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Termodinamica

Ilya Prigogine
Dall’essere al divenire

Tempo e complessità nelle scienze fisiche
(From Being to Becoming. Time and Complexity in the Physical Sciences [1978])
Traduzione di Gianluca Bocchi e Mauro Ceruti
Einaudi, 1986
Pagine XIII-276

La potenza del pensiero matematico e idealizzante della tradizione platonica è stata interamente acquisita  e riverberata dalla fisica galileiana e newtoniana e pervade di sé anche i paradigmi -opposti a quello di Newton pur se incompatibili tra di loro- della fisica dei quanti e della relatività. L’ideale di un universo statico e senza tempo è tuttora un modello condiviso da molti fisici, sia che esso riguardi la struttura infinitesimale della materia sia che si riferisca alla struttura illimitata del cosmo. «Quando ci si avvicina alle scale relative ad oggetti molto piccoli (atomi, particelle ‘elementari’) o ad oggetti iperdensi (come le stelle di neutroni o i buchi neri), avvengono dei nuovi fenomeni. Allora la dinamica newtoniana viene sostituita dalla meccanica quantistica (che prende in considerazione il valore finito di h [costante di Planck]) e dalla dinamica relativistica (che comprende c). Tuttavia queste nuove forme di dinamica, in sé estremamente rivoluzionarie, hanno ereditato dalla fisica newtoniana il suo ideale di un universo statico, un universo di essere senza divenire» (p. 15).
Meccanica classica e meccanica quantistica non sono errate ma parziali. Esse costituiscono infatti forme e formule idealizzate rispetto sia all’effettivo divenire della natura sia ai processi termodinamici che la intessono. Nel mondo che osserviamo, nel mondo empirico, nel mondo naturale che possiamo indagare e che indaghiamo con una varietà molto complessa di strumenti, la natura è asimmetrica rispetto al tempo. L’irreversibilità è la regola, la reversibilità è l’eccezione. La termodinamica ipotizza e mostra che tale stato di cose non è frutto soltanto delle modalità con le quali una mente consapevole guarda e misura la materia ma è anche intrinseca alla materia stessa e dunque che «l’esistenza di leggi orientate rispetto al tempo, quali l’aumento di entropia verso il futuro, implica per questi sistemi l’esistenza di stati orientati rispetto al tempo» (224). L’irreversibilità è una legge della termodinamica poiché il tempo è una condizione stessa della materia.
Secondo Eddington le leggi primarie controllano il comportamento di singole particelle elementari, le leggi secondarie si applicano invece a insiemi di atomi e di molecole. Ma questa distinzione è corretta se viene intesa nel senso che «la struttura delle equazioni del moto, con la ‘casualità’ al livello microscopico, emerge allora come irreversibilità al livello macroscopico» (183) e non nel senso che l’entropia sia da limitare soltanto alla dimensione macroscopica. Non è dunque vero che l’irreversibilità emerge a livello macroscopico da dinamiche del livello fondamentale della natura che sarebbero invece reversibili. La seconda legge della termodinamica costituisce piuttosto una delle più efficaci e potenti manifestazioni dell’unità della natura, la quale produce grandi differenze ma sempre sul fondamento di alcune strutture profondamente unitarie. Le cosiddette ‘particelle elementari’ sono in realtà oggetti complessi, nei quali il tempo svolge un ruolo molto significativo e «profondamente radicato nelle fluttuazioni del livello microscopico, dinamico» (8). E questo anche perché il tempo non è un semplice parametro, come presupposto dalla dinamica, ma è anche un operatore, esattamente al modo di quelli che nell’ambito della meccanica quantistica descrivono le quantità. La distinzione tra la natura non umana -caratterizzata da processi reversibili- e quella umana, fatta di irreversibilità, è l’ennesima espressione di un antico dualismo, che una comprensione più ampia e unitaria cancella.
L’unità della natura e l’unità della scienza che la studia coincidono in gran parte con l’unità dei processi temporali che pervadono sia la materia, sia la parte di materia che indaga se stessa: noi. «La seconda legge della termodinamica esprime la nostra appartenenza a un universo in evoluzione» (XIII). Il tempo spiega le dinamiche psicologiche come quelle cosmologiche, le strutture sociali e le strutture molecolari. Tutti i sistemi viventi, anche i più semplici, possiedono una direzione del tempo. Essi si sviluppano, decadono e muoiono. La teoria delle strutture dissipative contribuisce a indagare le diverse modalità con cui questo avviene. Ma questo avviene, appunto. La direzione del tempo si trova «nelle stesse basi della fisica e della chimica. A sua volta questo risultato giustifica in maniera autoconsistente il senso del tempo che noi possediamo. Il concetto di tempo è molto più complesso di quanto pensassimo» (7), per meglio dire di quanto metafisici atemporali e fisici sia classici sia relativistici abbiano immaginato.
La seconda legge della termodinamica mostra la realtà del mutamento, distingue il passato dal futuro, fa del tempo una variabile intrinseca dei sistemi fisici. Si tratta di una legge molto complessa, scoperta in ambito chimico (da Boltzmann) come misura del disordine molecolare e quindi  come crescita della disorganizzazione nei sistemi. In ambito biologico e sociale -dove il ruolo dei processi irreversibili è fondamentale e palese- la seconda legge conduce invece a un aumento della complessità e quindi dell’ordine. L’attività degli enzimi nei composti non è un’evoluzione verso il disordine molecolare ma il contrario. L’esistenza di collettività umane -di qualunque misura- non sarebbe possibile senza un aumento di complessità associato alla crescita dell’organizzazione. Se siamo in grado di attribuire un’età -approssimativa, certo, ma non implausibile- agli individui come ai luoghi è perché non nei singoli elementi di un corpo o di una città ma dal loro insieme unitario emerge l’elemento temporale. E questo è possibile soltanto perché la struttura interna della nostra percezione e del nostro essere e la struttura esterna della materia naturale e artificiale condividono alcuni processi fondamentali, che sono processi  temporali.
Biologia e geografia sono espressioni di una temporalità che è insieme sia corporea sia coscienzialistica, sia naturale sia culturale. Ecco il problema, la cui stessa formulazione è densa di implicazioni metafisiche:

