E se il passato, il presente e il futuro fossero soltanto tre modi diversi di guardare lo stesso universo?
C'è una cosa che mi ha sempre fatto pensare molto: perché possiamo muoverci liberamente nello spazio, ma non nel tempo?
Possiamo andare avanti, indietro, a destra, a sinistra, salire su una montagna, scendere in una cantina, possiamo perfino prendere un aereo e attraversare mezzo pianeta in poche ore ma quando si tratta del tempo niente da fare, possiamo soltanto procedere in una direzione, dal passato verso il futuro alla velocità inesorabile di un secondo al secondo.
E, soprattutto, senza possibilità di ritorno.
Il che, a pensarci bene, è piuttosto seccante.
Perché di luoghi nei quali mi piacerebbe tornare ce ne sono parecchi. Per esempio una particolare spiaggia negli anni ottanta, una sera d'estate, quando il sole stava scomparendo dietro il mare, eravamo arrivati in moto, avevamo portato due chitarre ed eravamo convinti che il mondo fosse stato costruito appositamente per regalarci un tempo praticamente infinito.
Naturalmente ci sbagliavamo.
O forse no?
Perché potrebbe anche darsi che quella sera non sia affatto scomparsa.
Ma per spiegare questa strana idea ci tocca fare un piccolo viaggio, e come spesso accade da queste parti, il viaggio comincia a Flatlandia.

Un quadrato che non riusciva a guardare in alto
Nel 1884 Edwin A. Abbott pubblicò un libro straordinario, "Flatlandia", nel quale immaginava un universo popolato da esseri geometrici che vivevano su un piano, conoscendo soltanto due dimensioni.
Per quegli abitanti, il concetto di "alto" o "basso", inteso come direzione perpendicolare al loro mondo, era semplicemente inconcepibile.
Un giorno però, uno di loro, un Quadrato, incontrò una Sfera proveniente dal nostro universo tridimensionale.
La Sfera poteva osservare dall'alto l'intero mondo del Quadrato, guardare dentro le sue abitazioni, guardare come ai raggi X l'interno delle persone, comparire e scomparire misteriosamente e compiere azioni che agli occhi di un abitante bidimensionale dovevano sembrare autentici miracoli.
Ma naturalmente non erano miracoli, la Sfera disponeva semplicemente di una dimensione in più ed è proprio qui che Abbott ci tende una trappola meravigliosa.
Perché dopo averci fatto sorridere dell'incapacità del Quadrato di immaginare la terza dimensione ci costringe a domandarci se noi non ci troviamo esattamente nella stessa situazione.
Cioè... e se esistesse una prospettiva dalla quale il nostro universo potesse essere osservato nella sua interezza? Non soltanto nelle sue tre dimensioni spaziali, ma anche attraverso il tempo?

Einstein e il grande libro dell'universo
All'inizio del Novecento Einstein fece qualcosa che probabilmente avrebbe lasciato il povero Quadrato ancora più disorientato, ci mostrò che spazio e tempo non sono due realtà completamente separate, ma parti di un'unica struttura quadridimensionale che ha chiamato spaziotempo. Tre dimensioni spaziali e una temporale.
Attenzione però perché la dimensione temporale non è identica alle altre tre dato che possiede caratteristiche fisiche differenti e non possiamo attraversarla liberamente come attraversiamo una stanza, ma da questa nuova descrizione dell'universo nasce una possibilità filosofica davvero vertiginosa, quella che viene chiamata "universo a blocchi".
Immaginiamo che l'intera storia dell'universo, dal suo passato più remoto al futuro più lontano, costituisca una sola immensa struttura quadridimensionale.
In questa visione gli eventi non vengono continuamente creati per poi scomparire nel nulla, occupano ciascuno una propria posizione nello spaziotempo.
La nascita di una stella, la costruzione delle piramidi, il primo uomo sull'Everest, una passeggiata sul lungomare, un incontro casuale, un bacio, un addio, tutto appartiene alla stessa gigantesca architettura cosmica. Noi però non la percepiamo nella sua interezza, ne viviamo soltanto una successione di istanti che chiamiamo "il presente".
Si può dire che è un po' come leggere un libro, quando siamo alla pagina cinquanta, la pagina venti appartiene al passato e la pagina cento al futuro, eppure entrambe esistono già nel libro che teniamo tra le mani, siamo noi che le incontriamo una dopo l'altra.
Naturalmente l'universo a blocchi è un'interpretazione della natura del tempo, non è una verità sperimentalmente dimostrata, la relatività eliminando l'idea di un presente universale uguale per tutti rende però questa interpretazione particolarmente interessante.
E adesso proviamo a mettere il naso un pochino più avanti... anzi no, facciamo invece un salto completamente folle.

