Freccia del tempo
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La freccia del tempo è un concetto che si usa perché quasi tutti i processi fisici a livello microscopico sono simmetrici rispetto al tempo, vale a dire che le equazioni usate per descriverli hanno la stessa forma se la direzione del tempo è invertita, anche se quando descriviamo i fenomeni a livello macroscopico, c'è ovviamente una direzione del tempo.
A livello macroscopico si osserva la seconda legge della termodinamica, o legge di entropia, che in parole povere è il principio secondo il quale il grado di disordine in un sistema isolato aumenta con il tempo. Per usare un esempio semplice, un piatto guadagna entropia se si rompe. L'entropia quindi può essere usata per indicare la direzione verso cui si muove il tempo. Non è l'unico esempio. A livello macroscopico vediamo fenomeni come frizione, viscosità, e dissipazione dell'energia, che producono una freccia del tempo, nonostante tutto questo sembra essere assente a livello microscopico.
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[modifica] La freccia termodinamica del tempo
È stato affermato che la freccia del tempo così come è percepita da noi – fornendo passato e futuro distinti – è il risultato dell'influenza della seconda legge della termodinamica sull'evoluzione del cervello. Per ricordare qualcosa, la nostra memoria passa da uno stato disordinato a uno stato più ordinato, o da uno stato ordinato a un'altro. Per assicurarsi che il nuovo stato sia quello corretto, deve essere consumata dell'energia per svolgere il lavoro e questo aumenta il disordine nel resto dell'Universo. C'è sempre un maggiore aumento di disordine rispetto all'ordine guadagnato dalla nostra memoria, quindi la freccia del tempo nella quale ricordiamo le cose ha la stessa direzione di quella rispetto alla quale il disordine dell'Universo aumenta.
Secondo la corrente teoria scientifica del Big Bang, l'Universo era inizialmente molto caldo con l'energia distribuita uniformemente. Mentre l'Universo si espande la sua temperatura scende, lasciando meno energia disponibile per svolgere lavoro utile nel futuro rispetto al passato. Quindi l'Universo stesso ha una freccia termodinamica ben definita.
[modifica] La freccia elettromagnetica del tempo
Il fatto che si osservano in genere onde elettromagnetiche divergenti piuttosto che convergenti crea un'altra freccia del tempo. Per esempio, in assenza di qualsiasi radiazione incidente, si osserva facilmente un'emissione spontanea, mentre l'assorbimento in assenza di radiazione non è mai osservato. Questa freccia ha molte somiglianze con la freccia termodinamica.
[modifica] Un esempio di irreversibilità
Si consideri la situazione in cui un grande contenitore è riempito con due liquidi separati, ad esempio una tintura da una parte e acqua dall'altra. Senza barriere fra i due liquidi, le oscillazioni casuali delle molecole rendono i liquidi sempre più mescolati mentre il tempo passa. Tuttavia, una volta che i liquidi sono mescolati, non ci aspettiamo che la tintura e l'acqua lasciati a sé stessi si separino ancora.
Ora si immagini che l'esperimento sia ripetuto, ma questa volta con un contenitore molto piccolo con solo poche molecole (magari solo 10). Dato un periodo relativamente breve di tempo, si può immaginare che – solo per caso – le molecole diventino separate per un istante, con tutte le molecole di tintura da una parte e tutte le molecole di acqua dall'altra. Questo risultato è formalizzato nel teorema delle fluttuazioni.
Non è impossibile la separazione per le molecole nel contenitore grande, solo molto improbabile, al punto da non accadere mai – anche se fosse disponibile un tempo pari all'età dell'Universo. I liquidi partono da uno stato altamente ordinato e la loro entropia, o il loro disordine, aumenta con il tempo.
Se il contenitore grande è osservato nelle prime fasi del processo di mescolamento, può essere trovato in uno stato di mescolamento parziale. Sarebbe ragionevole concludere che, senza intervento esterno, il liquido ha raggiunto questo stato perché era più ordinato in passato, quando c'era una maggiore separazione, e sarà più disordinato, o mescolato, nel futuro.
[modifica] Voci correlate
- bias antropico
- simmetria temporale
- paradosso di Loschmidt
[modifica] Collegamenti esterni
- The Physical Basis of The Direction of Time by H.D. Zeh, ISBN 3540420819, sito ufficiale
- (EN) Freccia termodinamica del tempo