L’interpretazione classica della seconda legge era che essa esprimesse l’aumento del disordine molecolare. Nella formulazione di Boltzmann, l’equilibrio termodinamico corrisponde allo stato di massima ‘probabilità’. In biologia e in sociologia, però, il significato fondamentale dell’evoluzione era esattamente l’opposto: essa descriveva delle trasformazioni che portavano a livelli di complessità sempre maggiore. Come si possono mettere in relazione questi vari livelli del tempo? Il tempo moto usato in dinamica, il tempo connesso all’irreversibilità della termodinamica, il tempo storia della biologia e della sociologia? Chiaramente non è cosa facile. Eppure viviamo in un unico universo. Se vogliamo ottenere una visione coerente del mondo in cui siamo inseriti, dobbiamo trovare qualche strada per passare da una descrizione all’altra (4).

Se l’irreversibilità è un dato pervasivo della materia e se la distinzione tra passato e futuro è un precategoriale, «un tipo di concetto primitivo in un certo senso antecedente all’attività scientifica» (190), allora per comprendere come è fatto il mondo e come ci appare, bisogna transitare da una fisica e una metafisica dell’essere a una fisica e una metafisica del divenire. Già Aristotele aveva ben compreso che il tempo -come l’essere- si può dire in molti modi. Il tempo è certamente kinesis, movimento reversibile formulabile nel linguaggio della dinamica, ma è anche metabolé, movimento irreversibile di trasformazione formulabile con il linguaggio della termodinamica. L’uno non esclude l’altro, che invece si impiccano reciprocamente perché la complessità della natura va molto oltre il potere formalizzante dei linguaggi scientifici e filosofici. «Il caos dà origine all’ordine» (132), la maggior parte dei sistemi sufficientemente complessi costituiscono delle strutture non soltanto statiche e non soltanto divenienti ma metastabili, nel senso che in esse convivono reversibilità e irreversibilità, determinismo e probabilità, tempo ed eternità.
La fisica e la metafisica non sono più i saperi dell’immobilità, del nunc stans, della verità logica opposta alle apparenze, ma vanno sempre più diventando i saperi capaci di coniugare il tempo come divenire -χρόνος- – e il tempo come eternità -αἰών, poiché il tempo è anche l’unità degli opposti, è il coniugare le differenze mantenendole come differenze. La questione cosmologica è il luogo -alla lettera- nel quale la complessità del tempo si manifesta in tutta la sua ricchezza anche come durata del presente, che non è affatto il non-luogo della tradizione agostiniana e neppure soltanto il pur importante Specious Present di Clay e James ma è anche e soprattutto la materia densa di strutture molecolari della termodinamica:

Vediamo come è mutata drasticamente la descrizione del tempo se la si paragona con la rappresentazione tradizionale in cui si riteneva che il tempo fosse isomorfo a una linea retta (cfr. figura 10.8) precedente dal lontano passato (t → -∞) al lontano futuro (t → +∞). Il presente corrisponde allora a un unico punto che separa il passato dal futuro. Il presente viene fuori, per così dire, dal nulla e scompare nel nulla. Inoltre, essendo ridotto a un punto, esso è infinitamente contiguo al passato e al futuro. In questa rappresentazione non v’è distanza fra passato, presente e futuro. Al contrario, nella nostra rappresentazione, il passato è separato dal futuro da un intervallo misurato dal tempo caratteristico tc : possiamo parlare della durata del presente. È interessante come molti filosofi -Bergson, Whitehead- abbiano sottolineato la necessità di attribuire al presente una durata incomprimibile di tal genere. L’uso della seconda legge come principio dinamico porta precisamente a questa conclusione, e porta pure a una nuova non-località dello spazio. (213-214).

Prigogine riconosce in modo esplicito il contributo che alcuni filosofi -Bergson, Whitehead e Heidegger- hanno dato alla descrizione del cosmo e della materia come strutture in divenire, intrise di spaziotempo che produce materia e dalla materia è generato. Una temporalizzazione dello spazio per la quale ogni ente è anche un evento, ogni struttura è anche un’attività. Al pari di molte posizioni metafisiche, anche la fisica ha abbandonato ogni ingenuo realismo e si è data il compito di indagare e descrivere la complessità della quale quale siamo parte e che ci oltrepassa. La non-commutatività che rende impossibile uno stato nel quale la coordinata q e la quantità di moto p posseggano valori contemporaneamente ben definiti ha contribuito «a scuotere i fondamenti galileiani della fisica. Essa ha distrutto la convinzione che la descrizione fisica sia realistica in un senso ingenuo» (53).
Il mondo è diventato ai nostri occhi molto più incerto, fluttuante, diveniente, probabilistico, irreversibile. Il paradigma eleatico per il quale tutto è immobile nella sua perfezione, il paradigma platonico per il quale il gorgo del tempo è immagine mobile di un modello atemporale, costituiscono delle magnifiche costruzioni della mente razionale. Che però in quanto razionale deve anche misurarsi con l’esperienza empirica, biologica, sociale delle costruzioni individuali e collettive. Esperienza insieme psichica e materica, alla quale la termodinamica e il divenire offrono tutta la potenza di un mutamento inscritto nelle molecole, di un tempo che coincide con l’essere di tutte le cose possibili e pensabili. 

