Viaggio nel tempo

Il viaggio nel tempo è l'ipotetico spostamento tra diverse epoche temporali, verso il passato o il futuro. Per "visualizzarlo" si usa comunemente l'analogia dello spostamento su un filo, una linea che rappresenta il tempo nella sua totalità.

Alcune teorie scientifiche ammettono la possibilità del viaggio nel tempo, ma solamente attraverso condizioni estreme impossibili da realizzare con le tecnologie disponibili.

La teoria della relatività ristretta prende in esame il fenomeno della dilatazione del tempo, registrabile soprattutto da osservatori che si spostino a velocità prossime a quella della luce (299 792,458 km/s), fenomeno verificato da numerosi esperimenti e che sembrerebbe lasciare la porta aperta all'ipotesi dello spostamento nel futuro. Tale spostamento, tuttavia, non ha probabilmente nulla in comune con l'idea dei viaggi nel tempo usata nella fantascienza.

Il viaggio nel tempo nella narrativa e nell'immaginario collettivo viene utilizzato come espediente sia verso il futuro sia indietro fino ad un'epoca precedente.

Il concetto di viaggio nel tempo è un'idea che affascina da tempi immemorabili l'umanità ed è presente in molti miti, come quello di mago Merlino che sperimenta delle regressioni temporali.

Dato il naturale evolvere del presente verso l'immediato futuro, tutti gli esseri viventi viaggiano comunque già di per sé attraverso il tempo.

La macchina del tempo

La macchina del tempo "classica" a cui il cinema e le storie di fantascienza hanno abituato è solitamente rappresentata come un qualche veicolo o apparecchio dalle dimensioni di una piccola stanza. Si entra, si configurano i parametri di viaggio e si aziona il dispositivo: dopo pochi secondi si può uscire e ci si ritrova nell'epoca richiesta.

Qualora ciò fosse possibile, non sarebbe tuttavia sufficiente. Il pianeta Terra infatti occupa, secondo per secondo, una posizione diversa lungo l'orbita intorno al sole. A sua volta, il sole orbita intorno al centro galattico e così via. In conclusione, un viaggio nel tempo così concepito dovrebbe necessariamente essere anche un viaggio nello spazio, altrimenti il crononauta si ritroverebbe sperduto nel vuoto spaziale al momento dell'arrivo.

Il viaggio nel tempo secondo la fisica attuale

Nel campo della fisica, l'esperimento ideale del viaggio nel tempo è talvolta usato per esaminare le conseguenze di teorie scientifiche come, ad esempio, la relatività speciale, la relatività generale e la meccanica quantistica.

È stato ampiamente comprovato con prove sperimentali che lo scorrere del tempo non è universale: esso infatti, come previsto dalla relatività ristretta, varia per osservatori in differente stato di moto l'uno rispetto all'altro.

La struttura teorica più nota che permette l'esistenza di situazioni fisiche che consentano il viaggio nel tempo è data dal complesso delle teorie della relatività einsteiniane. Uno dei principi fondatori di tali teorie è la costanza della velocità della luce nel vuoto; tale principio permette già di identificare tre condizioni possibili legate al "viaggio nel tempo":

