Tempo
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Il tempo è la dimensione nella quale si concepisce e si misura il trascorrere degli eventi. Tutti gli eventi possono essere descritti in un tempo che può essere passato, presente o futuro. La complessità del concetto è da sempre oggetto di studi e riflessioni filosofiche e scientifiche da parte dell’uomo.
[modifica] Tempo e moto
Dalla nascita dell'universo, presumibilmente e secondo la conoscenza umana, inizia il trascorrere del tempo. Il cambiamento materiale e spaziale regolati dalla chimica e dalla fisica determinano, secondo l'osservazione, il corso del tempo. Tutto ciò che si muove e si trasforma è così descritto, oltre che chimicamente e fisicamente, anche a livello temporale. Alcuni esempi tra i più immediati della correlazione tra tempo e moto sono la rotazione della Terra attorno al proprio asse che determina la distinzione tra il giorno e la notte ed il suo percorso ellissoidale intorno al Sole (la cosiddetta rivoluzione), che determina le variazioni stagionali.
[modifica] Distanze misurabili con il tempo
Nel linguaggio di tutti i giorni spesso si usa il tempo come misuratore di distanze, per indicare la durata di un percorso (come ad esempio: "mezz'ora d'automobile", "un giorno di viaggio", "10 minuti di cammino"), valorizzando approssimativamente la distanza a livello temporale. Tecnicamente, invece, il tempo viene utilizzato per misurare una distanza in relazione alla velocità della luce (anno luce) o al suono. In questi casi particolari una locuzione contenente dei riferimenti al tempo indica quasi sempre distanze precise nello spazio, al punto da assurgere al ruolo di unità di misura.
[modifica] Simultaneità e causalità
Eventi distinti tra loro possono essere simultanei oppure distanziarsi in proporzione a un certo numero di cicli di un determinato fenomeno, per cui è possibile quantificare in che misura un certo evento avvenga dopo un altro. Il tempo misurabile che separa i due eventi corrisponde all'ammontare dei cicli intercorsi. Convenzionalmente tali cicli si considerano per definizione periodici entro un limite di errore sperimentale. Tale errore sarà percentualmente più piccolo quanto più preciso sarà lo strumento (orologio) che compie la misura. Nel corso della storia dell'uomo gli orologi sono passati dalla scala astronomica (moti del Sole, della Terra) a quella quantistica (orologi atomici) raggiungendo progressivamente precisioni crescenti.
Uno dei modi di definire il concetto di dopo è basato sull'assunzione della causalità. Il lavoro compiuto dall'umanità per incrementare la comprensione della natura e della misurazione del tempo, con la creazione e il miglioramento dei calendari e degli orologi, è stato uno dei principali motori della scoperta scientifica.
[modifica] La misura del tempo
L'unità di misura standard del Sistema Internazionale è il secondo. In base ad esso sono definite misure più ampie come il minuto, l'ora, il giorno, la settimana, il mese, l'anno, il lustro, il decennio, il secolo ed il millennio. Il tempo può essere misurato, esattamente come le altre dimensioni fisiche. Gli strumenti per la misurazione del tempo sono chiamati orologi. Orologi molto accurati, vengono detti cronometri. I migliori orologi disponibili (~2000DC) sono gli orologi atomici.
Esistono svariate scale temporali continue di utilizzo corrente: il tempo universale, il tempo atomico internazionale (TAI), che è la base per le altre scale, il tempo universale coordinato (UTC), che è lo standard per l'orario civile, il Tempo Terrestre (TT), ecc. L'umanità ha inventato i calendari per tenere traccia del passaggio di giorni, settimane, mesi e anni.
