prof. Gianluca Introzzi – Università di Pavia.
Spazio, Tempo e Spaziotempo, 2022
Agostino d’Ippona (Le Confessioni, libro xi): “se nulla esistesse, non vi sarebbe il presente. Passato e futuro, che senso ha dire che esistono, se il passato non èpiù e il futuro non è ancora?”
- Tempo circolare: la natura ha prevalenza sull’uomo.
- Tempo lineare: l’uomo ha prevalenza sulla natura.
Giotto – Cappella degli Scroveni: angeli che riavvolgono il cielo.
- Tempo quantitativo: scansione del tempo, orologio. Dalla fine dell’ottocento.
- Tempo qualitativo: tempo ciclico, destino, arte divinatoria, astrologia. Dalle origine ad oggi ancora diffuso. Il tempo giusto, il momento propizio.
- Tempo reversibile: meccanica newtoniana e meccanica quantistica considerano il tempo come un parametro d’evoluzione irreversibile
- Tempo irreversibile: la termodinamica prevede che in un sistema isolato una trasformazione produca un aumento dell’entropia (secondo principio). Freccia del tempo da passato a futuro. L’irreversibilità termodinamica potrebbe essere un fenomeno emergente, una regolarità statistica (Boltzmann) piuttosto che una legge fisica deterministica.
Storia del tempo
- Possibilismo: il passato esiste ma il futuro è ignoto. La conoscenza del futuro è una prerogativa divina (Giano bifronte).
- Presentismo di Aristotele: il passato non esiste più e il futuro non esiste ancora. Il tempo non è un ente fisico ma un numero associato al moto. Non vi è tempo senza movimento, il tempo è una proprietà del movimento, il tempo è la misura numerica del moto.
Aristotele: il tempo è la misura numerica del moto.
Damascio (V sec): lo spazio è la misura numerica della posizione.
Spazio e tempo sono cose astratte. Posizione e moto sono caratteristiche proprie dell’oggetto fisico concreto.
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Koyre: Dal cosmo chiuso all’universo infinito,
Arthur Kostler: I sonnanbuli. Storia delle concezioni dell’Universo 1982.
L’ossessione della sfera (cosmo finito) – Platone, Aristotele, Dante, Copernico, Keplero
Gassandì (1582-1655) parla di uno spazio infinito che contiene un cosmo finito.
Cusano (1401-1464): solo dio è infinito mentre il cosmo è soltanto indefinito.
Descartes (1596-1650): identità tra spazio e materia, ma solo dio è infinito mentre il cosmo è indefinito.
Giordano Bruno (1548-1600): l’universo è infinito
Galileo Galilei (1564-1642): infinità dell’universo più si acconcia all’infinità di Dio
Il libro dei 24 filosofi (XII sec.): Dio è una sfera infinita, il cui centro è ovunque e la circonferenza in nessun luogo.
Newton (1642-1726): l’infinità dell’universo rispecchia l’infinità di Dio. Essendo l’universo infinito per volere della divina provvidenza, ogni stella è circondata in modo omogeneo e isotropo da infinite altre, le cui forze si annullano reciprocamente. Uno spazio infinito contiene un universo infinito.
| Spazio e tempo assoluti | spazio e tempo relazionali |
| Newton (1687) | Berkeley (1713) |
| Kant (1781) | Leibniz (1716) |
| Minkowski (1907) | Mach (1833) |
| Einstein (1915 | Einstein (1905) |
| Barbour (1982) |
- Newton: tentativo di cristianizzazione di Lucrezio. Abbandono del plenum di Aristotele per il vacuum di Lucrezio. Proiezione naturale dello spazio tridimensionale di Euclide.
- Berkeley spazio e tempo assoluti di Newton sono un tentativo di materializzare dio: infinito e assoluto si possono attribuire solo a “lui”.
- Hume (trattato della natura umana, 1740): noi costruiamo i concetti di spazio e tempo solo a partire dai dati sensoriali.