L'essere che osservava tutti i nostri ieri
Allora immaginiamo un ipotetico osservatore capace di contemplare l'intera struttura dello spaziotempo. Non sto parlando necessariamente di un essere dotato di una quarta dimensione "spaziale", come quello che il Quadrato avrebbe desiderato incontrare (quella è un'altra ipotesi), sto cercvando di immaginare qualcosa di ancora più strano, un osservatore per il quale l'intera estensione temporale dell'universo fosse visibile come per noi lo è una strada osservata dall'alto.
Che cosa vedrebbe?
Forse vedrebbe un bambino che gioca nel cortile del suo palazzo, un ragazzo che sale su un treno con uno zaino troppo pesante, un uomo che lavora davanti a un computer e un vecchio che osserva il tramonto, e scoprirebbe che sono tutti la stessa persona... forte vero? Non quattro persone diverse, ma quattro sezioni temporali di un unico essere esteso nello spaziotempo.
Come la Sfera del reverendo Abbott poteva osservare l'intero Quadrato anziché soltanto il segmento che questo mostrava agli abitanti di Flatlandia, il nostro osservatore immaginario potrebbe contemplare una vita intera, dalla nascita alla morte... tutto insieme!
E forse gli sembrerebbe anche piuttosto buffo che noi continuiamo a parlare di persone che "non siamo più", perché dalla sua prospettiva quel ragazzo con i capelli spettinati e i jeans "Wrangler" non avrebbe smesso di esistere, sarebbe semplicemente "collocato" in un'altra regione dello spaziotempo.

Il giradischi cosmico
A questo punto mi viene in mente un'altra immagine... un disco in vinile, uno di quelli che negli anni ottanta ascoltavamo sui nostri giradischi cercando di non far saltare la puntina quando qualcuno attraversava la stanza. Su quel disco erano incise tutte le canzoni... la prima, l'ultima e tutte quelle intermedie.
Quindi, mentre ascoltavamo la prima non potevamo sentire contemporaneamente la quinta. Per noi esisteva soltanto la musica che la puntina stava leggendo in quel preciso istante, ma le altre canzoni non erano scomparse, erano tutte lì.
Mi piace immaginare che la nostra coscienza sia qualcosa di simile a quella puntina, impegnata a percorrere un solco nell'immenso disco dello spaziotempo.
Probabilmente... forse... è soltanto una metafora perché nessuna teoria dimostra che la coscienza si muova realmente attraverso un blocco temporale già completo, ma l'immagine è irresistibile perché se funzionasse davvero così il tempo non sarebbe qualcosa che distrugge progressivamente quello che incontra, sarebbe semplicemente il modo in cui noi sperimentiamo una realtà molto più grande.
E quella vecchia canzone dei Genesis, ascoltata in una stanza piena di amici, potrebbe essere ancora lì, incisa per sempre in un particolare angolo dell'universo quadridimensionale, con tutto quello che l'accompagnava, perfino con quel nostro modo un po' ingenuo di pensare che le cose belle sarebbero durate per sempre... ma dai... è proprio così!

E se potessimo uscire dal tempo?
Ed eccoci arrivati al punto nel quale la fisica prudentemente vorrebbe fermare l'immaginazione e prendere il comando, attenzione... dico "vorrebbe".
Pensiamo di nuovo alla Sfera di Flatlandia. Per entrare nel mondo bidimensionale del Quadrato non doveva necessariamente percorrere le strade di quel mondo, poteva attraversarlo dalla terza dimensione comparendo in luoghi che per i suoi abitanti erano separati da distanze apparentemente invalicabili.
Ecco, immaginiamo qualcosa di analogo per il tempo, se il nostro universo fosse davvero una struttura quadridimensionale completa potremmo fantasticare sull'esistenza di un modo per osservare dall'esterno la nostra abituale successione degli eventi, un modo per contemplare simultaneamente il 1980, il 2026 e il 2062.
Non sarebbe un normale viaggio nel tempo. Sarebbe qualcosa di più radicale, sarebbe come uscire dalla prospettiva nella quale siamo imprigionati.
Così come il Quadrato improvvisamente sollevato dalla Sfera scopriva che il suo mondo era infinitamente meno completo di quanto avesse sempre creduto, forse un ipotetico osservatore esterno vedrebbe tutte le nostre vite intrecciarsi in una gigantesca scultura quadridimensionale, forse riconoscerebbe incontri e separazioni come semplici intersezioni di traiettorie, e forse quello che noi chiamiamo "nostalgia" gli potrebbe apparire come uno strano desiderio di raggiungere una regione dello spaziotempo che dal suo punto di vista non è mai stata cancellata.
Naturalmente non sappiamo se una simile prospettiva fisica sia possibile e soprattutto non abbiamo alcuna prova che ci si possa spostare liberamente tra epoche diverse.
Ma Abbot ci ha insegnato una cosa importante, "l'impossibilità di immaginare qualcosa non equivale alla dimostrazione della sua impossibilità."