[modifica] Il tempo nell'ingegneria e nella fisica applicata
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Per approfondire, vedi le voci spaziotempo e Spazio-tempo di Minkowski. |
In fisica, il tempo è definito come distanza tra gli eventi calcolata nelle coordinate spaziotemporali quadridimensionali. La relatività speciale mostrò che il tempo non può essere compreso se non come una parte del cronotopo (altra parola per definire lo spaziotempo, una combinazione di spazio e tempo). La distanza tra gli eventi dipende dalla velocità relativa dell'osservatore rispetto ad essi. La Relatività Generale modificò ulteriormente la nozione di tempo introducendo l'idea di uno spazio-tempo capace di curvarsi in presenza di campi gravitazionali. Un'importante unità di misura del tempo in fisica teorica è il tempo di Planck (si veda unità di Planck per i dettagli).
[modifica] Concetto di tempo in geologia
Il concetto di tempo in geologia è un argomento complesso in quanto non è quasi mai possibile determinare l'età esatta di un corpo geologico o di un fossile. Molto spesso le età sono relative (prima di..., dopo la comparsa di...) o presentano un margine di incertezza, che cresce con l'aumentare dell'età dell'oggetto. Sin dagli albori della geologia e della paleontologia si è preferito organizzare il tempo in funzione degli organismi che hanno popolato la Terra durante la sua storia: il tempo geologico ha pertanto struttura gerarchica e la gerarchia rappresenta l'entità del cambiamento nel contenuto fossilifero tra un età e la successiva.
Solo nella seconda metà del ventesimo secolo, con la comprensione dei meccanismi che regolano la radioattività si è iniziato a determinare l'età delle rocce fisicamente. La precisione massima ottenibile non potrà mai scendere al di sotto di un certo limite in quanto i processi di decadimento atomico sono processi stocastici e legati al numero di atomi radioattivi presenti all'interno della roccia nel momento della sua formazione. Le migliori datazioni possibili si attestano sull'ordine delle centinaia di migliaia di anni per le rocce con le più antiche testimonianze di vita (nel Precambriano) mentre possono arrivare a precisioni dell'ordine di qualche mese per rocce molto recenti.
Un'ulteriore complicazione è legata al fatto che molto spesso si confonde il tempo geologico con le rocce che lo rappresentano. Il tempo geologico è un'astrazione, mentre la successione degli eventi registrata nelle rocce ne rappresenta la reale manifestazione. Esistono pertanto due scale per rappresentare il tempo geologico, la prima è la scala geocronologica, la seconda è la scala cronostratigrafica. In prima approssimazione comunque, le due scale coincidono e sono intercambiabili.
[modifica] Il tempo nella filosofia e nella fisica teorica
Importanti questioni filosofiche sul tempo comprendono:
- Il tempo è assoluto o meramente relazionale?
- Il tempo senza cambiamento è concettualmente impossibile?
- Il tempo scorre, oppure l'idea di passato, presente e futuro è completamente soggettiva, descrittiva solo di un inganno dei nostri sensi?
[modifica] Concetti e paradossi nell'antichità classica
I paradossi di Zenone (che molti secoli dopo sarebbero stati di aiuto nello sviluppo del calcolo infinitesimale) sfidò in modo provocatorio la nozione comune di tempo. Il suo paradosso più celebre è quello di Achille e la tartaruga: secondo il suo ragionamento, attenendosi strettamente alle regole logiche, l'eroe greco (detto "piede veloce" in quanto secondo la mitologia greca era "il più veloce tra i mortali") non raggiungerebbe mai una tartaruga. L'esempio è molto semplice: supponiamo che inizialmente tra Achille e la tartaruga siano separati da una distanza x. Dopo un certo tempo l'eroe greco avrà raggiunto metà della distanza, ma nel frattempo la tartaruga si sarà spostata (supponiamo di un quarto di x); allora Achille continuerà la sua corsa fino a raggiungere i 3/4 della distanza (x/2 più x/4), ma nel frattempo la tartaruga si sarà spostata di un altro ottavo della distanza (x/8) e così via all'infinito. La conclusione di Zenone era: Achille non raggiungerà mai la tartaruga.
