Foto di Bruno /Germany da Pixabay 

Da quando mi è stato assegnato questo nuovo lavoro per la regina non faccio che chiedermi la stessa cosa: da dove nasce la nostra percezione del tempo?

Perchè lo percepiamo come un fiume che scorre dal passato al futuro? Perchè non si riavvolge?

Lo so è praticamente il colmo per un orologiaio.

Ho chiesto ad amici e professori emeriti in università prestigiose, ma tutti sembrano d’accordo: nulla, nella fisica odierna, indica una direzione del tempo. E’ una variabile e non contiene nessuna direzione privilegiata. Le equazioni continuano ad avere senso in una direzione o nell’altra.

Queste riflessioni mi tolgono il sonno e non sto lavorando alla commissione per la regina. Spero che riversando questi pensieri sulla carta, vi rimangano prigionieri e liberino la mia testa per fare ciò che devo.

Un tavolo rimane della stessa lunghezza indipendentemente da dove lo misuro. Le lunghezze sono così. Ma il tempo no. Perchè le equazioni che descrivono il mondo trattano il tempo come una lunghezza?

Siamo solo noi umani a percepire lo scorrere del tempo? È solo una percezione? Forse che il tempo non sia assoluto? Non so.

Il tempo per noi è irreversibile. Quello che è fatto, è fatto. Non si torna più indietro. Inutile piangere sul latte versato.

Allora mi chiedo, cosa altro percepiamo come irrevevrsibile oltre al tempo? Se riesco a trovare qualcosa di simile, forse potrei trovare una connessione tra questa cosa e il tempo.

L’altra mattina, davanti al mio thè, sono stato assalito da un dubbio.

Guardando la mia tazza di the fumante, l’altra mattina, ho notato che il calore è qualcosa di irreversibile.

Il thè caldo, col tempo, diventerà freddo e non ritornerà mai più caldo. Come se la sua energia, così concentrata all’interno della tazza, si disperda nell’ambiente ed una volta lì, non sia più recuperarabile.

Quindi, con il calore, c’è sempre una sequenza di eventi ordinati NEL TEMPO: da caldo a freddo.

Mi rendo conto di quanto sia farneticante questa mia intuizione, ma metterla per iscritto mi ha aiutato. Sento la testa più sgombera ora. Posso forse rimettermi a lavoro e consegnare l’orologio alla regina.

Chissà se ho ragione…

Abraham-Louis Breguet

Il calore non può passare mai da un corpo freddo ad uno caldo, ma sempre da uno caldo ad uno freddo.

Ci siamo arrivati studiando le macchine a vapore e i motori termici. Perchè funzionino serve un passaggio di calore da caldo a freddo.

A differenza del moto, per cui una palla che cada in basso può ritornare in alto con un rimbalzo, il calore no. Una volta andato, è andato per sempre.

Io sono riuscito a sintetizzare questo flusso continuo da caldo a freddo in una quantità che cresce sempre nel tempo o, al più, resta uguale, ma mai decresce. Certo ora mi serve un nome per battezzare questa grandezza.

L’idea di base è che il calore nel suo passaggio non si ditrugge ma semplicemente si trasforma in un tipo di energia diversa per noi irraggiungibile… Trasformazione…

Rudolf Clausius

Clausius ci aveva sconvolto tutti con la sua entropia. Posso trovare una formlua per calcolarla? Una formula che mostri il suo continuo crescere.

Fu un bicchiere d’acqua fresca a mettermi sulla strada giusta. Da quando l’avevo versata nel bicchiere, aveva iniziato a scaldarsi essendo la stanza più calda. L’aria cedeva calore all’acqua. Visto che la temperatura di un corpo indica semplicemente l’agitazione delle sue particelle, temperatura alta=molecole frenetiche, temperatura bassa=molecole calme.

Ecco perchè l’acqua si scalda. Le molecole d’aria, nella loro frenesia, urtano le pareti del bicchiere ed agitano le molecole del vetro che a loro volta agitano quelle dell’acqua. Come con il biliardo: urti.