Il giorno in cui incontrai me stesso
Ora cerco di fare un piccolo esperimento mentale.
Immagino di trovarmi davanti a quell'osservatore quadridimensionale e gli chiedo se può mostrarmi il mio passato.
Lui però sembra sorpreso dalla mia domanda e risponde: «Il tuo passato? Quale parte?»
E io: «Vorrei rivedere una sera d'estate, quando avevo diciassette anni.»
Quindi l'osservatore tocca un punto dell'immensa struttura scintillante che ha davanti a se e improvvisamente vedo una spiaggia.
E' sera e ci sono alcuni ragazzi seduti su una piattaforma di cemento... un ragazzo sta accordando una chitarra mentre un altro sta raccontando qualcosa che evidentemente trova divertentissimo, e poco distante una ragazza guarda il mare.
Riconosco tutti.
Riconosco perfino quel ragazzo magro che cerca disperatamente di assumere un'aria interessante.
Sono io.
Naturalmente.
Mi verrebbe voglia di avvicinarmi e dirgli tante cose. Di non preoccuparsi troppo per certe sciocchezze. In cosa si dovrebbe concentrare negli studi. Di prestare più attenzione a qualcuno che presto non vedrà più e di conservare meglio certi ricordi. Ma soprattutto vorrei dirgli di non avere così tanta fretta di diventare grande.
Poi mi fermo... perché capisco che anche se potessi parlargli forse non dovrei. Quella sera deve restare esattamente com'è. Con le sue ingenuità, con le sue occasioni perdute, con le risate, con le canzoni dei Pink Floyd e con quel futuro ancora completamente sconosciuto perché è proprio tutto questo a renderla quella che è stata.
Allora mi limito a guardare e per un momento mi sembra di comprendere qualcosa che non avevo mai considerato... che forse il passato non è un luogo dal quale siamo stati espulsi... forse siamo noi che non sappiamo più come guardarlo.

Una porta che forse non esiste
Chissà che cosa penserebbe oggi Edwin Abbott Abbott di tutto questo.
Il suo Quadrato dopo aver scoperto la terza dimensione arrivò a immaginarne una quarta e trovò la stessa incomprensione che lui stesso aveva mostrato inizialmente nei confronti della Sfera.
È una delle lezioni più straordinarie del libro. Ogni volta che crediamo di aver raggiunto il limite della realtà, potrebbe semplicemente trattarsi del limite della nostra capacità di rappresentarla. Anzi, ne sono certo.
Forse l'universo è davvero un blocco quadridimensionale e forse il passato e il futuro hanno una realtà che la nostra esperienza quotidiana non riesce a cogliere... o forse, più probabilmente, il tempo possiede una natura completamente diversa che la fisica non ha ancora scoperto.
Non lo sappiamo e sarebbe sbagliato trasformare una suggestiva ipotesi filosofica in una certezza scientifica.
Cosa pensiamo di sapere? Io sento che sappiamo veramente poco. Da quanti anni "esiste" la cosiddetta scienza? Pochissimi!
Ma una cosa mi piace pensarla, che da qualche parte in quella sterminata geometria dello spaziotempo ci sia ancora una sera d'estate degli anni ottanta con il mare tranquillo, con due chitarre che continuano a suonare e con qualcuno che ride per una battuta che probabilmente oggi non farebbe più ridere nessuno.
E poi quei due ragazzi seduti sulla piattaforma di cemento davanti al mare, con le loro chitarre, dopo che tutti se ne sono andati, convinti di avere davanti a sé tutto il tempo del mondo.
Forse quella sera è perduta per sempre.
Oppure, in un senso che ancora non riusciamo a comprendere, non è mai andata da nessuna parte.
E allora mi torna in mente quel povero Quadrato di Flatlandia incapace di immaginare che qualcuno potesse osservare il suo mondo dall'alto.
E mi viene da sorridere... perché magari anche noi continuiamo a guardare il tempo dalla direzione sbagliata, e chissà che da qualche parte non ci sia una Sfera che ci osserva, che scuote la testa e che cerca disperatamente di spiegarci una cosa semplicissima, che per tornare a ieri non dobbiamo andare indietro.
Dobbiamo soltanto imparare a guardare da un'altra parte.

Immaginiamo per un momento il mondo descritto nel libro "Flatlandia", un mondo perfettamente bidimensionale abitato da esseri che conoscono solo lunghezza e larghezza. Per loro non esiste nè il "sopra" né il "sotto" e gni movimento possibile avviene lungo la superficie, ogni distanza è misurata dentro il piano, ogni incontro deve rispettare le leggi di quel mondo e quindi per andare da un punto A a un punto B bisogna chiaramente attraversare lo spazio che separa A da B.

Poi arriva un essere tridimensionale.

Per lui il mondo di Flatlandia è interamente visibile, non deve "entrare" nel piano per vedere cosa accade perché lo guarda dall'alto nella sua totalità e può toccare due punti lontani del piano con due dita (una di una mano e una dell'altra) e agli abitanti di Flatlandia quei due contatti apparirebbero ovviamente come due eventi separati, come due aperture improvvise, come due "buchi" nel loro spazio. Eppure dal punto di vista tridimensionale quei due punti sono collegati da un solo gesto, da due mani della stessa persona e potremmo dire "dalla stessa realtà superiore". Quelllo che per il mondo bidimensionale sono eventi distanti per il mondo tridimensionale possono essere lo stesso evento.

