così intuitivo, così immutabile, che lo diamo per scontato. Le cose non cadono; i pezzi rotti non si riassemblano; gli umani invecchiano, quindi va. Eppure il tempo rimane un mistero. Le equazioni fisiche non sembrano avere alcuna preferenza per la direzionalità temporale - come i palindromi, funzionano egualmente bene in entrambe le direzioni. Infatti, i processi fisici a livello microscopico sono pensati per essere effettivamente "tempo simmetrico" e nessuna legge fisica ritiene che il tempo non possa fluire nella direzione opposta. Quindi - forse lo è?

Ludwig Boltzmann fu la prima persona registrata a trovare una ragione abbastanza solida per avere una direzionalità a livello macroscopico. Così facendo, il fisico e il filosofo di Vienna hanno ricoperto alcune delle menti più grandi del 19 ° secolo. Ha costruito le idee di Nicolas Léonard Sadi Carnot, l'ingegnere francese, il cui lavoro nel trasferimento del calore stava inizialmente descrivendo il comportamento dei motori a vapore.

Carnot era nell'esercito francese sotto Napoleone quando persero contro gli inglesi. Dopo questo, c'è stata una certa rivalità tra le due nazioni, non l'unica volta che è successo. Nello specifico, i francesi erano sconvolti dal fatto che gli inglesi fossero così avanti nella tecnologia dei motori a vapore, grazie a gente come James Watt nel secolo precedente. Quindi Carnot è saltato in gara e ha descritto un motore teorico. Il motore di Carnot era un motore perfettamente efficiente che, naturalmente, non esiste, ma è molto utile per pensare a questi concetti.

Ciò che Carnot ha realizzato è che un motore perfettamente efficiente è reversibile. Finché non si perde energia per riscaldare, è possibile eseguirlo avanti o indietro quanto si desidera senza alcuna perdita. Ma non appena il motore non è perfettamente efficiente, se addirittura perde un po 'di calore, non è più possibile invertire tale processo. Hai perso parte dell'energia per sempre come il calore. Questo è un po 'come dire che il meglio che tu possa mai fare è un motore di unicorno immaginario che ha entropia somma zero, ma non puoi mai ottenere entropia negativa. E nella maggior parte dei casi di vita reale, otterrai sempre entropia positiva (sebbene questa parola non esistesse al momento).

Le idee di Carnot furono poi codificate e rese applicabili alla natura in generale da Rudolf Clausius, il fisico tedesco che generò il concetto di entropia e, con esso, i fondamenti della termodinamica. Nessuno di questi uomini era in grado di spiegare il tempo con questo concetto, che alla fine divenne noto come Seconda Legge della Termodinamica. Ma Boltzmann, che lavorava più tardi nel secolo, aveva un vantaggio su di loro. Vale a dire, ha creduto negli atomi.

La teoria atomica non era ampiamente accettata ai tempi di Boltzmann. I chimici preferivano la teoria perché rendeva i calcoli più facili, ma non sembrava avere altrettanto sostegno in altre discipline. Usando la teoria atomica, però, le leggi della fisica descrivono senza sforzo il nostro mondo, perché non hanno bisogno di essere postulati, possono semplicemente essere derivate. (Il calore è semplicemente il movimento degli atomi, per esempio.) Sebbene abbia lottato intensamente per dimostrare le sue idee all'epoca, Boltzmann alla fine ha dimostrato che l'entropia è una misura del numero di modi in cui gli atomi che compongono un oggetto possono interagire - un il "disordine" della cosa, mentre approssimativamente lo si approssima. Ancora più importante, ha dimostrato che l'entropia ha una direzionalità, a differenza di altre cose nell'universo. Scrisse:

"La lotta generale per l'esistenza di esseri animati non è una lotta per le materie prime, questi per gli organismi sono l'acqua e il suolo, tutti abbondantemente disponibili, né per l'energia che esiste in abbondanza al sole e qualsiasi corpo caldo sotto forma di calore, ma piuttosto una lotta per l'entropia, che diventa disponibile attraverso il passaggio di energia dal caldo sole alla fredda terra."

Questa direzionalità è tale che l'entropia ha iniziato come un valore basso all'inizio dell'universo (per ragioni sconosciute) ed è in costante aumento con l'invecchiamento del mondo. La ragione di questo, a quanto pare, è perché ci sono così tanti altri modi per gli atomi di interagire mentre si diffondono. È vero che qualsiasi processo fisico può (e probabilmente avviene) in entrambe le direzioni a livello microscopico, ma poiché ci sono semplicemente molte più opzioni per le interazioni atomiche (specialmente quando si espandono e diventano meno ordinate), è lontano, lontano più probabile che le cose diventeranno meno ordinate. Fondamentalmente, come ogni atomo interrompe la sua interazione ordinata, ha potenzialmente centinaia di altre interazioni tra cui scegliere, e quelle scelte si moltiplicano solo quando altri atomi interrompono le loro interazioni. Le possibilità che un atomo tornasse dove si trovava sono molto, molto basse. L'entropia, quindi, si sposta dal basso verso l'alto man mano che l'universo invecchia.