Secondo il maestro di Zenone, Parmenide, la vera essenza della realtà è eterna (in cui coesistono presente, passato e futuro). Quindi il mutamento e lo spostamento sarebbero solo mere illusioni degli esseri umani.
Anche Platone è stato influenzato da questa concezione. Secondo la sua celebre definizione il tempo è "l'immagine mobile dell'eternità". Per Aristotele, invece, è la misura del movimento secondo il "prima" e il "poi", per cui lo spazio è strettamente necessario per definire il tempo. Solo Dio è motore immobile, eterno ed immateriale.
Secondo S. Agostino il tempo è stato creato da Dio assieme all'Universo, ma la sua natura resta profondamente misteriosa, tanto che secondo il filosofo che visse tra il IV e il V secolo d. C. afferma ironicamente: "Se non mi chiedono cosa sia il tempo lo so, ma se me lo chiedono non lo so". Tuttavia S. Agostino critica una concezione del tempo aristotelica inteso come misura del moto (degli astri): nelle "Confessioni" afferma che il tempo è "distensione dell'animo" ed è riconducibile a una percezione propria del soggetto che, pur vivendo solo nel presente (con l'attenzione), ha coscienza del passato grazie alla memoria e del futuro in virtù dell'attesa.
[modifica] L' epoca moderna: il dibattito tra tempo assoluto e tempo illusorio
Il tempo è stato considerato in vari modi nel corso della storia del pensiero, ma le definizioni di Platone ed Aristotele sono state di riferimento per moltissimi secoli (magari criticate o reinterpretate in senso cristiano), fino a giungere alla rivoluzione scientifica. Di questo periodo è fondamentale la definizione di Isaac Newton (1642-1727), secondo il quale il tempo (al pari dello spazio) è "sensorium Dei" (senso di Dio) e scorrerebbe immutabile, sempre uguale a se stesso (una concezione analoga è presente nelle opere di Galileo Galilei). Degna di nota è la contesa tra Newton e Leibniz, che riguardava la questione del tempo assoluto: mentre il primo credeva che il tempo fosse, analogamente allo spazio, un contenitore di eventi, il secondo riteneva che esso, come lo spazio, fosse un apparato concettuale che descriveva le interrelazioni tra gli eventi stessi. John Ellis McTaggart credeva, dal canto suo, che il tempo e il cambiamento fossero semplici illusioni.
[modifica] Dal tempo soggettivo alla teoria della relatività
Motivazione: Controllare e chiarire con spiegazioni rivolte anche ai profani le formule matematiche inserite. Vedi anche: Progetto matematica Portale matematica Segnalazione di (Yuмa) - parliamone 15:06, 9 dic 2006 (CET)
E' stato il grande filosofo tedesco Immanuel Kant a cambiare radicalmente questo modo di vedere, grazie alla celebre "rivoluzione copernicana", secondo la quale al centro della filosofia non si deve porre l'oggetto ma il soggetto: il tempo diviene allora, assieme allo spazio, una "forma a priori della sensibilità". In sostanza se gli esseri umani non fossero capaci di avvertire lo scorrere del tempo non sarebbero neanche capaci di percepire il mondo sensibile e i suoi oggetti che, anche se sono inconoscibili in sé, sono collocati nello spazio. Quest'ultimo è definito some "senso esterno", mentre il tempo è considerato un "senso interno": in ultima analisi tutto ciò che è collocato esiste nel mondo fisico viene percepito e ordinato attraverso le strutture a priori del soggetto e ciò che, in prima battuta, viene collocato nello spazio viene poi ordinato temporalmente (come dimostra la nostra memoria).
Un'altro grande progresso del pensiero è stata la formulazione della teoria della relatività ("ristretta" nel 1905 e "generale" nel 1916) di Einstein, secondo il quale occorre il tempo non è assoluto, ma dipende dalla velocità (quella della luce è una costante universale: c= circa 299.792,458 Km al secondo) e dal riferimento arbitrario che si prende in considerazione. Secondo Einstein è più corretto parlare di spaziotempo, perché i due aspetti (cronologico e spaziale) sono inscindibilmente correlati tra loro; esso viene modificato dai campi gravitazionali, che sono capaci di deflettere la luce e di rallentare il tempo (teoria della relatività generale).