Questa immagine è potente perché non richiede la teoria delle stringhe, non richiede Calabi-Yau o le dimensioni compattificate, ma nasce da una semplice intuizione geometrica perché una dimensione in più può trasformare radicalmente il significato di distanza, di separazione e soprattutto quella della comunicazione.

Trasferiamo questa intuizione all'interno del nostro cervello: abbiamo che i microtubuli sono minuscole strutture cilindriche presenti nelle cellule (anche nei neuroni), in biologia sono i componenti del citoscheletro che organizzano, sostengono e guidano i trasporti intracellulari e partecipano alla dinamica della cellula. Ci sono ricercatori che hanno ipotizzato che potrebbero essere delle strutture capaci di sostenere processi vibrazionali coerenti e persino quantistici.

Possiamo quindi fare una bellissima considerazione: se gli abitanti di un mondo a due dimensioni non possono comprendere il collegamento tra due punti realizzato attraverso la terza dimensione, noi che siamo abitanti di un mondo "apparentemente" tridimensionale potremmo quindi non comprendere i collegamenti che avvengono attraverso una quarta dimensione spaziale. In questo caso non parliamo del tempo come quarta dimensione relativistica ma parliamo di una quarta direzione spaziale non percepibile direttamente ma capace di mettere in collegamento quello che per noi appare lontano.

In questa ipotesi i microtubuli potrebbero essere immaginati come strutture sensibili non soltanto alle relazioni locali del nostro spazio tridimensionale ma anche a una geometria più ampia. Non comunicherebbero "magicamente" a distanza e non invierebbero segnali più veloci della luce ma piuttosto potrebbero essere parte di una struttura più estesa che noi dal nostro punto di vista tridimensionale vediamo solo come "frammentata".

Dato che le due dita dell'essere tridimensionale appaiono agli abitanti di Flatlandia come due punti separati, così due microtubuli potrebbero in una geometria superiore appartenere a una stessa continuità e noi vedremmo due strutture lontane separate mentre "quadridimensionalmente" invece potrebbero essere più vicine di quanto appaiano, due "buchi" nel nostro piano percettivo collegati altrove e direttamente collegati.

Nella nostra realtà si possono osservare i neuroni, i dendriti, gli assoni, le sinapsi e i microtubuli. Si possono misurare le distanze, i tempi di conduzione, i segnali elettrici e le trasmissioni chimiche. Tutto questo noi lo facciamo quotidianamente per esempio per certi esami clinici. Ma forse queste potrebbero essere solo la proiezione tridimensionale di una struttura ben più ricca, così come un cubo che attraversa Flatlandia apparirebbe ai suoi abitanti come una sequenza mutevole di figure piane, così una struttura quadridimensionale potrebbe apparire a noi come una rete dinamica di eventi separati. In questa visione i microtubuli diventano candidati a una funzione particolare: non semplici tubi cellulari ma "punti di contatto" tra la geometria ordinaria e una geometria più ampia.

Una domanda può essere: perché proprio i microtubuli?
E la risposta può essere: perché hanno forma ordinata, ripetitiva e cilindrica, e perché sono distribuiti in modo capillare, ma anche perché vivono dentro cellule nervose che già lavorano sul confine tra l'informazione, la forma e il tempo, e sembrano strutture capaci di trasformare la geometria statica in dinamica. Un microtubulo visto così potrebbe essere una soglia e potrebbe rappresentare un punto in cui "l'altrove geometrico" lascia una impronta locale come il dito dell'essere tridimensionale che tocca il mondo di Flatlandia mentre l'abitante bidimensionale vede solo un cerchio che appare ma non vede la mano.

Forse anche noi vediamo solo il cerchio, forse lo vediamo come attività neurale, come trasmissione sinaptica, come campi elettrici o come dinamiche cellulari, se esistesse una dimensione spaziale ulteriore alcune correlazioni potrebbero non essere generate nel nostro spazio ma solo manifestarsi qui. Sarebbero eventi locali per noi ma aspetti di una una geometria superiore più ampia.

E se la applichiamo alla coscienza questa idea potrebbe diventare ancora più interessante: la coscienza potrebbe non essere semplicemente "prodotta" da singoli neuroni, né localizzata un punti del cervello ma potrebbe invece essere il modo in cui una nostra rete tridimensionale percepisce dall'interno una coerenza che ha radici in una struttura più ampia. In altre parole: ciò che chiamiamo esperienza potrebbe essere la proiezione interna di una connessione che nella nostra geometria appare distribuita in molti singole manifestazioni, ma che in una dimensione ulteriore potrebbe essere anche solo un singolo evento/oggetto.

Come in Flatlandia due punti separati del piano possono essere toccati dalla stessa mano, nel cervello due microtubuli potrebbero essere intersezioni tridimensionali di una stessa struttura quadridimensionale, e potrebbe anche essere che due (o una serie di) microtubuli in due cervelli diversi (ovvero in due persone distinte) potrebbero essere realmente "collegati" (pensiamo a certi comportamenti dei gemelli omozigoti...).