A differenza di altri processi fisici, ciò significa che l'entropia ha una direzione specifica. E questo, dice Boltzmann, è da dove viene la freccia del tempo. Poiché le cose tendono a muoversi in una direzione e non nell'altra (anche se sono in grado di muoversi in entrambe le direzioni), il nostro universo sperimenta la direzionalità. Il fatto stesso che un vetro infranto abbia solo una probabilità infinitamente piccola di ricomporre significa che, a livello macroscopico, non c'è simmetria. Il tempo è la differenza tra uno stato e l'altro nel nostro universo. Quindi la ragione per cui puoi decidere cosa cenare stasera e non ieri è che l'entropia ha rivisto lo stato dell'universo nel mezzo. Le risorse che esistevano ieri non esistono più e hanno dato origine a oggi. È come dire che ogni momento è il prodotto di decadimento del precedente. Quindi in un modo strano, la probabilità dà origine al tempo.

Ma ora considera la vita. Una buona parte di ciò che definisce la vita è la sua tendenza a resistere all'entropia. Quindi, mentre tutto nell'universo si muove dall'entropia inferiore a quella più alta, noi esseri viventi facciamo l'opposto: resistiamo all'equilibrio e costruiamo la complessità - che, nel più semplice senso fisico, significa forzare le molecole ad interagire in un numero minore di modi. Nota che questo non significa che violiamo la Seconda Legge: finché gli altri elementi del sistema compensano le riduzioni localizzate, allora l'intero sistema tende ancora verso un'entropia più alta. Ogni giorno che le nostre cellule e gli organelli si costruiscono e si riparano, stiamo sfidando la caratteristica principale della materia fisica che ci fornisce ogni punto di riferimento per la marcia in avanti del tempo.

Quindi se Boltzmann aveva ragione e il tempo esiste a causa di questo cambiamento entropico, allora forse la nostra percezione del passare del tempo è l'opposto di qualsiasi altra cosa nell'universo. Il tempo in cui morirai è nel "futuro", ma le tue molecole non si accorgeranno di nulla. Saranno fuori dal legame con l'ossigeno.

Comunque, il tempo è relativo. Abbiamo convenuto che la nostra direzione di movimento attraverso di essa è "avanti", ma questo è, diciamocelo, arbitrario. Rispetto a qualsiasi altra cosa nell'universo, forse, questo potrebbe essere al contrario. Quindi "l'inizio dell'universo" potrebbe, in effetti, essere la fine di esso. Significa che l'entropia è iniziata alta e sta diventando più piccola. Significa che potresti andare con gli occhi spalancati mettendo tutto insieme, ma che tutto funziona ancora, proprio esattamente all'indietro da ciò che pensiamo stia succedendo. È difficile immaginare come possa sembrare.

E se, poi, tutto fosse capovolto e rovesciato? Quando costruiamo un orologio per monitorare il passare del tempo che conta i secondi, il resto dell'universo potrebbe vedere un conto alla rovescia. Quello che sembra un alba a est e un tramonto a ovest sarebbe un'inversione della rotazione della Terra rispetto alla prospettiva di altri corpi celesti. E l'Infinity War verso cui stiamo correndo è già successo. Siamo come piccoli punti di riferimento nel tempo che invertono tutti i valori, e percepiamo solo il tempo che avanza perché, eoni fa, la biologia ha violato la fisica.

In definitiva il mio suggerimento qui potrebbe venire alla semantica. Se il tempo è davvero la differenza tra uno stato e l'altro, allora il "tempo" come lo conosciamo è solo la nostra esperienza del cambiamento, tuttavia quel cambiamento si verifica. Assegnare una direzionalità è un po 'arbitrario. Inoltre, anche se potremmo essere la manifestazione di un'inversione nell'entropia, non c'è alcuna ragione ovvia per credere che il fatto possa influenzare la nostra percezione della direzionalità di altri cambiamenti. Dovrebbe essere possibile ricavare le cose opposte da qualsiasi altra cosa - cioè essere vivi - e notare ancora la direzione in avanti nel modo in cui le cose cambiano.

Il concetto di "illusione del tempo" non è veramente rilevante per la fisica, dal momento che è chiaro che il tempo esiste solidamente nelle equazioni. La matematica non è ambigua riguardo a questo. La percezione del tempo, tuttavia, è più nel dominio delle neuroscienze (anche se è effettivamente impossibile da testare, rendendo questo nulla più di un esperimento di fantasia per il momento). Più o meno allo stesso modo in cui il tuo cervello ignora il fatto che puoi sempre vedere il tuo naso, potrebbe esserci anche una sorta di elaborazione che filtra la nostra percezione del tempo.

In ogni caso, l'idea che il nostro sentimento e le nostre esperienze di "cose ​​che cambiano" siano al contrario di quello che qualsiasi oggetto inanimato potrebbe provare, se potesse sperimentare qualsiasi cosa, è intrigante, se fosse solo un esperimento mentale. Comincia a tirare fuori il concetto stesso di tempo, che potrebbe essere semplicemente una parola di fantasia per "cose ​​che accadono". Finché tutto intorno a te si sta verificando, almeno, si può essere certi che arriverà in futuro, in qualsiasi direzione lo trovi.