Il vuoto

Maurizio Consoli – Alessandro Pluchino
Il vuoto: un enigma tra fisica e metafisica
Aracne Editrice, 2015
Pagine 174

Tra i concetti più antichi, enigmatici, pervasivi del pensare, sempre attuali pur nel mutare delle concezioni fisiche e filosofiche, il vuoto si delinea sempre più come un altro nome dell’essere. Vuoto è infatti la condizione del movimento, del divenire, del tempo. Non soltanto nel banale e semplice senso che qualcosa per muoversi e diventare deve farlo in un elemento libero, spazialmente occupato e temporalmente non ancora compiuto ma anche e soprattutto in un significato assai più radicale, che questo importante libro indaga in una molteplicità di direzioni: dal rigore delle equazioni che intessono un intero capitolo (il settimo) ai riferimenti esatti e costanti alla storia della filosofia e alle tradizioni metafisiche orientali.
Il fecondo paradosso che attraversa tutto il testo è che il vuoto non è ‘vuoto’ ma consiste, usando il linguaggio della fisica contemporanea, nello «stato di minima energia» (p. 166); è il ground state, lo stato fondamentale che riempie uniformemente lo spazio e con il quale alla fine coincide. Il vuoto può dunque essere anche la forma oscura di materia ed energia che non è percepibile o misurabile (almeno con i nostri strumenti) ma che interagisce gravitazionalmente, determinando la struttura stessa della materia, la sua origine, il suo evolversi.
I nomi e le forme che questa potenza del vuoto ha assunto nelle differenti culture, tradizioni e paradigmi sono diversi, radicali e fondanti: l’ἄπειρον di Anassimandro, l’indifferenziato che consente l’esistenza e il dinamismo di tutti gli elementi nel tempo; la materia del Taoismo, dell’Induismo e del Buddhismo, non il mero nulla – anche qui – ma l’unità degli opposti; la χώρα platonica, «un elemento primordiale oscuro, informe ed invisibile» (p. 68); il Sein di Heidegger come trasparenza che fa vedere, attrito che fa muovere, intero che rende possibile la parte.
Un altro nome del vuoto è, infine, l’etere della millenaria tradizione fisica e metafisica, vale a dire la sostanza che pervade tutto l’universo e dentro la quale si muovono i corpi, compresa la luce. È sull’etere che questo libro formula ipotesi e propone interpretazioni di grande significato sia per la storia della scienza sia per l’epistemologia. Dall’indagine condotta in queste pagine emerge infatti come non sia vero che la relatività abbia definitivamente cancellato l’etere. Non soltanto perché, come si disse sin da subito, nella teoria einsteiniana dell’invarianza (o della relatività) l’etere continua a rimanere centrale prendendo il nome di spazio, ma per numerose altre ragioni sia sperimentali sia matematiche.
Lo stesso Einstein fu sulla questione molto più aperto di quanto di solito si pensi. Nel Manoscritto Morgan del 1920 e in una lezione tenuta a Leida  lo stesso anno, affermò infatti che «nel 1905 ero convinto che non fosse più permesso di parlare di etere in fisica. Tuttavia questa opinione era troppo radicale. Secondo la relatività generale, lo spazio è dotato di proprietà fisiche. In questo senso, un etere esiste…Si può perciò dire che l’etere è risuscitato nella teoria della relatività generale, anche se in una forma più sublimata. A differenza della materia ordinaria, esso non è pensabile come composto di particelle che possano essere seguite individualmente nel tempo» (qui citato alle pp. 100-101).
Consoli e Pluchino mostrano in modo documentato che se questa posizione non venne dallo scienziato tedesco ulteriormente sviluppata fu per ragioni che non hanno a che fare con la fisica ma con la sociologia della conoscenza e con la situazione storica della prima metà del Novecento. Di fatto oggi si assiste a un ritorno dell’etere «sotto altre specie, tramite la nozione di un condensato che pervade uniformemente lo spazio e fa da sfondo ai processi fisici osservabili. Peraltro […] il campo di Higgs non  è l’unica forma di etere che viene introdotta» (17).
Il vuoto non è il nulla, l’etere non è il nulla. Vuoto ed etere sono il vacuum condensation, la condensazione del vuoto, tanto che  diversamente «dallo spazio-tempo banalmente vuoto che Einstein aveva in mente nel 1905, il vuoto della fisica di oggi andrebbe piuttosto pensato come permeato da diversi condensati di quanti elementari» (140).
A partire da questa complessa e ricca fondazione epistemologica, Consoli e Pluchino conducono una duplice operazione: interpretano in modo diverso – rispetto alla vulgata – il significato e i limiti degli esperimenti di ottica effettuati da Michelson-Morley nel 1887; analizzano e riproducono tali esperimenti su base matematica. Mostrano in questo modo che i residui di quegli esperimenti – il cui obiettivo consisteva nell’osservare il moto della Terra nell’etere e stimarne la velocità – conducono a un valore di 370 km al secondo, che è esattamente quello confermato dallo studio della Cosmic Microwave Background (CMB, radiazione cosmica di fondo). La loro indagine suggerisce quindi di rivalutare alcuni elementi di quegli esperimenti che risultano compatibili con l’esistenza dell’etere, non riducendoli per intero a errori strumentali ma anzi mostrando che «possono anche essere consistenti con il modello stocastico di ether-drift che abbiamo discusso» (124). Si tratta di un risultato assai fecondo, dato che «riuscire a rivelare in laboratorio un ‘ether-wind’ (vento d’etere) finirebbe con il modificare sostanzialmente il nostro modo di concepire la realtà» (10).
I primi esperimenti di Michelson-Morley, e i numerosi che seguirono nei decenni successivi, se da un lato non diedero i risultati che ci si attendeva per poter confermare l’ipotesi dell’esistenza dell’etere, dall’altro diedero però dei risultati con essa compatibili. Riformulati con metodi matematici, questi risultati «differentemente dall’interpretazione tradizionale, che tende a considerarli come puri effetti strumentali, potrebbero invece acquistare un significato fisico ed indicare un debole flusso di energia, associato al moto cosmico della Terra, che induce correnti convettive in sistemi debolmente legati come i gas ed una conseguente leggera anisotropia della velocità della luce» (140-141). Ricordo che con anisotropia si indica quella proprietà per la quale il valore di una grandezza fisica dipende dalla direzione che il fenomeno studiato assume. Questo implica che un punto di riferimento conta nell’accadere e nei risultati del fenomeno studiato e che quindi siano possibili riferimenti assoluti.
Un altro elemento favorevole a questa ipotesi è una delle più interessanti interpretazioni della meccanica quantistica, vale a dire la teoria dell’onda-pilota di de Broglie-Bohm: «Nella sua formulazione più semplice, vengono introdotte due entità distinte: un corpuscolo materiale localizzabile ed un’onda che lo guida, la funzione d’onda Ψ che compare nell’equazione di Schrödinger. L’onda ha un diretto significato fisico ed andrebbe interpretata come una reale eccitazione di un etere sottostante, cioè del vuoto. Essa viene provocata dal corpuscolo ma, nello stesso tempo, lo ‘pilota’ nel senso che ne determina il momento spaziale P tramite la relazione P = −h∇S, dove S è la fase di Ψ = |Ψ|eiS» (164). In questo modo non soltanto si supera il dualismo onda/particella ma l’etere acquista lo stato di ipotesi ancora ben presente e ben plausibile all’interno della fisica contemporanea, un’ipotesi radicata nell’intera scienza e metafisica, non soltanto europee, e coerente con la meccanica quantistica.
L’etere può costituire l’ἄπειρον come campo/energia nel quale la materiatempo fluisce, si condensa, sta e accade. In termini generali, l’etere può rappresentare lo spaziotempo assoluto la cui esistenza non è affatto esclusa ma anzi è implicata da alcune delle teorie cosmologiche più recenti.
Il fatto che la meccanica quantistica conduca «a una visione della realtà come un tutt’uno profondamente interconnesso» (52) conferma il significato e la fecondità del pensiero greco arcaico, da cui matematica e fisica sono sorte e del quale – come si vede anche in questo libro appassionante – rimangono eredi.

