Il tempo è familiare a tutti, ma è difficile da definire e capire. Scienza, filosofia, religione e arte hanno diverse definizioni di tempo, ma il sistema di misurazione è relativamente coerente.
Gli orologi si basano su secondi, minuti e ore. Mentre le basi di queste unità sono cambiate nel corso della storia, risalgono alle loro origini nell'antica Sumeria. La moderna unità di tempo internazionale, la seconda, è definita dalla transizione elettronica del atomo di cesio. Ma che cos'è esattamente il tempo?
I fisici definiscono il tempo come la progressione degli eventi dal passato al presente nel futuro. Fondamentalmente, se un sistema è immutabile, è senza tempo. Il tempo può essere considerato la quarta dimensione della realtà, usata per descrivere eventi nello spazio tridimensionale. Non è qualcosa che possiamo vedere, toccare o gustare, ma possiamo misurarne il passaggio.
Le equazioni fisiche funzionano ugualmente bene sia che il tempo passi nel futuro (tempo positivo) o indietro nel passato (tempo negativo). Tuttavia, il tempo nel mondo naturale ha una direzione, chiamata il
freccia del tempo. La domanda sul perché il tempo è irreversibile è una delle maggiori domande irrisolte della scienza.Una spiegazione è che il mondo naturale segue le leggi della termodinamica. Il seconda legge della termodinamica afferma che all'interno di un sistema chiuso, il entropia del sistema rimane costante o aumenta. Se l'universo è considerato un sistema chiuso, la sua entropia (grado di disordine) non può mai diminuire. In altre parole, l'universo non può tornare esattamente allo stesso stato in cui si trovava in un punto precedente. Il tempo non può tornare indietro.
Nella meccanica classica, il tempo è uguale ovunque. Gli orologi sincronizzati rimangono d'accordo. Tuttavia sappiamo dalla relatività speciale e generale di Einstein che il tempo è relativo. Dipende dal quadro di riferimento di un osservatore. Ciò può comportare dilatazione del tempo, dove il tempo tra gli eventi diventa più lungo (dilatato) più si avvicina alla velocità della luce. Gli orologi in movimento funzionano più lentamente rispetto agli orologi fissi, con l'effetto che diventa più pronunciato mentre l'orologio in movimento si avvicina velocità della luce. Gli orologi in getti o in orbita registrano il tempo più lentamente di quelli sulla Terra, particelle di muone decadono più lentamente in caso di caduta e Esperimento di Michelson-Morley contrazione della lunghezza e dilatazione del tempo confermate.
Viaggiare nel tempo significa spostarsi avanti o indietro verso diversi punti nel tempo, proprio come si potrebbe spostarsi tra diversi punti nello spazio. Saltare in avanti nel tempo si verifica in natura. Gli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale saltano in avanti nel tempo quando tornano sulla Terra a causa del suo movimento più lento rispetto alla stazione.
L'idea di viaggiando indietro nel tempo, tuttavia, pone problemi. Una questione è causalità o causa ed effetto. Tornare indietro nel tempo potrebbe causare un paradosso temporale. Il "paradosso del nonno" è un classico esempio. Secondo il paradosso, se viaggi indietro nel tempo e uccidi tuo nonno prima che tua madre o tuo padre nascessero, potresti impedire la tua nascita. Molti fisici credono che viaggiare nel passato sia impossibile, ma ci sono soluzioni a un paradosso temporale, come viaggiare tra universi paralleli o punti di diramazione.
Il cervello umano è attrezzato per tenere traccia del tempo. I nuclei soprachiasmatici del cervello sono la regione responsabile dei ritmi quotidiani o circadiani. Ma i neurotrasmettitori e i farmaci influenzano la percezione del tempo. I prodotti chimici che eccitano i neuroni in modo che sparino più rapidamente rispetto al normale tempo di accelerazione, mentre la riduzione dell'attivazione dei neuroni rallenta la percezione del tempo. Fondamentalmente, quando il tempo sembra accelerare, il cervello distingue più eventi in un intervallo. Sotto questo aspetto, il tempo sembra davvero volare quando ci si diverte.
Il tempo sembra rallentare durante le emergenze o il pericolo. Gli scienziati del Baylor College of Medicine di Houston affermano che il cervello in realtà non accelera, ma l'amigdala diventa più attiva. L'amigdala è la regione del cervello che crea ricordi. Man mano che si formano più ricordi, il tempo sembra trascinato.
Lo stesso fenomeno spiega perché le persone anziane sembrano percepire il tempo muoversi più velocemente di quando erano più giovani. Gli psicologi credono che il cervello formi più ricordi di nuove esperienze che di quelle familiari. Dato che un numero inferiore di nuovi ricordi viene costruito più avanti nella vita, il tempo sembra passare più rapidamente.
Per quanto riguarda l'universo, il tempo ha avuto un inizio. Il punto di partenza è stato 13.799 miliardi di anni fa quando il Big Bang si è verificato. Possiamo misurare le radiazioni cosmiche di fondo come microonde del Big Bang, ma non vi sono radiazioni con origini precedenti. Un argomento per l'origine del tempo è che se si estendesse all'infinito all'indietro, il cielo notturno si riempirebbe di luce proveniente dalle stelle più vecchie.
Il tempo finirà? La risposta a questa domanda è sconosciuta. Se l'universo si espande per sempre, il tempo continuerebbe. Se si verifica un nuovo Big Bang, la nostra linea temporale terminerebbe e ne inizierebbe una nuova. Negli esperimenti di fisica delle particelle, le particelle casuali derivano dal vuoto, quindi non sembra probabile che l'universo diventi statico o senza tempo. Solo il tempo lo dirà.