La formula della relatività ristretta dice che il tempo di un osservatore è uguale a quello di un altro osservatore solo se viene moltiplicato per un certo fattore che dipende anche dalla velocità. Più in particolare le formule sono le seguenti, tenendo conto che 
:
x=(x’+vt’)γ; y=y'; z=z’; t=(t’+x’v/c2)/γ.
Secondo quest'ultima formula (che riguarda il tempo), se noi rimanessimo sulla Terra e potessimo vedere un razzo che viaggia velocissimo nello spazio osserveremmo che il suo equipaggio si muove al rallentatore.
La teoria della relatività genera anche dei paradossi apparenti riguardanti anche il tempo. Uno dei più noti è il cosiddetto paradosso dei gemelli: un gemello parte per un viaggio lontano con la sua astronave, che gli permette di andare a una velocità prossima a quella della luce. Al suo ritorno sulla Terra sarà più giovane del fratello gemello rimasto a casa. E fin qui ci siamo, secondo le conseguenze della relatività. Secondo la stessa relatività però tutti i sistemi di riferimento sottoposti ad uguale moto (e quindi privi di accelerazioni e di cambiamenti di direzione) sono uguali tra di loro. Ciò significa, in sostanza, che per il gemello sull'astronave è la Terra a muoversi ad una velocità prossima a quella della luce, e quindi secondo lui (e secondo la relatività avrebbe ragione) dovrebbe essere il gemello sulla Terra il più giovane. Il paradosso consiste quindi in questo: Qual'è il più giovane? o, in altre parole, per quale dei due è passato meno tempo? Esso si risolve considerando i cambiamenti di moto che il gemello sull'astronave ha fatto e che la Terra (verosimilmente) non ha seguito: ha accelerato durante la partenza, ha "fatto retromarcia" per tornare sulla Terra dopo aver raggiunto la sua meta, magari quando l'aveva raggiunta si è pure fermato, e ha decelerato per riuscire a fermarsi nelle vicinanze della Terra o dell'altra destinazione. Avendo fatto tutti questi movimenti "in più", ne consegue che è il gemello sull'astronave il più giovane. Premesso questo, quanti saranno gli anni di differenza tra i due è possibile calcolarlo grazie alle formule della relatività, ma l'aspetto più interessante è che si possa viaggiare nel futuro, almeno teoricamente (questo pone dei problemi al concetto di libero arbitrio). La teoria della relatività, tra l'altro, cambia radicalmente la nozione di simultaneità (due eventi possono avvenire contemporaneamente per un osservatore ma non per un altro), ma anche di lunghezza (un metro si accorcia con più si avvicina alla velocità della luce, ma solo se confrontato con un altro metro rimasto, ad esempio, sulla Terra). Anche il concetto di causalità viene in parte modificato, dato che un certo segnale - che per Einstein non può mai viaggiare più velocemente della luce - deve avere il tempo di andare da un punto a un altro perché possa influenzare l'altro.
[modifica] Ulteriori sviluppi: il tempo come percezione, l'intangibilità
Einstein ebbe alcune discussioni sul tempo con grandi pensatori della sua epoca, tra cui il filosofo francese Henri Bergson, che attribuisce grande importanza agli stati di coscienza piuttosto che al tempo spazializzato della fisica (si veda "Durata e simultaneità" del 1922). Per Bergson il tempo concretamente vissuto è una durata "reale" a cui lo stato psichico presente conserva da un lato il processo da cui proviene (attraverso la memoria), ma naturalmente costituisce anche qualcosa di nuovo. Dunque non c'è soluzione di continuità tra gli stati della coscienza: esiste una continua evoluzione, un movimento vissuto che la scienza non può spiegare pienamente con i suoi concetti astratti e rigidi, nonostante il riconoscimento dei suoi grandi progressi.
