8 minuti di letturaLa fisica di TENET e i viaggi nel tempo (senza spoiler!)

Ieri sera ho finalmente visto TENET, l’ultimo film di Christopher Nolan, con protagonisti John David Washington e Robert Pattinson. Se siete tra i pochissimi che non sanno di che cosa sto parlando, ecco qui il trailer.

Visto? Nel seguito di questo post non andrò oltre ciò che avete guardato nel trailer, senza spoiler, promesso.

Infatti lo scopo di questo post è solo quello di dare un contesto a chi vorrà vedere il film. Parlerò solo della fisica su cui si basa il film e che è già visibile dal trailer. Che cosa sono quei proiettili che dal tavolo tornano in mano? Sono fenomeni dovuti all’idea principale dietro alla sceneggiatura del film: l’inversione temporale.

Partiamo dal viaggio nel tempo, nel futuro

Il viaggio nel tempo è un topos letterario intramontabile. Tuttavia l’idea di costruire un meccanismo in grado di trasportarci immediatamente in un’altra epoca storica non sembra essere davvero realizzabile oggi.

Partiamo da un fatto incontestabile: stiamo tutti viaggiando nel tempo ora. Viaggiamo nel futuro, per la precisione. Ogni istante che passa tutti noi ci muoviamo avanti nel futuro. Il punto è che lo stiamo facendo tutti insieme e tutti allo stesso modo. C’è la possibilità di viaggiare nel futuro più velocemente degli altri. Le teorie fisiche comunque offrono, almeno teoricamente, delle possibilità (difficili da realizzare per gli esseri umani) in questo senso.

La teoria della relatività di Einstein ci dice che se vogliamo tenere fermo il rapporto tra causa ed effetto allora non possiamo trasmettere informazioni più velocemente di quanto non si muova la luce. Ciò che accade secondo la relatività è che ogni osservatrice ha una percezione propria del tempo che misura, cioè la misura del tempo (e delle distanze) dipende dal proprio sistema di riferimento. Se un’osservatrice sulla Terra misura un intervallo di un minuto, un’altra in viaggio nello spazio a velocità molto alte (prossime a quelle della luce) misura un tempo minore: per l’osservatrice che viaggia il tempo sembra scorrere più lentamente e si parla di dilatazione dei tempi.

Questa dilatazione dei tempi può avvenire non solo quando si viaggia a velocità altissime ma avviene in maniera molto forte anche quanto più si è vicini a un intenso campo gravitazionale: è ciò che accade in Interstellar, per esempio, un altro film di Nolan. In questo modo non si viaggia proprio nel tempo ma si ottiene una percezione sfasata, ma reale, della durata delle vite dei protagonisti. Detta così quindi sembrerebbe solo essere possibile, secondo la relatività e dato che non possiamo superare la velocità della luce, avvolgere il nastro temporale per arrivare nel futuro, ma solo sfruttando il fatto che magari il nostro nastro è avvolto più lentamente del nastro degli altri.

È impossibile viaggiare nel passato

Le leggi della relatività e della meccanica, nella loro formulazione matematica, non fanno distinzione tra andare nel futuro e tornare nel passato. Eppure finora abbiamo parlato solo di escursioni nel futuro. Possiamo prendere le equazioni della meccanica, invertirle e far svolgere un esperimento a ritroso? Se considerassimo solo la meccanica, beh, potremmo. Ma in fisica non esiste solo la meccanica esistono anche altre leggi fondamentali con cui dobbiamo fare i conti. Per esempio, dobbiam fare i conti con la termodinamica.

La termodinamica è quell’area della fisica che studia i sistemi fisici dal loro punto di vista statistico (o se volete, macroscopico). Vi faccio un esempio: prendiamo una bottiglia d’acqua. Dentro la bottiglia c’è un numero elevatissimo di molecole d’acqua. Ogni molecola si muove con la sua velocità, ma a noi poco interessa sapere che cosa fa ogni molecola; a noi interessano le proprietà dell’acqua all’interno della bottiglia nel suo complesso. Se le molecole si muovono molto velocemente, allora l’acqua sarà molto agitata e quindi la sua temperatura sarà più alta rispetto a una situazione in cui le molecole si muovono più lentamente. Ecco, la termodinamica infatti studia la temperatura di un corpo, ovvero il risultato che si ottiene mettendo insieme le caratteristiche statistiche di un numero elevato di particelle fisiche, ognuna con la sua precisa meccanica.

Questo fatto di approcciarsi alla termodinamica sembra essere un trucchetto per mascherare l’ignoranza e l’incapacità umana di controllare ogni singola particelle di una bottiglia d’acqua. In realtà, non è così: studiare un sistema nella sua struttura complessa e totale ci permette di capire come questo sistema reagisce con l’ambiente esterno. Per esempio, prendete il corpo umano. Non avrebbe senso studiare solo il comportamento delle singole cellule senza considerare la struttura di un corpo nel suo complesso. Quindi alla fine l’approccio statistico ci permette di avere accesso a informazioni che prima con la meccanica non avremmo mai avuto, se ci fossimo solo focalizzati sulla singola particella o la singola cellula.