- Leibniz (1715/16): lo spazio è l’ordine dei coesistenti, il tempo invece l’ordine delle successioni. Lo spazio non è altro che l’insieme delle relazioni metriche tra i corpi. Se togliessi i corpi non avrei più lo spazio. Il tempo è la successione delle relazioni metriche tra i corpi.
- Kant (1781): spazio e tempo sono intuizioni pure (né concetti empirici, né proprietà delle cose o relazioni tra oggetti). Sono forme a priori di ogni conoscenza sensibile, da essa indipendenti e che la rendono possibile. Sono condizioni soggettive.
- Mach (1883): il tempo è un’astrazione postulata sulla base del cambiamento. Lo spazio assoluto un puro ente ideale non conoscibile sperimentalmente. Espelle ogni assunzione metafisica dalle teorie scientifiche.
- Einstein (1905): con relatività ristretta eliminazione dell’etere. Scompare sistema di riferimento assoluto. Spazio tempo quadridimensionale e velocità della luce costante.
- Minkowski (1907) cono luce
Ciò che sta fuori dal cono si chiama altrove assoluto.
L’assenza di simultaneità impedisce di definire un presente globale, quindi ho due alternative: 1) solipsismo: ognuno è il referente assoluto di se stesso;
Non è il tempo che fluisce ma sono io che mi muovo in una linea che è il tempo.
2) eternalismo: tutto esiste, l’universo è un singolo blocco formato dalla totalità dello spazio-tempo. Tutti i punti dello spazio-tempo sono esistenti. Il presente è osservabile, il passato è ricordabile, il futuro anticipabile. La simultaneità non è riscontrabile nel caso di due osservatori che si muovono a velocità diverse.
- Einstein (1915):adotta il cono di luce di Minkowski come descrizione solo localmente accurata. Con la teoria della relatività generale massa ed energia curvano lo spazio-tempo creando l’effetto di gravità. Anche il tempo si modifica: più lo spazio si deforma più il tempo si dilata; il campo gravitazionale è più forte vicino a grandi masse e il tempo scorre più lento.
- Tonelli: Il tempo scorre con ritmi differenti in ciscun punto dell’universo e il fluire varia nel tempo e punto per punto, in funzione dei cambiamenti dinamici della distribuzione di massa ed energia dell’universo intero. (p.54)
- Barbour (1982): interpreta le equazioni della relatività generale in chiave relazionale usando il principio di Mach (“l’inerzia di ogni sistema è il risultato dell’interazione del sistema stesso con il resto dell’universo”)
Formalismo e interpretazione
“La formulazione e la comprensione di una teoria fisica necessita sia del formalismo matematico, sia dell’interpretazione epistemologica” – Max Jammer (1974)
La formula è univoca, l’interpretazione non è univoca e la teoria è suscettibile di interpretazioni diverse.
Tre scelte metafisiche minimali
– realismo scientifico (se credo nell’esistenza degli enti fisici postulati dalla teoria) e realismo strutturale (se credo alle relazioni del formalismo, sospendendo il giudizio sulla realtà degli enti)
– struttura dello spaziotempo (assoluta o relazionale)
– ontologia (gli oggetti sono campi o particelle o campi particelle)
Einstein (1955): “Per noi che abbiamo fede nella fisica, la separazione tra passato, presente, e futuro ha solo il significato di un’illusione, per quanto tenace.” (lettera ai familiari di Michele Besso, 1955)
Il principio di indeterminazione mette un limite al determinismo di Laplace ma non intacca la casualità che segue una linea temporale (più che una linea è un nastro entro cui si muove la determinazione).
Distinguere incertezza da indeterminazione quantistica. Incertezza classica deriva dal fatto che tutti i nostri strumenti sono imprecisi, la nostra conoscenza del mondo è una conoscenza statistica. La indeterminazione quantistica è il punto irraggiungibile della conoscenza sperimentale.
L’universo è un altrove assoluto. Impossibile sapere dove può arrivare. È metafisica.