Naturalmente tutto questo non è una teoria scientifica stabilita perché non c'è la prova di una quarta dimensione spaziale accessibile alla biologia e per ora non ci sono ancora prove che i microtubuli comunichino attraverso dimensioni superiori. Ma la scienza è fatta prima di tutto da domande e poi da successive ipotesi e non dobbiamo aver paura a formulare ipotesi perché questa è l'unica strada per poter avanzare nella conoscenza del mondo dove viviamo.

Nel mondo bidimensionale di Flatlandia il quadrato non può immaginare la sfera ma può incontrarne le sezioni e quindi allo stesso modo noi potremmo non immaginare una struttura quadridimensionale ma potremmo incontrarne le sezioni biologiche. E forse ogni microtubulo potrebbe essere una di queste sezioni: la coscienza come superficie attraversata da una dimensione che non sappiamo vedere. Un abitante di Flatlandia davanti a due cerchi che appaiono improvvisamente in punti lontani del suo mondo potrebbe pensare a un miracolo e solo l'essere tridimensionale saprebbe invece che non è un miracolo ma sono due tita di una mano, e quindi allo stesso modo quello che noi chiamiamo "integrazione cosciente" potrebbe apparirci misterioso perché lo osserviamo da dentro il piano, vediamo cioè i punti e non la mano, vediamo i "correlati neurali" e non necessariamente la geometria completa che li rende parte dello stesso gesto.

La versione più estrema di queste ipotesi potrebbe essere che la coscienza non sarebbe un "oggetto" dentro il cervello ma il modo in cui una struttura tridimensionale viene attraversata da una continuità più ampia e i microtubuli sono i punti di contatto.
L'esperienza quindi potrebbe essere quello che accade quando il piano viene "toccato" e forse il "sé" potrebbe non essere niente altro che il tentativo da parte di un abitante del piano bidimensionale di dare un nome alla mano che non può vedere.

Ci tengo ancora a sottolineare che questa è una metafora speculativa e non una teoria verificata. La fisica di oggi non richiede di spiegare la coscienza con una quarta dimensione spaziale e la neuroscienza lavora con modelli locali, dinamici e informazionali riconosciuti. Ma il valore di questa ipotesi sta nel fatto che ci costringe certamente a riformulare la domanda: non più "dove si trova la coscienza?" ma "in quante dimensioni dobbiamo pensare una relazione perché essa possa apparire dall'interno come esperienza?"

Nel mondo bidimensionale di Flatlandia il mistero non è il piano, il mistero è quello che il piano non può contenere e da cosa può essere attraversato. E forse la coscienza è proprio questo: non una fuga dalla materia, ma una materia attraversata da una geometria più grande di quella che la nostra geometria conosciuta può descrivere.

Molti associano equivocamente i viaggi nel tempo alla meccanica quantistica come se i quanti fossero una porta segreta sul passato. In realtà il "viaggio nel passato" nasce prima di tutto in relatività generale dove alcune soluzioni matematiche delle equazioni di Einstein ammettono curve "tempo-like" chiuse, cioè traiettorie che riporterebbero un osservatore nel proprio passato.
La meccanica quantistica arriva dopo chiedendosi: un universo del genere può essere fisicamente consistente?

Stephen Hawking formulò l'idea (con tono quasi ironico) che esista una sorta di "agenzia di protezione della cronologia" ovvero che gli effetti quantistici potrebbero rendere instabile o irrealizzabile la formazione di regioni con traiettorie che riporterebbero un osservatore nel proprio passato, impedendo quindi la nascita di una macchina del tempo. Se il tempo fosse "circolare" potrebbero crescere enormemente le quantità fisiche legate ai campi quantistici e alla loro retroazione gravitazionale fino a distruggere le condizioni che renderebbero possibile la violazione di causalità.

Si potrebbe dire però che se la quantistica è "non locale" allora si potrebbe mandare un messaggio nel passato. Però le correlazioni quantistiche (come l'entanglement) sono "stranianti" ovvero non sono un canale controllabile per inviare informazione a ritroso. Il motivo tecnico è quindi solo nella teoria stessa perché è costruita in modo da impedire comunicazioni superluminali e retro-causali.

Supponiamo allora che una regione di spazio-tempo con curve di tempo chiuse esista e sia accessibile, in questo caso bisognerebbe scrivere una regola fisica coerente per ciò che accade quando un sistema quantistico "incontra" una sua versione passata, e qui compaiono modelli teorici interessanti: Deutsch propose una condizione di "autoconsistenza quantistica", ovvero che lo stato che entra nel "circuito temporale" deve essere un punto fisso della dinamica in modo da evitare contraddizioni. La cosa notevole è che in questo scenario certi comportamenti diventano "non classici" in modo molto forte (con effetti computazionali e logici insoliti). Lloyd, Maccone, Garcia-Patron, Giovannetti, Shikano, Pirandola, Rozema, Darabi e Soudagar invece propongono un approccio alternativo basato sulla "post-selezione" (ovvero selezionare solo le storie consistenti). Anche qui i paradossi vengono evitati ma la fisica risultante non coincide con quella precedente di Deutsch.