• Alle velocità infraluminali, al di sotto della soglia della velocità della luce nel vuoto, esistono corpi dotati di massa, sia a riposo che accelerata, superiore a zero: tali corpi possono muoversi avanti ed indietro nello spazio ma non nel tempo (nel nostro "universo" la direzione del tempo è preordinata e corre dal "passato" al "futuro").
• Alla velocità della luce, lo spazio e il tempo si annullano: per un corpo che si muove alla velocità della luce la contrazione del tempo è zero, e la dilatazione dello spazio è infinita. Ciò equivale a dire che il corpo, dal suo stesso "punto di vista", si trova contemporaneamente dappertutto e in un eterno presente. Il fotone, dotato di massa a riposo nulla, può muoversi a questa velocità in quanto virtualmente privo di inerzia. Infatti, un corpo dotato di massa superiore a quella del fotone non può raggiungere la velocità della luce, in quanto, come compendio della legge einsteiniana dell'equivalenza tra materia ed energia (), tutta l'energia fornita per accelerare il corpo massivo a velocità prossime a quelle luminali viene convertita automaticamente in materia andando, in ultima analisi, a massificare ulteriormente il corpo stesso, accrescendone l'inerzia, il che richiede ulteriore energia per accelerarlo (in pratica si crea un circolo vizioso in cui l'energia non accelera più il corpo ma al contrario ostacola l'accelerazione del corpo stesso incrementandone la massa, in quanto convertita in materia).
• A velocità sopraluminali, invece, l'ipotetico corpo dovrebbe possedere soltanto una massa virtuale, sia a riposo sia accelerata. A questa ipotetica particella è stato attribuito il nome di "Tachione". Un corpo a velocità "tachionica" si muoverebbe in uno spazio nullo (in realtà dovrebbe muoversi in uno spazio negativo, ma fisicamente ciò non ha senso) e in un tempo "invertito". Praticamente, non sarebbe libero di muoversi nello spazio, e la sua successione temporale andrebbe dal futuro al passato. Nel "mondo sopraluminale", in pratica, le conseguenze precederebbero la causa generante; l'effetto precederebbe la causa. Dal punto di vista del tachione anche il secondo principio della termodinamica viene ad esser invalidato: per esempio, i cocci di vetro si ricomporrebbero per generare un bicchiere infranto; oppure un cadavere potrebbe riprendere vita e ringiovanire fino al momento del concepimento.

A proposito dei tachioni bisogna notare che, a rigore, la teoria einsteiniana non vieta velocità superiori a quella della luce: il raggiungimento di tali velocità è infatti vietato solamente ai corpi aventi massa. Esistono quindi nell'universo oggetti per cui tale divieto non è valido.

Inoltre, tutte le formule della teoria della relatività contengono un termine temporale elevato alla seconda potenza, per cui la definizione di un tempo negativo non crea particolari problemi al modello fisico-matematico.

Per quanto riguarda il "mondo infraluminale", secondo la relatività ristretta il tempo rallenta in un sistema di riferimento in movimento. In altri termini, più un oggetto si sposta velocemente rispetto a un altro, più il tempo per il primo oggetto passa lentamente se confrontato col tempo del secondo, spostando in pratica il primo oggetto nel futuro del secondo.

Nella pratica, ponendo un orologio di precisione su di un mezzo ad alta velocità, tipicamente un velivolo o nel sistema GPS, è normale riscontrare una discrepanza tra di esso e l'orologio di riferimento con cui è stato precedentemente sincronizzato, posto in un sistema in quiete (per esempio sulla pista), dimostrando che l'orologio del velivolo, spostandosi ad alta velocità dal suo riferimento, ha viaggiato qualche frazione di secondo indietro rispetto all'orologio posto a terra.

A tale proposito dobbiamo pensare che la "velocità" con cui scorre localmente il tempo in un sistema in quiete (cioè la rapidità con cui si muovono le lancette di un orologio in tale sistema di riferimento) sia di un secondo al secondo, prendendo come sistema di riferimento lo stesso sistema (in quiete) in cui ci si trova. Nel precedente esempio, sul velivolo il tempo scorre a meno di un secondo (tempo locale, sistema del velivolo) al secondo (tempo del sistema di riferimento, in quiete, sulla pista) in quanto sul mezzo in movimento la dimensione temporale è allungata e dunque il suddetto orologio impiega un tempo maggiore per emettere un "tic", ovvero per scandire un secondo; in altre parole c'è un lievissimo ritardo riscontrabile da evidenze strumentali sperimentali (gli orologi in movimento nel velivolo ci diranno che è passato meno rispetto a quanto ci direbbe un orologio in quiete), ma non dalla mente umana. Ciò corrisponde a dire che, viaggiando a elevate velocità, è possibile "risparmiare" qualche secondo.

