Immaginiamo la scena. È l’anno un milione dopo Cristo. L’umanità (o qualunque cosa ne sarà diventata) compie una scoperta colossale: una macchina del tempo. Una civiltà così avanzata potrebbe decidere di fare il gesto più rivoluzionario di sempre: tornare indietro, fino a noi, per svelarci il segreto di questa tecnologia. Una mano dal futuro che raggiunge il passato.

Eppure, nonostante questa idea affascinante, la fisica contemporanea ci pone una domanda più scomoda: anche se fosse possibile costruire una macchina del tempo nel futuro remoto, potrebbero davvero tornare fino a noi?

Per rispondere, dobbiamo attraversare alcuni concetti chiave della relatività di Einstein, dei wormhole, dei paradossi temporali e della celebre congettura di Stephen Hawking secondo cui l’universo stesso “protegge” la propria cronologia. Il tutto, però, usando esempi e immagini che possano guidarci con chiarezza.

1. Relatività generale: la struttura del tempo non è rigida

La relatività generale, formulata da Albert Einstein nel 1915, è la teoria che descrive la gravità nei termini più profondi che conosciamo. L’idea centrale è che spazio e tempo non sono entità separate e rigide, ma formano un’unica struttura flessibile chiamata spazio-tempo. Questa struttura può deformarsi in presenza di massa o energia: una stella, un pianeta o addirittura un buco nero “piegano” lo spazio-tempo intorno a sé.

Una conseguenza sorprendente di questa teoria è che anche il tempo può scorrere a velocità diverse a seconda di dove ci troviamo o di quanto velocemente ci muoviamo. Gli orologi vicino a un forte campo gravitazionale rallentano rispetto a quelli lontani. Questa non è un’ipotesi teorica: lo abbiamo verificato più volte, persino con orologi atomici posti a diverse altitudini sulla Terra.

Questa flessibilità del tempo è ciò che, almeno matematicamente, permette l’esistenza di percorsi che potrebbero riportare un viaggiatore nel suo stesso passato. Non significa però che siano realizzabili nella pratica: la matematica consente molte soluzioni, ma la natura seleziona solo quelle fisicamente possibili. Tuttavia, l’apertura teorica esiste, ed è da qui che nasce la speculazione sui viaggi nel tempo.

2. I wormhole: tunnel teorici tra regioni distanti dello spazio-tempo

Immaginiamo di piegare un foglio di carta in modo che due punti lontani vengano a toccarsi. Un wormhole (o “ponte Einstein-Rosen”) è qualcosa di simile: un collegamento, previsto matematicamente dalla relatività generale, che unisce due punti dello spazio-tempo in modo diretto e molto breve. Se esistessero, permetterebbero di viaggiare quasi istantaneamente da un luogo all’altro, e addirittura da un tempo all’altro.

Per trasformare una macchina del tempo in un wormhole si dovrebbe sfruttare la dilatazione del tempo: se una delle due bocche del wormhole venisse accelerata a velocità prossime a quella della luce, oppure posta vicino a un buco nero, il suo scorrere del tempo sarebbe più lento rispetto all’altra bocca. Così, una volta riportate vicine nello spazio, sarebbe possibile entrare in una bocca ed uscire dall’altra in un momento precedente.

Il problema è che i wormhole, per quanto teoricamente possibili, sarebbero estremamente instabili. Senza una forma di materia “esotica”, dotata di energia negativa, tenderebbero a chiudersi immediatamente, impedendo il passaggio. L’energia negativa non è qualcosa che possiamo produrre o manipolare su larga scala* (vedi in fondo al testo per una spiegazione). Inoltre, effetti quantistici potrebbero generare fluttuazioni di energia enormi proprio quando il wormhole sta per diventare una macchina del tempo, distruggendolo all’istante. È un po’ come se la natura, pur permettendo la possibilità matematica, trovasse sempre un modo per impedirne la realizzazione.

3. Le curve temporali chiuse: percorsi che “tornano indietro”

Una curva temporale chiusa (CTC) è un percorso nello spazio-tempo che inizia in un punto e, seguendolo continuamente, riporta esattamente al punto di partenza… ma nel proprio passato. È come fare un giro su una pista che però è immersa in un tempo “piegato”. L’universo rotante proposto da Kurt Gödel negli anni ’40 è un esempio teorico: in quell’universo, lo spazio-tempo si muoverebbe in modo da trascinare con sé le linee temporali, creando percorsi che riportano indietro nel tempo.

Se tali curve esistessero nel nostro universo, permetterebbero viaggi nel passato senza bisogno di wormhole. Ma, anche qui, sorgono problemi: l’universo reale non sembra possedere le proprietà necessarie per generare curve temporali chiuse, né abbiamo osservato fenomeni che suggeriscano rotazioni cosmiche su grande scala. Queste soluzioni sono quindi più curiosità matematiche che possibilità fisiche.