E infatti, in questo modo abbiamo scoperto una legge molto importante, una legge chiamata secondo principio della termodinamica. Questo principio dice che per ogni corpo si può misurare una grandezza chiamata entropia e inoltre che l’entropia di un corpo, al passare del tempo, può solo aumentare spontaneamente (al massimo può restare costante) e mai diminuire spontaneamente.

Che cos’è l’entropia

L’entropia misura il numero di modi in cui possono essere distribuite le particelle che compongono un corpo macroscopico. Per esempio, mettiamo un gas racchiuso in una metà di un contenitore, mentre l’altra metà è inaccessibile all’inizio grazie a un rubinetto chiuso. All’inizio le molecole possono essere distribuite in un certo numero di modi all’interno di uno spazio ridotto.

Poi apriamo il rubinetto al centro: che succede? Il gas si espanderà e occuperà tutto il contenitore, anche l’altra metà. L’entropia del gas è aumentata: le molecole del gas hanno ora a disposizione più spazio e quindi un numero maggiore di modi in cui possono distribuirsi. Questo fenomeno di aumento di entropia è totalmente spontaneo. Potremmo mai osservare il gas tornare spontaneamente nella metà del contenitore in cui era all’inizio e autoconfinarsi? Il secondo principio della termodinamica ci dice che non è possibile. Per questo noi vediamo sempre prima lanciare un uovo e poi romperlo, e non viceversa.

Il secondo principio della termodinamica è quindi una legge fisica che vincola la direzione in cui scorre il tempo: sempre verso il futuro, sempre prima la causa e poi l’effetto. L’universo è fatto così: non sappiamo perché, ma sappiamo che è così. Non si può prendere un uovo rotto sul pavimento e farlo tornare indietro intero spontaneamente. Insomma, non si può invertire lo scorrere del tempo.

La domanda delle domande ora è: se a livello microscopico l’inversione temporale, almeno matematicamente, non è un problema, perché diventa un problema invece a livello macroscopico? Non abbiamo una risposta a questa domanda, oggi. Abbiamo delle idee, però. Una di queste è che il processo di misura di quantità microscopiche è ciò che fissa irreversibilmente lo scorrere del tempo nella direzione in cui l’entropia aumenta spontaneamente. Ci sono stati esperimenti di recente per provare a capirci qualcosa: sfruttando un computer quantistico IBM e uno specifico algoritmo, si è riusciti in un’inversione in grado di ri-ottenere lo stato iniziale di un qubit. Ma questa è un’altra storia.

L’idea dell’inversione temporale in TENET

Qui arriva il film di Nolan: in TENET esiste un meccanismo in grado di ridurre spontaneamente l’entropia dei corpi. Quando si attiva il meccanismo il tempo inizia a scorrere nella direzione opposta a quella decisa dal secondo principio della termodinamica. Quando si inverte il tempo, tutto intorno a noi accade al contrario, a partire dall’istante di tempo in cui si è innescato il meccanismo. Se attiviamo l’inversione, vediamo i fatti e gli eventi intorno a noi come se qualcuno stesse riavvolgendo un filmato.

Non solo: il secondo principio della termodinamica ci parla di quantità macroscopiche come per esempio la temperatura. Lo scorrere del tempo in avanti fa sempre in modo che il calore si trasferisca da un corpo caldo a un corpo freddo e non viceversa, perché in questo modo aumenta l’entropia.

Nel mondo ipotizzato da TENET invece, quando si inverte il tempo, può avvenire il contrario: un corpo freddo cede energia a un corpo caldo e si raffredda ancora di più.

Come ho già detto, tutto ciò non è possibile per quanto ne sappiamo oggi. Nel film non si discute come si arriva a fare ciò, ma sappiamo che qualcuno ci è riuscito. Quando i protagonisti invertono il tempo hanno una serie di problemi (che non vi sto a raccontare per non fare spoiler) che non credo siano plausibili, per il semplice motivo che la loro presenza in un mondo invertito dovrebbe far di nuovo aumentare l’entropia e quindi rendere impossibile lo scorrere del tempo al contrario. Per questo, anche, non è possibile dimostrare oggi l’esistenza di un universo con il tempo invertito.

Meglio non abbracciare se stessi, quando si inverte il tempo

Un piccolo dettaglio (sempre senza spoiler): a un certo punto qualcuno nel film cita la teoria di Feynman-Wheeler. Questa teoria dice: un elettrone (una particella con carica elettrica negativa) che si muove avanti nel tempo può essere considerato come se fosse un anti-elettrone (cioè una particella con la stessa massa dell’elettrone ma carica positiva) che si muove all’indietro nel tempo. Questa teoria spiega perché un anti-elettrone e un elettrone hanno la stessa massa: perché sono la stessa particella, solo che si muovono in direzioni diverse nel tempo. Se un anti-elettrone e un elettrone si scontrano, sappiamo che cosa succede: si annichiliscono, esplodono, boom. Per questo motivo, nel trailer e soprattutto in tutto il film, è importante che chi si muove nel tempo invertito non tocchi l’altro se stesso che si muove nell’opposta direzione temporale.