Gli autori del libro – che si può scaricare in pdf – ne hanno scritto un altro, molto più tecnico, pubblicato nel 2018 in lingua inglese con la World Scientific.
Le loro ipotesi sulle relazioni tra l’etere e la radiazione cosmica di fondo erano state anche sintetizzate in forma semplificata e per un più vasto pubblico in un articolo in lingua italiana, inizialmente preso in considerazione da una rivista di divulgazione scientifica ma che poi per varie traversie non è stato pubblicato. Ne pubblico qui il pdf (con le mie evidenziazioni).
Si tratta di pagine che possono aprire un dibattito fecondo, anche nel caso si volesse respingere i loro contenuti. Significativa è la conclusione del testo, che indirizza alla questione della complessità. Se un articolo così fecondo non è stato ancora pubblicato è perché, oltre i meccanismi di censura e rifiuto analizzati magistralmente da Kuhn e Feyerabend, in questi casi agisce anche la consueta antropologia del branco, tesa a respingere i membri della comunità che mostrino troppo coraggio. Un coraggio che rischierebbe di mettere in pericolo l’identità e la forza della comunità stabilita. Insomma, che siano fisici, matematici, filosofi o altro, gli umani rimangono una comunità di primati. È bene che lo sappiano per non incorrere nella ὕβρις antropocentrica. Tanto più apprezzo chi, come Pluchino e Consoli, ha il coraggio e la curiosità di muoversi su territori non dogmatici e realmente scientifici.