4. Il paradosso del bootstrap: informazioni senza origine

Il paradosso del bootstrap è uno dei concetti più strani legati al viaggio nel tempo. Si verifica quando un oggetto o un’informazione esiste senza avere una vera origine. Immagina un caso semplice: un inventore del futuro costruisce una macchina del tempo, torna indietro e dà a se stesso, nel passato, i progetti. Il giovane inventore costruisce la macchina usando quei progetti, e un giorno torna nel passato per consegnarseli.

La domanda fondamentale diventa: chi ha scritto i progetti? Nessuno. Essi esistono perché vengono riciclati attraverso il tempo. La fisica, però, si basa sull’idea che ogni effetto debba avere una causa. Il paradosso di bootstrap infrange questa regola, creando oggetti o informazioni “senza genealogia”, come libri, strumenti o tecnologie che non sono mai state inventate da nessuno. Questo è uno dei motivi principali per cui molti fisici ritengono che i viaggi nel passato debbano essere impossibili.

5. La Chronology Protection Conjecture: la natura evita i paradossi

Per risolvere in modo elegante questi problemi, Stephen Hawking propose negli anni ’90 la Chronology Protection Conjecture. L’idea è che le leggi della fisica impediscano a chiunque di costruire una macchina del tempo che permetta di tornare nel passato. Non per ragioni filosofiche, ma perché fenomeni quantistici genererebbero enormi fluttuazioni di energia nella regione in cui si tenta di formare una curva temporale chiusa. Queste fluttuazioni distruggerebbero il wormhole o la struttura in questione prima che si trasformi in una macchina del tempo funzionante.

Hawking non fornì una prova definitiva, ma mostrò che il comportamento della natura sembra “difendere” la coerenza temporale. È come se l’universo avesse una sorta di meccanismo di autodifesa contro i paradossi: permette dilatazioni temporali, deformazioni dello spazio e perfino tunnel teorici… ma non permette di alterare il passato.

6. Il paradosso dell’assenza di visitatori dal futuro

C’è poi un’osservazione molto semplice, ma più logica che scientifica: se nel futuro verrà inventata una macchina del tempo che può tornare a epoche precedenti alla sua creazione, allora dovremmo avere la possibilità di incontrare già oggi viaggiatori provenienti dal futuro. Il fatto che non accada non è una prova definitiva, ma è certamente un indizio. Esistono tre possibili spiegazioni:

  1. Il viaggio nel passato è fisicamente impossibile.
  2. È possibile tornare indietro nel tempo, ma solo fino al momento in cui viene accesa la prima macchina del tempo.
  3. Tornare nel passato non modifica la nostra linea temporale, ma ne crea una nuova, quindi eventuali viaggiatori non potrebbero mai arrivare nella nostra storia.

La prima è la più semplice; le altre due, pur affascinanti, non hanno alcuna conferma sperimentale.

Conclusione: il passato rimane fuori portata

Per quanto intrigante sia immaginare un visitatore dal futuro che ci consegna i piani per costruire una macchina del tempo, la fisica moderna suggerisce che ciò sia estremamente improbabile. Le soluzioni teoriche che sembrano permettere i viaggi nel passato richiedono condizioni e tipi di materia che non sembrano esistere nel nostro universo. I paradossi di causalità indicano che tali viaggi porterebbero a contraddizioni profonde. E la Chronology Protection Conjecture suggerisce che l’universo impedisce attivamente qualunque tentativo di creare una macchina del tempo funzionante.

In definitiva, anche se la matematica ci lascia intravedere possibilità sorprendenti, la natura sembra dire che il passato è un capitolo già scritto, che possiamo osservare ma non raggiungere.

* Energia negativa: che cosa significa davvero?

Nella fisica classica l’energia è sempre positiva: non puoi avere meno energia del vuoto. Nella fisica quantistica, però, il vuoto non è davvero vuoto: è attraversato da fluttuazioni continue di campi ed energie, che compaiono e scompaiono molto rapidamente. All’interno di questo “ribollire” quantistico, in certe condizioni, è possibile che una regione abbia meno energia del valore normale del vuoto. Questo è ciò che chiamiamo energia negativa. È come se, in un lago sempre increspato dalle onde, potesse formarsi per un istante una piccola conca più bassa del livello medio dell’acqua.

Il fenomeno più famoso in cui compare energia negativa è l’effetto Casimir, che è stato realmente misurato in laboratorio. Se due piastre metalliche vengono poste a distanza molto piccola, lo spazio tra loro non può contenere tutte le fluttuazioni quantistiche possibili. Questo crea una pressione esterna maggiore di quella interna e spinge le piastre ad avvicinarsi. Nella regione tra le piastre l’energia del vuoto risulta inferiore al normale → cioè negativa rispetto al riferimento usuale.