Quindi, tecnicamente, se si invertisse il tempo completamente, per tutti i corpi sulla Terra, si dovrebbe annichilire tutto. E sarebbe la fine del mondo.

Il paradosso del nonno

Qui si crea un problema concettuale. Se si inverte il tempo, i corpi si muovono verso il passato. E se si annichilisce tutto, allora vuol dire che certe cose non sono mai esistite. Questa è l’idea dietro il paradosso del nonno. Se io, nipote, vado indietro nel tempo e uccido il nonno, allora io come ho fatto a nascere e a commettere l’omicidio? Sbam.

Ci sono due possibili soluzioni al paradosso. La prima, la più ovvia: il fatto che noi nel fluire del tempo vediamo esistere il nonno vuol dire che non siamo riusciti a ucciderlo quando decidiamo di farlo invertendo il tempo. La seconda, più complicata: quando torniamo nel passato e uccidiamo il nonno allora l’azione si sta svolgendo in un universo differente da quello iniziale. Questa spiegazione prende piede dalla teoria dei multiversi, e noi continuiamo a vivere da nonnicida, che vita maledetta.

Un bel modo per tornare al cinema

Nolan ha detto di aver fatto leggere la sceneggiatura di TENET al fisico Kip Thorne, premio Nobel per la fisica nel 2017 per l’osservazione delle onde gravitazionali e già consulente di Nolan per il film Interstellar. Tuttavia Nolan giustamente ha detto che non voleva creare un trattato di fisica ma partire da delle vere idee di fisica per creare una trama avvincente.

C’è riuscito? Se volete un mio personale parere (per quello che vale!), secondo me non è stato sicuramente il miglior film di Nolan, ma senza dubbio è un ottimo film, godibile e per cui vale la pena sia parlare di cinema e sia vederlo in una sala cinematografica. Non vale per tutti i film questa cosa, ma vale quasi sempre per i film di Nolan. Detto questo, pur secondo me con un’ottima performance degli attori (bravissimi, davvero) la trama del film non è il massimo della tensione, o almeno non sono riuscito a sentirmi in tensione durante il film. Ma forse il motivo è che a un certo punto il mio cervello si è distratto completamente per cercare di dare un senso a tutto ciò che vedevo, bombardato di informazioni. Fatemi sapere che cosa ne pensate voi: ora aspetto le vostre recensioni.

Di sicuro, vedere TENET è stato un bel modo per tornare a godersi il cinema fatto per il cinema, visto che Nolan ha girato il film in 70 mm IMAX.

Spesso, anche su questo blog, quando ho commentato altri film ho sempre detto che è sbagliato che un fisico dia un giudizio su un film in base all’aderenza alle leggi della fisica. Continuo a ribadire questo concetto: a me i film piacciono o non piacciono a prescindere dal loro essere puntigliosi e credo che tutti i fisici dovrebbero smetterla di smontare gli errori che ci sono nei film. Perché? Semplicemente perché stiamo parlando di un film! Tuttavia, è bello poter scorgere dietro le idee di un regista degli aspetti scientifici: si tratta sempre una buona occasione per discutere di fisica e astrofisica e permette di normalizzare, pur restando rigorosi, la discussione di argomenti scientifici spesso inaccessibili al grande pubblico.

2 thoughts on “La fisica di TENET e i viaggi nel tempo (senza spoiler!)

  • 1 Settembre 2020 in 15:22
    Permalink

    Sono d’accordo con te, alcune scene spettacolari ,tanta azione ma fine a se stessa, non c’è quasi nessuna coerenza tra i presupposti scientifici e lo svolgersi della trama , si fatica davvero a mantenere un filo logico tra le cause e gli effetti che danno luogo all’azione e il tutto si risolve in un andirivieni caotico per quanto ribadisco , spettacolare. si parte da uno spunto interessante che però non viene sviluppato coerentemente, non vorrebbe essere un film surrealista ma in pratica lo diventa ma con trovate troppo banali, un Interstellar ipercinetico ma abbastanza vuoto. ma visto che sono un po’ masochista manderò un suggerimento a Nolan per il prossimo film incentrato sul principio di sovrapposizione della meccanica quantistica e magari anche dell’entanglement, mi piacerebbe vedere cosa ci fa saltar fuori…

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  • 1 Settembre 2020 in 01:14
    Permalink

    Sono d’accordo con te, alcune scene spettacolari ,tanta azione ma fine a se stessa, non c’è quasi nessuna coerenza tra i presupposti scientifici e lo svolgersi della trama , si fatica davvero a mantenere un filo logico tra le cause e gli effetti che danno luogo all’azione e il tutto si risolve in un andirivieni caotico per quanto ribadisco , spettacolare. si parte da uno spunto interessante che però non viene sviluppato coerentemente, non vorrebbe essere un film surrealista ma in pratica lo diventa ma con trovate troppo banali, un Interstellar ipercinetico ma abbastanza vuoto. ma visto che sono un po’ masochista manderò un suggerimento a Nolan per il prossimo film incentrato sul principio di sovrapposizione della meccanica quantistica e magari anche dell’entanglement, mi piacerebbe vedere cosa ci fa saltar fuori…

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