Il Tempo ... passa.
Parliamo dell'ente (qualcosa che è) tempo. In questo breve articolo non voglio nemmeno provare a definire cosa sia il tempo, un ente cosi sfuggevole misterioso e che ha appassionato filosofi, scienziati e teologi di ogni epoca, qui mi limiterò invece a introdurre la definizione operativa di tempo (definendo la sua unità di misura); alla fisica questo basta ...
Alcune domande che rendono l'idea della complessità dell'argomento trattato sono:
Alcune domande che rendono l'idea della complessità dell'argomento trattato sono:
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?
Il tempo è rettilineo o lo è solo nel breve spazio di tempo che l'uomo ha sperimentato e sperimenta?
Probabilmente non si potrà mai giungere a una accetabile univoca e definitiva risposta a queste domande e a una definizione di tempo. Voglio segnalare un interessante articolo in rete: Alcuni Aspetti del Tempo tra Fisica e Filosofia
Aforismi sul tempo :
- Il tempo è ciò che accade quando non accade nient'altro. (Richard Feynman)
- Anche un orologio fermo segna l'ora giusta due volte al giorno. (Hermann Hesse)
- Il tempo non esiste, è solo una dimensione dell'anima. Il passato non esiste in quanto non è più, il futuro non esiste in quanto deve ancora essere, e il presente è solo un istante inesistente di separazione tra passato e futuro! (Sant'Agostino)
- Diciamo di ammazzare il tempo come se, purtroppo, non fosse il tempo ad ammazzare noi.
- È impossibile riflettere sul tempo e sul mistero della creazione del mondo senza una schiacciante presa di coscienza dei limiti dell'intelligenza umana. (Alfred North Whitehead)
- E' purtroppo destino ineluttabile che il tempo distrugga ogni cosa nel suo fluire perenne. (Ugo Foscolo)
- Ho buttato la sveglia dalla finestra per vedere se è vero che "il tempo vola".
- Ho sciupato il tempo, e ora il tempo sciupa me. (William Shakespeare)
- Il guaio del nostro tempo è che il futuro non è più quello di una volta. (Paul Valery)
- Il mio tempo non è ancora venuto; alcuni nascono postumi. (Friedrich Nietzsche)
- Il nostro tempo e il tempo di Dio non vengono misurati con lo stesso orologio. (Charles Spurgeon)
- Il tempo è costante nel tempo?
- Il tempo è la più indefinibile e paradossale delle cose; il passato non c'è più. Il futuro non c'è ancora, il presente diviene passato proprio mentre cerchiamo di definirlo e, come un lampo di luce, nasce e nel medesimo istante muore.
- Il tempo porta via tutte le cose. (Virgilio)
- Il tentativo di comprendere la natura dello spazio-tempo dipende dall'accettazione o dal rifiuto dell'infinito. Dovremmo conoscerlo meglio di quanto conosciamo noi stessi. (John D.Barrow)
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| Crono è una figura della mitologia greca. Dio e titano del tempo. |
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| L'Orologio Astronomico di Praga; Staroměstský Orloj (Orologio della città vecchia) |
- Nella meccanica classica esiste un tempo universale (il tempo universale di Newton) considerato, analogamente allo spazio, un contenitore di eventi.
- In meccanica razionale, Il teorema di Noether lega la conservazione dell'energia meccanica all'invarianza temporale delle leggi fisiche.
- In termodinamica si arriva a caratterizzare una "freccia" del tempo e quindi si dà senso a concetti come evento passato ed evento futuro; il tempo scorre nella direzione che porta i sistemi fisici da stati meno probabili e più ordinati (bassa entropia) a stati più probabili e meno ordinati (alta entropia).
- Secondo la relatività speciale o ristretta (Einstein, 1905) il tempo non è assoluto ma dipende dalla velocità e dal riferimento spaziale che si prende in considerazione. Per intenderci, quando ad esempio viaggiate su una automobile e guardate fuori dal finestrino, il tempo dentro l'abitacolo dell'automobile e quello delle cose e delle persone li fuori non è lo stesso e gli orologi non battono allo stesso modo (anche se per appezzare queste differenze dovreste muovervi a velocità prossime a quella della luce).
Inoltre 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).
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| La macchina del tempo ? |
- In meccanica quantistica si parla anche di tempo quantizzato (concetto sviluppato a livello teorico); si considera una unità naturale di tempo detta tempo di Planck o "quanto di tempo" considerato il più breve intervallo di tempo misurabile e pari a 5,391 × 10−44 secondi.
Tuttavia voglio sottolineare il fatto che in fisica moderna ed in particolare nel modello standard il tempo non è quantizzato ma viene trattato come continuo.
La grandezza fisica tempo è importantissima anche perché, tra le altre cose, la fisica è prevalentemente dinamica, si è cioè interessati alle leggi che descrivono come gli altri enti/grandezze variano nel "tempo".
Il tempo è quell'ente che si misura con gli orologi.
Ma anche dal punto di vista misuristico la cosa non è cosi semplice, è necessario innanzitutto individuare un qualche fenomeno fisico che si ripeta con accettabile regolarità sempre con le stesse modalità (un fenomeno fisico periodico) come ad esempio il moto di un pianeta o l'oscillare di un pendolo; così un intervallo di tempo viene espresso da un numero (la sua misura o durata) che rappresenta quante volte un dato fenomeno periodico (preso come campione) si è ripetuto nell'intervallo di tempo considerato. Sapendo misurare la durata di intervalli di tempo, il tempo in assoluto può essere misurato fissando (in modo del tutto arbitrario) un "istante" della storia come origine dei tempi (es. D.C./A.C. Big-Bang, nascita del sistema solare ...).