Per quanto riguarda i viaggi temporali riscontrabili dall'esperienza umana, le teorie einsteiniane della relatività ci dicono che per i corpi dotati di massa essi sono possibili solo per corpi che si spostino a velocità commensurabili con quella della luce nel vuoto oppure per corpi immersi in campi gravitazionali significativi (come in prossimità di un buco nero o di una stella di neutroni); il tempo viene in questi casi enormemente influenzato nel suo scorrere, fino ad arrivare addirittura a fermarsi in taluni casi estremi, come in prossimità dell'orizzonte degli eventi.

Non a caso, i buchi neri, che sono gli oggetti fisici dove sono massime densità di materia e campo gravitazionale, sono associati alla possibilità di creare ponti spazio-temporali (ponti di Einstein-Rosen).

Per capire un po' meglio il concetto di "tempo influenzato dalla gravità" dobbiamo raffigurarci lo spaziotempo (o "cronotopo", mutuando il termine dalla geometria) come un telo perfettamente elastico, ben tirato, increspato in qualche punto da alcuni gravi (un'increspatura è detta "curvatura spaziotemporale").

La gravità è rappresentata dalla deformazione di questo telo (per l'appunto, dalla curvatura spaziotemporale) che si flette, ad esempio, nei dintorni della massa di una stella, proprio come farebbe una palla da biliardo su un telo elastico. Il tempo può essere visto invece come l'inclinazione di questo tessuto, che in prossimità delle infossature si accentua (si dilata e si allunga).

Se le teorie einsteiniane pongono un limite teorico alle velocità, che non possono superare quella della luce nel vuoto, non vi sono limiti teorici all'intensità di un campo gravitazionale e, quindi, alla deformazione dello spazio-tempo. Le speculazioni teoriche sulla creazione di "macchine per il viaggio nel tempo" sono quindi incentrate sull'ipotesi di deformazioni spazio-temporali di varia natura (oltre che su alcune soluzioni particolari delle equazioni presenti nelle teorie di Einstein, come ad esempio la Curva spaziotemporale chiusa di tipo tempo). La realizzazione di tali deformazioni, sempre estreme, necessita però di quantità immense di energia, che eccedono di gran lunga persino quelle prodotte nel Sole.

Un esempio di costruzione spazio-temporale in grado di produrre viaggi nel tempo anche "all'indietro" è il Ponte di Einstein-Rosen.

Problemi nell'ipotesi del buco nero come "macchina del tempo"

I buchi neri, gli unici corpi presenti in natura tali da creare possibilità concrete di viaggio nel tempo, non sarebbero comunque facilmente sfruttabili in tale veste per vari motivi. Quelli che seguono sono alcuni tra i più intuitivi.