L'ingegnere J. W. Dunne sviluppò una teoria del tempo dove considerava la nostra percezione del tempo similarmente alle note suonate su un piano. Avendo avuto un numero di sogni premonitori, decise di tenere traccia dei suoi sogni e trovò che contenevano eventi passati e futuri in quantità equivalenti. Da questo concluse che nei sogni riusciamo a sfuggire al tempo lineare. Pubblicò le sue idee in An Experiment with Time del 1927, cui fecero seguito altri libri.
Ci si possono porre quindi le seguenti domande:
- "Cos'è il tempo?"
- "Come si definisce una unità di misura per esso (il tempo) prescindendo dalle conoscenze late della comune opinione?"
È nel tentativo di dare una risposta rigorosa a queste domande che ci si accorge delle difficoltà e dei pregiudizi. L'unico modo convincente di rispondere alla domanda "cos'è il tempo" è forse quello operativo, dal punto di vista strettamente fisico-sperimentale: "il tempo è ciò che si misura con degli strumenti adatti".
A proposito della difficoltà di definire del tempo in fisica è da menzionare il lavoro dell'ingegnere Henri Salles che nel suo libro Does time exist? - an energetic implementation of motion dimostra che è possibile fare a meno del concetto di tempo per spiegare il movimento. Salles implementa un modello fisico della realtà basato unicamente sui concetti di spazio e di energia e mette in luce la mancanza di coerenza della fisica tradizionale che scade, secondo lui, nella speculazione matematica laddove costruisce teorie partendo da concetti non fondamentali perché non tangibili (come appunto sarebbe quello di tempo).
[modifica] La percezione del tempo
A volte si percepisce il passare del tempo come più rapido ("il tempo vola"), significando che la durata appare inferiore a quanto è in realtà; al contrario accade anche di percepire il passare del tempo come più lento ("non finisce mai"). Il primo caso viene associato a situazioni piacevoli, o di grande occupazione, mentre il secondo si applica a situazioni meno interessanti o di attesa (noia). Inoltre sembra che il tempo passi più in fretta quando si dorme. Il problema della percezione del tempo si trova in stretta correlazione con i problemi relativi al funzionamento ed alla fisiologia del cervello.
[modifica] Libri
- Paul Davies, I Misteri del Tempo, Oscar Saggi Mondadori, 1997, Milano (ISBN 8804427361)
- Brian Greene, La Trama del Cosmo, Einaudi, 2004, Torino (ISBN 8806169629)
- Julian Barbour, La Fine del Tempo, Einaudi, 2003, Torino (ISBN 8806157833)
- Carlo Rovelli, Che cos'è il Tempo, che cos'è lo Spazio?, Di Renzo Editore 2004, Roma (ISBN 8883230825)
- Carlo Rovelli, What is Time? What is Space?, Di Renzo Editore, 2006, Roma (ISBN 8883231465)
- Igor Novikov, Il Ritmo del Tempo, Di Renzo Editore, 2006, Roma, (ISBN 8883231457)
[modifica] Voci correlate
- scale temporali:
- strumenti di misura
- cronometro
- orologio
- orologio atomico
- orologio da polso
- orologio al quarzo
- pendolo
- meridiana
- clessidra
- orologio ad acqua
- Tecniche di datazione
- Periodi di tempo
- Varie
- Concezione del tempo
- Sincronia
- ISO 8601
- varianza di Allan
[modifica] Altri progetti
[modifica] Collegamenti esterni
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Calendari e Misura del Tempo su DMoz (Segnala su DMoz un link pertinente all'argomento Calendari e Misura del Tempo) |
- Sito dell'istituto elettrotecnico nazionale 'Galileo Ferraris'
- Campione nazionale ufficiale di tempo