[La fotografia raffigura il nostro pianetino, con la Luna che gli gira intorno, come si vede da Saturno;  a una distanza di circa un miliardo e mezzo di km, che corrispondono a 90 minuti luce]

Fisica

Lee Smolin
La rinascita del tempo
Dalla crisi della fisica al futuro dell’universo
(Time  Reborn. From the Crisis in Physics to the Future of the Universe, 2013)
Trad. di S. Frediani
Einaudi, 2014
Pagine XXX-297

La credenza di molti fisici contemporanei che il tempo sia irreale costituisce una forma di platonismo matematico che ha però abbandonato il profondo legame che Platone sente con la realtà come intero e come problema, mettendo al posto di questa serietà ontologica il semplice fascino dell’eleganza e del formalismo matematici, i quali tuttavia non garantiscono in alcun modo la verità dei loro asserti ma soltanto il bisogno di eternizzarsi. Vale quindi assai di più per le scienze attuali che per Platone la giusta osservazione di Smolin per cui «vi è una certa grossolanità alla base di ogni tesi secondo la quale il nostro universo in definitiva è spiegato da un altro mondo più perfetto, che è separato da tutto ciò che percepiamo. Se cediamo a questa tesi, rendiamo permeabile il confine tra scienza e misticismo» (p. 12).
Molte delle teorie fisiche e cosmologiche contemporanee se non sono errate rimangono tuttavia delle approssimazioni, riferibili ad alcune piccole parti dell’universo, rappresentabili tramite oggetti matematici atemporali.
Lo sfrenato platonismo di queste teorie risiede nell’«assurdità dell’opinione che la matematica preceda la natura. In realtà la matematica viene dopo la natura. Non ha potere generativo. In altre parole, nella matematica le conclusioni sono imposte da implicazioni logiche, mentre in natura gli eventi sono generati da processi causali che agiscono nel tempo. Non è la stessa cosa; le implicazioni logiche possono modellare aspetti di processi causali, ma non sono identiche a processi causali. La logica non è lo specchio della causalità. La logica e la matematica colgono aspetti della natura mai tutta la natura» (252). La matematica è uno strumento splendido e assai potente al servizio della scienza, non è la scienza al servizio delle matematiche. L’idea galileiana che il mondo sia scritto in caratteri matematici ha contribuito alla comprensione di molti aspetti della realtà ma non descrive la realtà in quanto tale.

La teoria della relatività e la meccanica quantistica sono tra di loro opposte ma condividono il primato newtoniano della matematica. I fisici che praticano tale paradigma si comportano come gli zoologi da laboratorio, i quali studiano gli animali rinchiusi in condizioni totalmente artificiose, riducendone il comportamento a schemi prefissati e astratti. È accaduto che dal problema dei tre corpi alle simulazioni su supercomputer, «stelle formate da un numero enorme di atomi sono trattate come se fossero punti e l’influenza di qualsiasi altra cosa esterna al sistema di solito viene ignorata» (46). Come l’etologia libera gli animali studiandoli nella concretezza dei loro ambienti, così il paradigma della realtà del tempo libera la complessità del divenire dalla sua riduzione alle equazioni.
Il fatto, ad esempio, «che il movimento avviene nel tempo mentre la sua rappresentazione matematica è atemporale significa che non sono la stessa cosa» (36).
Il movimento, il divenire, le possibilità, i fenomeni, la materia, l’universo, costituiscono l’essere immenso e complesso che si dispiega in ogni anfratto del tempo e dello spazio. Il passaggio dal semplice al complesso non si trova nelle equazioni, non è previsto dal funzionamento di strutture atemporali. ‘Fare fisica in una scatola’ significa scambiare la parte per il tutto, il laboratorio per la natura, l’astrazione di un fatto isolato con la concretezza delle relazioni dentro le quali soltanto ogni ente, ogni evento e ogni processo possono accadere -ontologia- e possono essere spiegati -epistemologia.

Come la più parte dei fisici, anche Smolin è partito dalla tesi della irrealtà del tempo ma si è dovuto ricredere e con coraggio si è ricreduto, fino a sostenere una epistemologia per la quale «la descrizione più vera di qualcosa si ottiene specificandone le relazioni con le altre parti del sistema di cui fa parte» (XII);  un’ontologia temporale per la quale il tempo è «la chiave del significato della teoria quantistica e della sua futura unificazione con lo spazio, il tempo, la gravità e la cosmologia» (VIII); una metodologia falsificazionista che ritiene scientifico soltanto ciò che produce previsioni che possono essere falsificate; una coraggiosa concezione temporale anche delle leggi scientifiche, sottratte alle strutture platoniche di là dal tempo e dallo spazio concreti, esperibili, fenomenici.
Una prospettiva radicale, quindi, perché -davvero- «nulla trascende il tempo, nemmeno le leggi della natura. Le leggi non sono atemporali. Come qualunque altra cosa, sono caratteristiche del presente e si possono evolvere nel corso del tempo» (X), come già sostenne Peirce, secondo il quale per riuscire a spiegare la natura e il suo divenire anche le leggi naturali devono essersi evolute. Se l’universo infatti è tutto ciò che esiste, non è possibile che la sua spiegazione consista in qualcosa posto al di fuori dell’universo stesso. Le scienze e le loro leggi fanno parte di questo mondo e come questo mondo sono sottoposte a evoluzione, trasformazioni, mutamenti: «Può sembrare che far evolvere le leggi ne riduca il potere, ma in realtà fa crescere il potere complessivo della scienza. […] Se ammettiamo ai livelli più profondi della nostra concezione della natura l’evoluzione e il tempo, abbiamo più possibilità di comprendere questo misterioso universo in cui ci troviamo» (257).
Le leggi sono approssimazioni assai utili, le quali emergono dalle strutture materiche e ne condividono genesi e destino. Il tempo fenomenico è il tempo reale, «il tempo e il suo passaggio sono fondamentali e reali e le speranze e le credenze relative a verità e regni atemporali non sono altro che miti. Accettare il tempo significa essere convinti che la realtà consiste soltanto di ciò che è reale in ciascun momento del tempo» (X) e del suo moto inarrestabile, direzionale, continuo.
L’universo-blocco della teoria einsteiniana dell’invarianza, la visione di Julian Barbour di momenti discreti che rimangono tutti eterni, la consolazione che tutto questo apporta rispetto alla mortalità e alla finitudine, sono tutte forme di eternalismo ben note nella tradizione metafisica e che trovano la loro espressione più grande e più potente nell’ontologia parmenidea, alla quale Smolin contrappone una fisica eraclitea e un’ontologia nella quale riluce il frammento anassimandreo posto a epigrafe del libro: «Tutte le cose hanno origine l’una dall’altra, e periscono l’una nell’altra,  secondo la necessità […] in conformità con l’ordine del tempo».
Il relazionalismo implica la rinuncia al principio della «relatività della simultaneità e accettare che, al contrario, esiste un concetto di tempo globale privilegiato. Un punto importante è che ciò non comporta l’abbandono della relatività, ma soltanto la sua riformulazione» (168-169) mediante il superamento della località implicito nella teoria dei quanti. Infatti se nella relatività ristretta gli eventi sono simultanei solo quando avvengono nello stesso luogo, «in un universo quantistico, in cui ogni particella è potenzialmente a un passo di distanza da ogni altra particella, ogni cosa si troverà essenzialmente ‘nello stesso posto’. In un modello siffatto, non si ha il problema della sincronizzazione degli orologi, quindi esiste un tempo universale» (196).