• Di buchi neri ne esistono una grande quantità, di dimensioni estremamente variabili, tuttavia è sempre molto difficile collocarsi sul cosiddetto "orizzonte degli eventi" senza ricadere all'interno di esso. In realtà gli effetti gravitazionali del buco nero sono avvertibili anche prima di giungere all'orizzonte stesso, e non è facile quantificare la massa della singolarità centrale da cui dipende l'area coperta dall'orizzonte e il volume del buco nero medesimo. Anche un minimo errore nei calcoli porterebbe un ipotetico sperimentatore a cadere nel buco nero e a non uscirne più.
• Come macchina del tempo un buco nero sarebbe limitato, nel senso che potrebbe portare indietro nel tempo uno sperimentatore non oltre il momento della sua formazione.
• Se il buco nero fosse di tipo "non rotante" - cosa non determinabile a priori - non vi sarebbe alcuna possibilità di attraversare indenni l'orizzonte degli eventi: il verso preso sarebbe inevitabilmente diretto sulla singolarità centrale e lo sperimentatore subirebbe spaghettificazione, cioè verebbe ridotto a una stringa monodimensionale per ipercompressione a densità infinita.
• Quanto detto prima è applicabile, sia pure parzialmente, anche a un buco nero cosiddetto "rotante". Negli anni sessanta il matematico neozelandese Roy Kerr congetturò che l'impatto sulla singolarità può anche non avvenire se il buco nero è rotante. In tal caso si forma pur sempre una singolarità, ma sotto forma di anello toroidale e non come punto adimensionale (si immagini una ciambella; approssimativamente è questa la forma che assumerebbe la singolarità). In via puramente teorica sarebbe possibile immergersi in un buco nero di tale tipo e passare attraverso l'anello per emergere in un altro luogo e in un altro tempo, probabilmente in un universo parallelo, purché la direzione d'incontro col buco nero rispetti un certo angolo d'incidenza. Questa "soluzione Kerr" fu il primo esempio matematico di macchina del tempo. Negli anni ottanta, comunque, Kip Thorne (uno dei principali esperti al mondo di Teoria della relatività generale), del CalTech, e i suoi colleghi, tentarono di confutare tali conclusioni sostenendo che non erano ammesse realmente dalle equazioni di Einstein, ma giunsero alla conclusione che non esisteva realmente nulla, in tali equazioni, che vietasse il viaggio nel tempo, sempre ammesso che si abbia la tecnologia per manipolare i buchi neri.
• Nelle immediate vicinanze del sistema solare non è presente alcun buco nero candidato a possibile "macchina del tempo".
• Non esistono allo stato attuale tecnologie capaci di generare buchi neri artificiali in laboratorio.

Speculazioni teoriche

I fisici Paul Davies, Kurt Gödel, Frank Tipler e John Richard Gott III (vedi Bibliografia) hanno proposto delle metodologie necessariamente ideali (ossia non realizzabili nella pratica - si veda in proposito la sezione Il viaggio nel tempo secondo la fisica attuale) per costruire una macchina del tempo.

Descriveremo brevemente le macchine del tempo di Gödel, di Tipler e di Gott.

La prima è basata sull'ipotesi di un universo chiuso in rotazione, dove muovendosi a velocità prossime a quella della luce si potrebbe raggiungere ogni istante di tempo dell'universo semplicemente viaggiando continuamente sempre in una stessa direzione.

Quella di Tipler è una variante di questa che però si basa sull'esistenza di un corpo materiale e non utilizza dunque l'intero universo come nel precedente esempio: un ipotetico cilindro rotante di massa esorbitante (si parla di miliardi di masse solari), ma di densità inferiore a quella necessaria perché si trasformi in un buco nero, creerebbe un'attrazione gravitazionale tale da far sì che un corpo che si muova intorno ad esso a velocità elevatissime anche se non necessariamente prossime a quella della luce si sposti nel passato o nel futuro, a seconda che si muova nel verso opposto o uguale a quello della rotazione del cilindro[1].

Come per il caso dei buchi neri, questo modello pone però due importanti limitazioni: non si può andare in un passato precedente la creazione del cilindro, e non si può andare in futuro successivo la sua distruzione.

Il modello matematico, inoltre, presuppone un cilindro infinitamente lungo, e non è ancora chiaro se questa condizione sia necessaria per il viaggio nel tempo.