Questi modelli non dimostrano che il viaggio nel tempo sia possibile ma dimostrano che se si vuole immaginare la curva del tempo chiusa si deve pagare un prezzo teorico sotto forma di dinamiche "effettive" non standard per salvarne la consistenza, e c'è un punto ancora più significativo dato che esistono esperimenti che hanno simulato in laboratorio il comportamento previsto da alcuni di questi modelli (senza ovviamente creare una curva chiusa reale nello spazio-tempo) e quindi la simulazione non è una macchina del tempo ma un test concettuale su come certe regole si comporterebbero.

C'è poi un'area dove la quantistica gioca davvero con il nostro istinto temporale, quelli che vengono definiti come i processi a ordine causale indefinito (come il quantum switch).
Nel quantum switch due operazioni possono essere applicate in una sovrapposizione di ordini in modo coerente (prima A poi B e prima B poi A). In questo caso si ha un risultato reale e sperimentato ma non significa che un'informazione viaggi realmente nel passato, significa solo che l'ordine delle operazioni in certi protocolli non è un dato classico fisso.

Quindi la quantistica può rendere meno rigida la nostra idea di "prima e dopo" senza entrare nel paradosso ed è come se la teoria dicesse: puoi mettere in discussione la forma del corridoio ma non puoi far crollare l'edificio.

Il "viaggio nel tempo" è un concetto affascinate ma la fisica sembra insistere su un principio più rigido, ovvero non tanto che "non puoi tornare indietro nel tempo" quanto invece che "non puoi ottenere contraddizioni". Se esistessero "scorciatoie" queste dovrebbero rispettare dei vincoli di coerenza talmente stringenti da trasformare la fantasia in un labirinto di condizioni.

Forse la lezione non è che il tempo sia inviolabile come un dogma, ma che la realtà fisica difende la consistenza più di quanto difenda la nostra intuizione.
La quantistica non è un permesso di trasgressione ma è un linguaggio in cui l'universo ammette le possibilità ma non ammette incoerenze sfruttabili. In questo senso il tempo "non perdona" non perché sia morale ma perché la causalità è una condizione di esistenza di quel racconto che noi chiamiamo mondo.

Quando si parla della "teoria del tutto" si potrebbe pensare che c'è un ostacolo puramente tecnico, cioè che manca l'equazione giusta o che la matematica non sia adeguata. Effettivamente in parte questo è vero perché la ricerca di "un quadro unico" richiede strumenti matematici molto raffinati ed ovviamente delle idee formalmente nuove.

Ma è importante sottolineare che il tentativo di unificare la meccanica quantistica con la gravità non è soltanto un mero problema di calcolo, è invece un vero e proprio intreccio di matematica, di concetti e di osservazioni nel quale ogni parte condiziona le altre.

La meccanica quantistica e la teoria quantistica dei campi (che è la sua estensione relativistica) descrive con precisione straordinaria il mondo delle particelle e delle interazioni fondamentali e la relatività generale descrive la gravità come geometria dinamica dello spazio-tempo. Entrambe funzionano magnificamente ognuna nel proprio dominio. La prima regge l'elettronica e le tecnologie moderne mentre la seconda spiega con precisione l'espansione cosmica e la fisica dei buchi neri. Ma quando cerchiamo di spingerle fino al limite, fino alla singolarità, fino al big bang, ai buchi neri e alle regioni in cui la densità e le energie diventano estreme, non è solo che "non sappiamo risolvere" le equazioni, ma il fatto è che stiamo cercando di far parlare insieme due idee e due modi diversi di cosa sia veramente descrivere la realtà.

La prima questione è il tempo. Nella meccanica quantistica il tempo è un parametro esterno, cioè significa che la funzione d'onda evolve nel tempo e questa evoluzione è continua e ben definita.
Nella relatività il tempo non è uno sfondo fisso ma è parte dello spazio-tempo e può curvarsi, rallentare, dipendere dal moto e dalla gravità. Se lo spazio-tempo è dinamico che cosa significa "evolvere nel tempo" quando il tempo stesso è un oggetto fisico? E qui appunto nasce il famoso "problema del tempo" nelle formulazioni di gravità quantistica perché non basta "quantizzare" le variabili ma bisogna capire quale concetto di tempo stiamo usando e... se il tempo sia davvero fondamentale oppure sia solo un fenomeno emergente legato alle relazioni tra gli stati.