Alla trasformazione della relatività e al tentativo di renderla compatibile con la fisica quantistica, si accompagna una riformulazione anche della termodinamica, la quale esclude il concetto di morte termica in uno stato definitivo di equilibrio entropico e di eventi sempre uguali e ritornanti, poiché se «i sistemi termodinamici normali finiscono nell’unico stato di equilibrio uniforme; i sistemi gravitazionalmente legati, antitermodinamici, finiscono in uno dei moltissimi stati estremamente eterogenei»; se «l’unico tipo di universo che sembri naturale dalla prospettiva atemporale del paradigma newtoniano è un universo morto in equilibrio, ovviamente diverso da quello in cui viviamo. Dalla prospettiva della realtà del tempo, invece, è del tutto naturale che l’universo e le sue leggi fondamentali siano asimmetrici rispetto al tempo, con una forte freccia del tempo che comprende aumenti di entropia per sistemi isolati insieme a una continua crescita di struttura e complessità» (232). E questo non implica, come mi sembra tenda a pensare Smolin, il rifiuto del determinismo. Se il libero arbitrio è un errore e un’illusione, lo è non perché la necessità preceda il divenire degli enti e degli eventi, la necessità accade mentre diviene.
Il fondamento anassimandreo ed eracliteo di tali proposte ha come snodo fondamentale i principi leibniziani di ragion sufficiente e di identità degli indiscernibili. Infatti, «se il tempo è reale, dovrebbe essere impossibile che esistano due momenti diversi ma identici. Il tempo è completamente reale sono in un universo leibniziano. Un universo leibniziano sarà pieno di complessità che genera un abbondante assortimento di configurazioni e strutture uniche. E sarà in perenne cambiamento, per garantire che ciascun momento possa essere distinto da ogni altro dalle strutture e dalle configurazioni presenti. Proprio come il nostro universo» (223).

Il tempo si conferma così il più importante tema e problema della fisica e di tutte le possibili scienze che non vogliano assumere una dimensione e un linguaggio mistico-matematici. «L’ipotesi della realtà del tempo conduce a una cosmologia più scientifica» (248) perché conduce a una cosmologia la quale non ha più bisogno dei tentativi fisici, religiosi ed etici di consolarci del nulla nel quale ogni ente è destinato a dissolversi come ente in questa forma qui, in questa determinata struttura minerale, vegetale, animale, atomica e cosmica. La tesi della realtà effettiva, totale, pervasiva del tempo è più scientifica perché il mondo «continua a essere, sempre, un fascio di processi che si evolvono nel tempo e soltanto alcune sue piccole parti possono essere rappresentate da oggetti matematici atemporali» (252).
Scienze e filosofia consistono nella conoscenza razionale e fenomenologica della struttura temporale del cosmo e di ogni sua parte.

Spaziotempo

Quel che accade tra Einstein e la meccanica quantistica
il manifesto
17 agosto 2019
pagina 11

Ne Il concetto di spazio / The concept of Space. Il destino dell’uomo alla fine della metafisica (Loghìa, 2018) Gianluca Giannini conduce una densa riflessione sullo spaziotempo. Ho cercato di dialogare con le sue tesi dalla mia prospettiva temporale ed è stata anche un’occasione per sintetizzare alcuni concetti che i lettori di questo sito (e dei miei libri) conoscono bene.
Non c’è un tempo che precede gli eventi e nel quale gli eventi accadono ma l’accadere degli eventi è il tempo. Il quale non è soltanto un dato mentale come non è soltanto un’esperienza fisica. Il tempo è la differenza della materia nei diversi istanti del suo divenire ed è l’identità di questo divenire anche in una coscienza che lo comprende. La realtà consiste nell’accadere degli eventi nei diversi strati e strutture che compongono la materia. Strati che vanno dal puro sussistere fisico-chimico all’esistere come coscienza consapevole.