Un altro modello di macchina del tempo è stato proposto da Gott, e si basa sul fatto che la forza di gravità dei corpi massivi influenza lo scorrere del tempo. In breve, il modello prevede di usare Giove per creare una sfera cava, all'interno della quale porre il "crononauta". Da calcoli fatti, il campo gravitazionale della sfera cava (generata dalla massa di Giove fortemente compressa) rallenterebbe il tempo di un numero variabile di volte (massimo quattro) a seconda della densità della sfera, che deve essere sempre inferiore a quella necessaria per la contrazione in un buco nero.[2]

Mezzi di realizzazione delle speculazioni

Riassumendo, i principali mezzi ipotetici capaci di realizzare un viaggio nel tempo sono:

• Wormhole, altre deformazioni spazio-temporali di vario genere e di varia origine (passato e futuro)
• Velocità prossime alla Velocità della luce (futuro attraverso effetto di dilatazione temporale di Albert Einstein)
• Intensi campi gravitazionali (futuro attraverso effetto di dilatazione temporale di Einstein)

Sperimentazioni

Vari esperimenti realizzati nel corso degli ultimi dieci anni danno l'impressione di un effetto retrogrado, ossia di un viaggio nel tempo verso il passato, ma sono interpretati in modo diverso dalla comunità scientifica. Ecco alcuni esempi: l'esperimento di Marlan Scully (che è ispirato al paradosso EPR e richiede l'utilizzo di fessure di Young) lascia supporre che su scala quantica una particella nel futuro determini il suo passato. Secondo alcuni, questo mette semplicemente in evidenza le difficoltà di qualificare la nozione di tempo all'interno della scala quantica; in ogni caso, quest'esperimento non costituisce una violazione della causalità.

Si è potuto registrare che nell'esperimento del fisico Lijun Wang, l'invio di pacchetti di onde attraverso una lampada al cesio a cX310 ha avuto come conseguenza l'uscita dei pacchetti di onde stessi 62 nanosecondi prima della loro entrata. Alcuni scienziati ritengono però che questo sia semplicemente dovuto ad un effetto d'ultra-rifrazione, e avanzano l'obiezione che questi pacchetti di onde, non essendo oggetti costituiti da particelle ben definite, non possono trasportare né energia né informazione dei futuri eventi, per cui non è possibile confermare in modo esaustivo che arrivino dal futuro.

Infine, il programma "Effetto STL" effettuato dal medico Ronald Mallett ha lo scopo ufficiale di osservare una violazione della causalità mediante il passaggio di un neutrone attraverso un cristallo fotonico che rallenta la luce. Si è potuto constatare che il neutrone riappare nel dispositivo prima di essere disintegrato. La relazione è uscita nel novembre 2006 e beneficia del sostegno di molte università degli Stati Uniti.

Il teletrasporto e il viaggio temporale sono temi collegati, che presuppongono la copertura di enormi distanze nello spazio piuttosto che nel tempo. Le tematiche del viaggio nel tempo e nello spazio vengono a essere in stretta relazione, per almeno due ragioni:

• secondo la relatività generale, spazio e tempo sono parte di un continuo a quattro dimensioni;
• il paradosso dei gemelli ammette la possibilità teorica di un viaggio nel futuro;
• i ponti di Einstein-Rosen sono una costruzione fisica e matematica che ammette la possibilità teorica di un viaggio nel passato e nel futuro. I ponti di Einstein-Rosen descrivono sia un collegamento fra due punti arbitrariamente distanti nello stesso universo, oppure che possono distare arbitrariamente nel tempo. I punti possono appartenere allo stesso universo o a due universi paralleli.

La massa che è oggetto del teletrasporto può comparire nel punto di arrivo in un tempo superiore a quello che impiegherebbe muovendosi alla velocità della luce, rispettando il limite teorico imposto dalla relatività generale. Esiste però una variante del teletrasporto che presuppone di collegare due punti a velocità inferiori a quella della luce, riproducendo l'informazione della massa nel punto di arrivo.

La realizzazione di un viaggio nel passato o nel futuro, oltre ai problemi teorici, presenterebbe notevoli difficoltà tecniche. Secondo le teorie che ammettono la possibilità di un viaggio nel tempo, come quella dei ponti di Einstein-Rosen, sarebbe necessaria una quantità enorme di energia, pari alla potenza elettrica mondiale.