Purtroppo, rigorosamente parlando, non esistono fenomeni perfettamente periodici e inoltre chi ci assicura che i parametri fisici caratterizzanti il fenomeno periodico siano costanti nel tempo ?
Per poter misurare effettivamente il tempo secondo questa definizione è necessario un sofisticato laboratorio di fisica con opportuni campioni di riferimento detti orologi atomici dalla complessità non indifferente, campioni di tempo che commettono un errore dell'ordine di 1 secondo in decine di milioni di anni (*).
Un metro è definito come la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/299.792.458 di secondo.
N. è interessante accostare questa definizione di unità di lunghezza a quella adottata dagli antichi egizi, il cubito egizio, corrispondente alla lunghezza dell'avambraccio del faraone ...
(*)
Purtroppo, rigorosamente parlando, non esistono fenomeni perfettamente periodici e inoltre chi ci assicura che i parametri fisici caratterizzanti il fenomeno periodico siano costanti nel tempo ?
Queste problematiche sono evidenziate dalle varie definizioni di secondo (unità di misura del tempo nel sistema internazione) che si sono succedute nella storia.
Storicamente, il secondo venne definito in termini di rotazione terrestre, come 1/86400 del giorno solare medio.
Dal 1967 la tredicesima conferenza generale sui pesi e sulle misure adottò il secondo del Tempo atomico internazionale nel Sistema Internazionale come:
Il secondo è definito come la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini, da (F=4, MF=0) a (F=3, MF=0), dello stato fondamentale dell'atomo di cesio-133.
Per poter misurare effettivamente il tempo secondo questa definizione è necessario un sofisticato laboratorio di fisica con opportuni campioni di riferimento detti orologi atomici dalla complessità non indifferente, campioni di tempo che commettono un errore dell'ordine di 1 secondo in decine di milioni di anni (*).
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| Modello di orologio atomico da laboratorio |
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| Particolari strutturali di un orologio atomico |
Per la misura del tempo è anche necessario un sofisticato "protocollo" organizzativo tra laboratori ed enti di ricerca per allineare i campioni principali (orologi atomici mantenuti da enti nazionali) e per creare campioni (meno precisi) da far viaggiare per la taratura della strumentazione presente in laboratori di enti di ricerca e industrie.
Oggi il secondo è questo !
Anche se la definizione può non essere del tutto chiara si intuisce che se si è arrivati ad un tale livello di accuratezza nel definire l'unità di misura del tempo lo si è fatto per rispondere a delle precise e reali necessità di precisione nelle misure (non solo del tempo) richieste sia dalla ricerca di base che dall'ingegneria e dalle scienze applicate.
Un tale livello di accuratezza è necessario per lo sviluppo di tecnologie che vanno dalla esplorazione spaziale al posizionamento dei satelliti per i sistemi GPS, dalle tecnologie microelettroniche e informatiche alla progettazione dei moderni acceleratori di particelle (LHC). Queste precisioni cosi spinte servono anche per testare teorie fisiche come la relatività generale e i modelli cosmologici attuali.
Poiché "l'incertezza" di cui è affetta la misura di una durata di un intervallo di tempo è la più piccola rispetto a qualsiasi altro tipo di misura (le misure di tempo sono le più precise che oggi l'uomo sa fare) allora, quando possibile, si cerca di ricondurre la misura di altre grandezze fisiche a misure di tempo, come si fa con le misure di frequenza e di lunghezze.
Ad esempio oggi il metro (unità di misura della lunghezza) non è più definito come la distanza tra due linee incise su una barra campione di platino-iridio conservata a Sèvres presso Parigi, ma come:
Un tale livello di accuratezza è necessario per lo sviluppo di tecnologie che vanno dalla esplorazione spaziale al posizionamento dei satelliti per i sistemi GPS, dalle tecnologie microelettroniche e informatiche alla progettazione dei moderni acceleratori di particelle (LHC). Queste precisioni cosi spinte servono anche per testare teorie fisiche come la relatività generale e i modelli cosmologici attuali.
Poiché "l'incertezza" di cui è affetta la misura di una durata di un intervallo di tempo è la più piccola rispetto a qualsiasi altro tipo di misura (le misure di tempo sono le più precise che oggi l'uomo sa fare) allora, quando possibile, si cerca di ricondurre la misura di altre grandezze fisiche a misure di tempo, come si fa con le misure di frequenza e di lunghezze.
Ad esempio oggi il metro (unità di misura della lunghezza) non è più definito come la distanza tra due linee incise su una barra campione di platino-iridio conservata a Sèvres presso Parigi, ma come:
N. è interessante accostare questa definizione di unità di lunghezza a quella adottata dagli antichi egizi, il cubito egizio, corrispondente alla lunghezza dell'avambraccio del faraone ...
Approfondimenti (video)
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L’orologio atomico PHARAO (Projet d’Horloge Atomique par Refroidissement d’Atomes en Orbite) sarà combinato con un altro orologio, los Space Hydrogen Maser (SHM), per costituire ACES (Atomic Clock Ensemble in), e avrà un’accuratezza di 1x10^-16 (errore di 1 secondo ogni 400 milioni di anni!).
Questa nuova generazione di orologi atomici nello spazio sarà importante per
Questa nuova generazione di orologi atomici nello spazio sarà importante per
- realizzare test della teoria della relatività generale
- redshift della luce in campo gravitazionale
- ricerca di una possibile deriva della costante di struttura fine
- test dell’invarianza di Lorentz
- contribuire alle scale di tempo (TAI e UTC)
- realizzare geodesia di precisione
Ezio.
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