Logica del tempo

Aa. Vv.
La logica del tempo
A cura di Claudio Pizzi
Boringhieri, 1974
Pagine 410

Per molto tempo, per secoli, i logici hanno ritenuto che ciò che è vero oggi poteva non esserlo ieri o potrà non esserlo domani, e che dunque le proposizioni siano «entità suscettibili di cambiare valore di verità a seconda delle circostanze» (Pizzi, p. 14). E questo anche perché lo studio dei concetti e delle proposizioni temporali sta al cuore stesso della logica modale, quella che si occupa di esplicitare le regole che coniugano e distinguono tra di loro la possibilità, la necessità, la contingenza. Logica temporale e logica modale sono tra di loro fecondamente legate.
Anche Kant ritiene che il tempo sia una via d’uscita dalla contraddizione -logica e ontologica- che inerisce al concetto stesso di cambiamento, vale a dire l’appartenenza a un medesimo oggetto di elementi tra di loro incompatibili. Una certa quantità di H2O può essere liquida e insieme solida se lo è in istanti diversi; un umano può essere inesistente, vivo e morto in periodi differenti; un’automobile può essere immobile e lanciata ad alta velocità in due o più intervalli di tempo. E quindi «nur in der Zeit können beide kontradiktorisch entegegensetze Bestimmungen in einem Dinge, nämlich nach einander, anzutreffen sein» [‘Solo nel tempo due determinazioni tra di loro opposte e contraddittorie possono affermarsi di un medesimo oggetto, e precisamente l’una dopo l’altra’. Critica della ragion pura, «Estetica trascendentale», § 5]. Nach einander, l’una dopo l’altra. Tutto questo sembra evidente all’esperienza e logicamente ben fondato. E tuttavia a partire dal Cinquecento, e in significativo parallelismo con l’affermarsi del metodo scientifico galileiano, i logici hanno respinto tale evidenza e hanno cominciato a descrivere un mondo senza tempo in un linguaggio atemporale. È sintomatico che Quine -insieme a Smart uno dei più estremisti tra i detemporizzatori del Novecento- abbia suggerito «che la fisica della relatività rende inevitabile la detemporizzazione dei linguaggi formalizzati» (Massey, 395). Dalla relatività galileiana a quella einsteiniana, la negazione del tempo è diventata ed è stata un elemento centrale delle scienze in età moderna.

pizzi-logica-del-tempoE però da alcuni decenni la prospettiva è mutata. Il primo decisivo contributo alla reintroduzione della variabile temporale anche in logica è venuto da Arthur N. Prior (1914-1969). Il suo Time and Modality (1957) è «il libro in cui per la prima volta i tempi verbali sono ‘presi in seria considerazione’ da un punto di vista logico» (Pizzi, 13). Prior e Richard M. Gale criticano le varie modalità mediante le quali il tempo viene negato spazializzandolo ed evidenziano invece la necessità di distinguere in logica la dimensione temporale da quella spaziale. I due filosofi elaborano quindi una tense logic, una logica dei tempi verbali capace di enunciare il mutamento e le leggi formali che lo guidano.
Viene in tal modo riproposta la prospettiva logica aristotelica che nella filosofia greca e medioevale dà per ovvia la variabilità nel tempo del valore veritativo degli enunciati. Prospettiva contro la quale dalla Logica di Port-Royal in avanti si è ritenuto di dover utilizzare un’unica forma verbale, vale a dire la copula ‘è’ che fa del presente il luogo esclusivo del significato delle proposizioni «in quanto corrispettivo dell’operatore insiemistico di appartenenza» (Pizzi, 11). Le strutture temporali che dovrebbero essere declinate nel verbo vengono da questa logica attribuite al complemento oggetto mediante una serie molto articolata, spesso pedante e anche controintuitiva, di parafrasi. Se «tra i logici antichi e medievali si dava per scontata la tesi secondo cui a) le distinzioni temporali dei verbi sono un argomento pertinente alla riflessione logica, e b) ciò che è vero in un dato momento è spesso falso in un altro e viceversa, […] dopo il Rinascimento le affermazioni a) e b) -prima la a) e poi la b)- sono state sempre più diffusamente oggetto di contestazione. […] Per esempio nella Logica di Port-Royal […] si attacca il punto di vista aristotelico secondo il quale è essenziale per un verbo avere qualche riferimento al tempo. […] Solo il semplice ‘è’, e questo neppure in tutti i casi, è un puro verbo, stando a tale criterio» (Prior, 100). Dire ad esempio che ‘quest’uomo era vivo’ equivale a dire che ‘quest’uomo è un ex vivente’. Oppure: ‘x inizierà la lettura di un nuovo libro’ significa ‘ è colui che si sta accingendo alla lettura di un nuovo libro’. In questo modo è possibile volgere al presente qualsiasi tipo di enunciato temporale trasformando ogni ‘p’ in un ‘è vero che p’.
In realtà un simile modo di esprimersi è per Prior  flatus vocis, un modo di parlare che non rappresenta gli stati del mondo. E ha avuto molto coraggio a rilevarlo, poiché si è trattato di proporre un nuovo paradigma nel senso kuhniano, in quanto l’atemporalità era diventata un vero e proprio dogma logico-scientifico, nonostante la sua evidente distanza dalla realtà degli enti, degli eventi, dei processi.