Alla difficoltà di produrre enormi quantità di energia, si aggiungono quella di produrla in tempi brevi di pochi minuti, in un solo sito (il luogo dell'esperimento), e di non disperderla su grandi distanze.

L'alternativa alla produzione in un solo sito è quella di convogliare nel luogo dell'esperimento l'energia prodotta altrove da una moltitudine di centrali, tramite un numero opportuno di accumulatori ad alta capacità collegati in serie. L'energia sarebbe sottratta alla rete di distribuzione, con un apparente blackout elettrico.

Le potenze in gioco sono simili a quelle che un'esplosione nucleare produce in pochi minuti. Onda d'urto e radiazioni di una bomba atomica, tuttavia, si disperdono a distanza di migliaia di chilometri e di anni. In base alla formula E=mc^2, 600 grammi di massa d'uranio possono infatti produrre un'energia pari a Joule, per un tempo di 10 minuti (assumendo una velocità della luce pari a 300.000 km/s).

Oltre a un'enorme densità di energia occorre generare una curvatura negativa dello spazio-tempo. La materia e l'energia nell'universo producono solamente una curvatura positiva. In base al principio di indeterminazione di Heisenberg, energia e tempo non possono essere misurate simultaneamente con precisione infinita. È impossibile verificare, per ogni particella di massa presente in una regione a scelta dello spazio-tempo, se tutta l'energia genera una curvatura positiva.

La curvatura positiva dello spazio-tempo è positiva per la maggioranza dei punti, ma può essere trovato qualche punto dove non lo è. Nei punti a curvatura negativa, si è in presenza di un varco spazio-temporale, che può essere tenuto aperto con una fortissima densità di energia.

Un ulteriore modalità di viaggio nel tempo è l'attraversamento di dimensioni esterne allo spazio-tempo. La teoria delle stringhe ipotizza l'esistenza di 16 dimensioni. Le dimensioni aumentano a seconda della lente, della scala di misura con la quale si osserva l'universo. Dodici di queste dimensioni sono in più rispetto a quelle note dello spazio tempo, "arrotolate" e compresse in un piccolissimo raggio di materia, per cui punti diversi dello spazio-tempo potrebbero essere collegati da una di queste dimensioni. Viaggiando attraverso di esse, si otterrebbe una "scorciatoia" per collegare due punti, nello spazio e/o nel tempo, senza superare il limite teorico della velocità della luce.

I paradossi connessi col viaggio nel tempo

Il paradosso di "coerenza"

Esistono numerose speculazioni teoriche sui paradossi che potrebbero insorgere quando si ha a che fare con i viaggi nel tempo.

Ad esempio, supponiamo che voi decidiate di utilizzare una macchina del tempo per tornare a fare visita a vostro nonno, nel passato. Il viaggio riesce e vi trovate finalmente a tu per tu con vostro nonno, che però è giovane e non si è ancora sposato con quella che diventerà, in seguito, la vostra nonna. Ebbene, mentre sbalordite il nonno con particolari che solo lui può conoscere della sua famiglia, ecco che egli si distrae e si dimentica dell'appuntamento con una bella ragazza che sarebbe potuta diventare sua moglie. La signorina, indispettita dal comportamento del giovanotto, non lo vuole più vedere. Ed ecco quindi che per colpa vostra il nonno non si sposerà più e di conseguenza voi stessi non sareste più potuti nascere; ma se non foste mai nati, come avreste potuto impedire ai nonni di incontrarsi? Tale paradosso è comunemente definito Paradosso del nonno.

Un esempio di questo problema è rappresentato nei film della serie di fantascienza Ritorno al futuro: il viaggiatore nel tempo, impedendo ai suoi genitori d'incontrarsi, sarebbe dovuto scomparire dalla realtà in quanto mai nato. Questo tipo di paradosso è detto di "coerenza". Il paradosso è stato ripreso anche in una puntata del cartone animato Futurama, creato da Matt Groening, quando il protagonista, Fry, viaggiando indietro nel tempo, uccide suo nonno, ma continua a vivere in quanto ha messo incinta sua nonna, scoprendo così di essere sempre stato il nonno di sé stesso.