Noi osserviamo il bicchiere d’acqua come osserveremmo un bel prato ordinato dall’alto. In apparenza tutto ordinato, calmo, fermo. Solo vedendolo da molto vicino vediamo insetti, formiche, buche, singoli fili d’erba. L’acqua, e tutto il creato, è in un’agitazione termica continua, ma noi non lo vediamo.

Questo continuo urtare rimescola in continuazione le molecole. Più passa il tempo e più la loro disposizione nel bicchiere si mescola. In quanti modi si possono disporre le molecole di acqua nel bicchiere? Troppe molecole per fare i calcoli, così provai a restringere il problema immaginandone solo 6, tutte sul fondo del bicchiere.

Quanti modi ci sono per averle tutte e 6 sul fondo? 1: tutte e 6 sul fondo.

Quanti modi per averne 5 sul fondo e una in cima? 6: basta prenderne una a rotazione e portarla in cima.

Proseguendo così, la configurazione che ha più possibilità è 3 in cima e 3 sul fondo con 20 combinazioni.

In un bicchiere con miliardi di molecole, la configurazione ordinata ha una probabilità così piccola che è praticamente quasi impossibile che si verifichi. Quella tutta mescolata è così altamente probabile che è quasi certa.

Avevo trovato la formula per l’entropia: più configurazioni possibili ci sono e più l’entropia sarà alta. Ma più configurazioni possibili ci sono e più sarà probabile che si verifichi quello scenario. Ecco perchè l’entropia cresce sempre. Perchè negli scambi di calore, l’agitazione porta al massimo mescolamento che è la configurazione più probabile.

L’uovo che cade e si rompe, non è impossibile che con il tempo si ricomponga e risalga sul tavolo, è solo molto improbabile. L’urto con il terreno genera un po’ di calore che porta le particelle a disporsi nella maniera più probabile.

L’entropia cresce sempre perchè è la cosa più probabile.

Solo una cosa mi mancava: perchè tutto parte comunque da una configurazione di bassa entropia, ordinata? Non potrebbe partire già tutto nella configurazione più mescolata possibile?

Il fatto è che siamo miopi: continuiamo a guardare il prato dall’alto, il bicchiere ci sembra sempre uguale dal nostro punto di vista.

52 carte, tutte ordinate per colore e seme hanno una bassa entropia perchè c’è solo una configurazione possibile, quella. Le mescoliamo e l’entropia sale. Ma se potessimo vedere davvero tutti i dettagli delle carte, sbeccature, usura, colore, temperatura di ognuna, sarebbero tutte diverse anche nella configurazione iniziale. A questo punto una configureazione vale l’altra, sono tutte uniche.

Quindi percepiamo ordine e discordine, solo perchè abbiamo una visione limitata di tutto, siamo miopi, guardiamo il prato dall’alto e non da vicino. Se potessimo vedere tutto, ma proprio tutto di ogni sistema, non avremmo più lo scorrere del tempo perchè ogni istante sarebbe ugualmente mescolato, unico.

La differenza tra passato e futuro deriva solo dalla nostra visione sfocata della realtà.

Ludwig Boltzmann

Boltzmann, dopo aver regalato al mondo la visione concreta dell’entropia e l’unica grandezza che possa spiegare tutt’ora lo scorrere del tempo che percepiamo, morì suicida.

Ovunque, nell’universo, l’entropia cresce sospinta dai continui scambi di calore, tendendo inesorabilmente verso la configurazione più probabile, quella massimamente mescolata.

La nostra visione sfocata della realtà ci fa percepire le configurazioni più o meno mescolate, ordinate e di conseguenza il tempo.

Dal big bang, momento di minima entropia fino a quando non ci saranno più scambi di calore, le carte saranno tutte mescolate al massimo del disordine. Niente più scambi di calore. Tutto si spegnerà avendo raggiunto la stessa temperatura e anche il tempo, si fermerà.

Davide