La logica formale moderna ha pensato un mondo statico, nel quale ogni proposizione sia per sempre vera o per sempre falsa. Una prospettiva evidentemente contraria alla fenomenologia del mondo e alle sue trasformazioni. Ma «dopo che la teoria logica ha esteso il suo ambito oltre la struttura di un mondo statico per abbracciare un mondo di azione e cambiamento, anche il concetto di tempo ha acquisito un interesse nuovo e cruciale per il logico» (von Wright, 259). Tempo e cambiamento sono dunque legati tra di loro in modo ricco e complesso.
Di fronte alla plausibilità di tutto questo, la detemporalizzazione logica e l’atemporalità ontologica mostrano di potersi sostenere su un fondamento soprattutto teologico, come aveva intuito Peirce, secondo  il quale «una logica puramente assertorica è la logica modale di una creatura onnisciente, per la quale il solo stato di cose ‘possibile’ è quello attuale» (Prior, 110-111). Fisica e logica della modernità costituiscono dunque un tentativo di negare il tempo ponendosi dal punto di vista di un dio. Un punto di vista che non può essere filosofico. La filosofia infatti -conclude in modo del tutto sensato Prior- si fonda sul fatto «che le cose di cui facciamo le nostre predicazioni, ‘i valori delle nostre variabili vincolate’, comprendono cose che non sono sempre esistite e/o non esisteranno sempre» (391).
Gli anni che ci separano da queste affermazioni hanno dato ragione alle intuizioni temporizzanti di Prior e degli altri logici che ne hanno accettato la prospettiva.

Polvere di stelle

Interstellar
di Christopher Nolan
Usa, 2014
Con: Matthew McConaughey (Cooper), Mackenzie Foy (Murph da bambina), Jessica Chastain (Murph), Anne Hathaway (Brand), Michael Caine (Dottor Brand), John Lithgow (Donald)
Trailer del film

interstellarPolvere. Dappertutto. Sporca le case e distrugge i raccolti. Tempeste si susseguono e rendono sterile la Terra. La questione fondamentale è tornata a essere il cibo. Per tutti i popoli e non soltanto per gli africani. La tecnologia è regredita e gli investimenti superflui sono stati abbandonati, compresi i voli spaziali. Cooper è uno dei tanti umani costretti a tornare a fare i contadini, da ingegnere astronauta qual era. Alla figlia Murph lo lega un affetto totale. La ragazzina è molto intelligente; insieme cercano di interpretare gli eventi un po’ insoliti che accadono nella stanza di lei. È come se qualcosa volesse comunicare le coordinate di un certo luogo. Quando arrivano in quel luogo scoprono che la Nasa continua a lavorare in assoluto segreto a un progetto –Lazarus– capace di restituire vita all’umanità trasferendola altrove. Nel nostro sistema solare non ci sono pianeti abitabili, e forse neppure nella galassia. Esplorare altre galassie è impossibile a causa delle immense distanze. A meno che non si riesca a utilizzare un wormhole, una sorta di scorciatoia spaziotemporale prevista da alcune teorie fisiche e anche dalle equazioni della relatività. Cooper viene convinto (dal consueto scienziato) a tentare questo viaggio, nonostante la struggente richiesta della figlia di non andarsene, di non abbandonarla. Comincia quindi un itinerario nello spazio e nel tempo che porterà il protagonista e altri astronauti a visitare nuovi pianeti in galassie imprecisate, a rallentare il loro tempo rispetto a quello della Terra (dato che viaggiano a velocità altissime), a entrare in un buco nero, con esiti imprevedibili.
Della possibilità fisica e non soltanto matematica dei viaggi nel tempo ho discusso recensendo I viaggi nel tempo. Una guida filosofica di Giuliano Torrengo. Tali viaggi sono materialmente impossibili e logicamente contraddittori e invece questo film fa transitare in pochissimi anni terrestri i suoi personaggi in una varietà di luoghi, tempi e dimensioni per le quali -accettando che qualcosa del genere possa accadere- sulla Terra passerebbero milioni di anni. Basterebbe questo a inficiare le ambizioni scientifiche dell’opera. Ma Interstellar è un film, non un trattato di fisica quantistica. Ed è come film che risulta retorico e melenso nella sceneggiatura, inutilmente prolisso  nella durata (tre ore), fonte di confusione concettuale per lo spettatore che volesse anche apprendere qualcosa da esso. Più che un film di fantascienza è una storia d’amore tra un padre e una figlia. Vi si ripete spesso, infatti, che l’amore vince tutto. Ma c’era bisogno di scomodare la gravità quantistica per sostenere questo antico assunto?
Il tentativo di rendere visibile  lo spaziotempo relativistico era ovviamente disperato in partenza e molte delle immagini -pur suggestive- non possono restituire in alcun modo la complessità del concetto. Non mancano però una decina di minuti nei quali la grafica sembra cogliere davvero qualcosa di dimensioni che vadano oltre le tre consuete e che includano fisicamente il tempo. Quei pochi minuti non valgono tuttavia un film tanto ambizioso nelle intenzioni quanto modesto nei risultati.

p.s.
Il 28 giugno del 2009 il fisico Stephen Hawking organizzò a Cambridge una grande festa, diramando molti inviti. Ahimè non si presentò nessuno. Ma Hawking non si stupì della cosa, in quanto aveva spedito gli inviti il giorno successivo a quello della festa. Sua intenzione era infatti organizzare tale serata per futuri viaggiatori del tempo. Li sta ancora aspettando.
[Fonte: Scientific American, 2.9.2014]

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