La seconda questione è l'osservazione: in meccanica quantistica la misura non è solo un dettaglio tecnico ma è un confine concettuale. La teoria descrive le sovrapposizioni di possibilità anche se noi invece osserviamo esiti definiti e quindi viene da chiderci che cosa "seleziona" un risultato e quando e come avviene il passaggio da "possibile" a "attuale".
Alcune interpretazioni introducono un collasso reale mentre altre lo negano e parlano di ramificazioni o di descrizioni relazionali. Insomma qualunque posizione si adotti resta sempre la domanda se la modalità in cui definiamo "l'osservazione" influenza il modo in cui interpretiamo la teoria. Quando poi tentiamo di includere anche lo spazio-tempo nella descrizione quantistica il problema si fa più confuso e radicale, ovvero non stiamo più misurando i fenomeni in un particolare spazio-tempo, ma stiamo chiedendo come possa apparire lo spazio-tempo stesso e le nozioni di evento, distanza, e durata.

La terza questione sono i dati. Molte ipotesi sulla gravità quantistica agiscono nella scala di Planck dove gli effetti sono infinitesimali e ovviamente difficili da testare direttamente.
Questo non significa che siano "solo filosofia" ma significa che spesso esistono molti modelli compatibili con le osservazioni e quello che si scopre è che in assenza di vincoli sperimentali forti la teoria rischia di diventare solo un "paesaggio di possibilità" coerenti e per questo la ricerca contemporanea guarda con attenzione solo agli indizi indiretti come i segnali cosmologici, le proprietà dei buchi neri, le onde gravitazionali e gli effetti quantistici.

Tornando alla matematica, la matematica conta molto in tutto questo? La risosta è ovviamente sì. Per unificare quanti e gravità servono "linguaggi" molto potenti e evoluti. Servono geometrie non classiche, teorie di campo su strutture insolite, formalismi che trattino l'informazione e la causalità in modo molto più profondo e spesso serve anche della matematica nuova.
Ed è proprio la storia della fisica che ci insegna che la matematica cresce insieme alle richieste e alle nuove domande che ci poniamo. La matematica è un linguaggio che si estende quando la realtà ci costringe a parlare in modi nuovi ma il punto non è solo "calcolare di più" ma chiarire che cosa si sta cercando di descrivere.

Forse il cuore della questione non è trovare la formula finale come se fosse un oggetto già scritto da qualche parte ma comprendere che "l'unificazione" richiede una revisione delle categorie a cui noi pensiamo normalmente (il tempo, l'osservazione e la realtà) e soprattutto quale è il ruolo dei dati nel selezionare qualcosa tra i molti mondi teorici possibili.

E quindi? Quindi la difficoltà non sta soltanto nella complessità delle equazioni ma nel fatto che stiamo cercando una teoria capace di descrivere non solo quello che accade nell'universo ma soprattutto le condizioni che rendono possibile descriverlo.

Se la funzione d'onda descrive quello che un sistema potrebbe essere, e il collasso della funzione d'onda quello che un sistema diventa quando viene osservato, allora una domanda sorge spontanea: che cosa significa osservare?
In meccanica quantistica l'osservatore non è un semplice spettatore passivo e la misura non si limita a rivelare una proprietà già esistente, ma contribuisce a definirla. Questo è uno dei punti di rottura più netti con la fisica classica, dove il mondo possiede proprietà definite indipendentemente da chi le osserva.

Nel linguaggio quantistico, osservare significa quindi far interagire un sistema con un apparato di misura, e quindi interagisce con l'ambiente, e questa interazione "distrugge" la sovrapposizione di stati che era descritta dalla funzione d'onda e pertanto seleziona un solo risultato specifico. Quello che la teoria non descrive in modo definitivo è "il quando" e "il come" questo passaggio avvenga. Ed è proprio qui che nasce quello che viene definito "problema della misura".

Il problema dell'osservatore però non riguarda solo gli strumenti e i laboratori, ma tocca una questione più profonda, ovvero: dove finisce il sistema quantistico e dove inizia il mondo classico?
Un elettrone può trovarsi in più stati contemporaneamente, ma ovviamente il rivelatore, cioè il sistema di misura, no. La "linea di confine" che c'è tra questi due regimi non è fissata dalla teoria, e questo rende la meccanica quantistica molto efficace nel calcolo ma purtroppo incompleta nella sua interpretazione, e a questo si aggiunge anche un secondo problema, ancora più sottile: quello del tempo. "Nella meccanica quantistica il tempo non è un osservabile come la posizione o l'energia, è un parametro esterno, che scandisce l'evoluzione della funzione d'onda, ma non viene mai quantizzato". Questa frase significa che il sistema evolve nel tempo, ma... il tempo stesso non fa parte del sistema.

Tutto questo è in contrasto con la relatività, dove il tempo è dinamico, è intrecciato allo spazio ed è influenzato dalla materia e dall'energia. Il problema è che quando si tenta di unire la meccanica quantistica e la gravità (come accade nella teoria delle stringhe) questa differenza diventa un ostacolo concettuale enorme. Ovvero: se lo spazio-tempo stesso è soggetto a "fluttuazioni quantistiche", ha senso parlare di un tempo esterno e assoluto?
Il problema del tempo si riflette anche nel collasso della funzione d'onda. Il collasso sembra avvenire in un "istante preciso", ma "istante" rispetto a quale tempo? Forse il tempo dell'osservatore? Il tempo dell'apparato di misura? Oppure un altro tipo di tempo più profondo e ancora sconosciuto?
Purtroppo la meccanica quantistica standard non risponde a queste domande, si limita a funzionare straordinariamente bene senza però spiegare completamente il significato dei suoi stessi concetti.

In questa prospettiva l'osservatore non è più un elemento casuale ma è invece una parte essenziale di questo quadro, ma non perché la coscienza "crea" la realtà, ma perché qualsiasi descrizione fisica richiede una separazione tra quello che viene osservato e chi lo osserva, e la meccanica quantistica rende effettivamente questa separazione instabile, sfumata e problematica.
Forse è per questo che se torniamo dalle teorie più "speculative" alla meccanica quantistica "pura" abbiamo l'impressione di trovarci di fronte a un confine dove da un lato abbiamo una teoria estremamente precisa e dall'altro invece moltissime domande aperte sull'osservazione, sul tempo e sulla realtà.

Flatlandia abita proprio dentro questo confine, nel luogo dove la fisica smette di descrivere oggetti e inizia ad interrogarsi sulle funzioni, sulle relazioni e quindi sul significato stesso di cosa significa osservare.

La teoria delle stringhe nasce come uno dei tentativi più ambiziosi della fisica teorica: descrivere tutte le particelle e tutte le forze della natura come manifestazioni diverse di un unico oggetto fondamentale. Con questa teoria, gli elettroni, i quark, ..., fino ad arrivare al gravitone, non sono entità puntiformi, ma minuscole stringhe che vibrano. Ogni modalità di vibrazione corrisponde a una particella diversa esattamente come la corda di uno strumento che produce note differenti a secondo di come oscilla.

Per rendere coerente questa idea, la teoria delle stringhe introduce concetti assolutamente radicali: dimensioni extra dello spazio, geometrie complesse e un livello di astrazione che va ben oltre all'esperienza quotidiana e dietro questa costruzione matematica altamente sofisticata si nasconde però un principio più antico e profondo: il comportamento quantistico dei sistemi fisici.

Se quindi mettiamo temporaneamente da parte le dimensioni extra e l'obiettivo dell'unificazione, si scopre che il cuore della teoria delle stringhe batte allo stesso ritmo della meccanica quantistica. In entrambi i casi, ciò che viene descritto non è un oggetto materiale nel senso classico, ma uno stato dinamico e nella meccanica quantistica questo stato è rappresentato dalla cosiddetta "funzione d'onda".

La funzione d'onda non è un'onda fisica che oscilla nello spazio o come un'onda sull'acqua. È un anch'essa un oggetto matematico che contiene tutte le informazioni possibili relative ad un sistema quantistico. La funzione d'onda non dice dove si trova una particella, ma ci dice quali sono le probabilità di trovare questa particella in un particolare stato quando viene effettuata una misura. Questo è il fatto: Prima dell'osservazione la particella non possiede una posizione, una velocità o un'energia definite perché "esiste" in una "sovrapposizione di possibilità".

Questo è uno degli aspetti più controintuitivi della meccanica quantistica. Cioè, finché non si misura il sistema, la funzione d'onda evolve in modo deterministico secondo le equazioni della teoria "descrivendo una continua interferenza di possibilità" e solo nel momento nel quale si misura avviene il cosiddetto collasso della funzione d'onda: tra tutte le possibilità descritte, una sola diventa reale, mentre tutte le altre scompaiono.

Questo fatidico collasso non è un processo fisico nel senso classico, e non è neanche un'onda che si spezza, è una transizione concettuale, cioè passa da una "situazione di probabilità" a quella dei "risultati osservati". Questo significa che prima della misura la funzione d'onda ci dice quello che potrebbe accadere ed esattamente dopo la misura il sistema passa in uno stato perfettamente definito e quindi in una sola delle possibilità. Questo passaggio ha sollevato - e continua a sollevare - profonde questioni filosofiche sul ruolo dell'osservatore, sulla natura della realtà e sul significato stesso di "esistere".

In questo contesto la teoria delle stringhe può essere vista come una generalizzazione estrema della meccanica quantistica. Invece di applicare la funzione d'onda a particelle puntiformi, la applica a oggetti estesi che vibrano. Ma è importante vedere che il principio resta invariato: ciò che la teoria descrive non sono cose solide e ben definite, bensì stati, oscillazioni e possibilità.

Ritornare dalla teoria delle stringhe alla meccanica quantistica "pura" significa quindi tornare all'essenziale. Significa riconoscere che al livello più profondo la natura non è fatta di oggetti, ma di processi. Le stringhe, con tutta la loro eleganza matematica, non fanno che amplificare una lezione già inscritta nei quanti e cioè che il mondo fondamentale non è statico, non è localizzato e non è definitivo. Quello che ci dice la meccanica quantistica è che tutto è in una vibrazione continua che diventa realtà solo quando viene osservato.