Una situazione d'incoerenza analoga a quella del Paradosso del nonno si verificherebbe qualora l'ipotetico viaggiatore nel tempo incontrasse sé stesso in un momento in cui aveva un'età minore uccidendolo.

Il paradosso di "conoscenza"

Un'altra variante di paradosso è quella proposta dal filosofo Michael Dummett.

Un critico d'arte torna nel passato per conoscere quello che diventerà il più famoso pittore del futuro. Ebbene, questo pittore quando incontra il critico dipinge quadri in verità molto mediocri, ben lontani dai capolavori che il futuro potrebbe conoscere. Ed ecco quindi che il critico d'arte gli mostra delle stampe dei futuri capolavori. Il pittore ne è talmente entusiasta che glieli sottrae e li va a ricopiare. Nel frattempo, il critico d'arte si deve reimbarcare nella macchina del tempo per tornare alla sua epoca e lascia quindi le copie nel passato. La domanda è questa: considerando l'intera vicenda globalmente, da dove arriva, in definitiva, la conoscenza necessaria a creare i capolavori? Dal pittore o dal critico d'arte?

Nella fantascienza questo problema viene ad esempio ripreso nel film Terminator con i suoi seguiti: il microchip che sta alla base tecnica degli androidi che vengono sviluppati è copiato da un androide che ha viaggiato nel tempo. Il medesimo problema viene riproposto nel racconto La scoperta di Morniel Mathaway di William Tenn.

Questo tipo di paradosso viene affrontato marginalmente nella trilogia di Ritorno al futuro: quando Marty (Michael J. Fox) alla fine del primo film suona la canzone Johnny B. Goode, un membro della band che assiste alla sua esibizione fa sentire la canzone al parente Chuck Berry. In molte altre occasioni sebbene i personaggi nel passato vengano messi al corrente di fatti importanti della loro vita, nel loro futuro sembrano non saperne niente.

Lo stesso tipo di paradosso appare nel film Rotta verso la Terra della saga di Star Trek: l'equipaggio dell'Enterprise viaggia indietro nel tempo, fino alla San Francisco del 1986, e Scotty fornisce la formula dell'alluminio trasparente alla ditta che ne risulterà l'inventrice, creando così un paradosso di conoscenza. Un altro esempio di paradosso di conoscenza presente in Star Trek lo si trova infine nel film omonimo del 2009: Spock, tornato indietro nel tempo, rivelerà la formula per trasportare oggetti su navi che viaggiano in curvatura.

Paradossi fisici

Un altro paradosso è questo: supponiamo, di nuovo, che il viaggio nel tempo sia possibile e che un oggetto qualsiasi torni indietro nel tempo. Limitiamo l'infinita gamma di momenti passati in cui potrebbe tornare, a quelli in cui l'oggetto già esisteva. Dal punto di vista dell'universo al momento di arrivo nel passato, la massa costituente l'oggetto comparirebbe praticamente dal nulla; la "copia ridondante" sarebbe dunque priva di passato. Ciò sembra inconcepibile in quanto violerebbe molte delle leggi fisiche (oltre che logiche) esistenti.

Bisogna tuttavia osservare che, se un corpo viaggia nel tempo, viene meno una quantità di massa e energia nel punto di partenza che però ricompare nel punto di arrivo. La massa non viene creata, c'è una trasformazione dello spazio-tempo in cui si trova, un cambio di coordinate. La conservazione della massa e la conservazione dell'energia sono rispettate se sono estese da tre a quattro dimensioni, includendo quella temporale: non sono rispettate nelle tre dimensioni dello spazio di arrivo dove una massa, sembra comparire dal nulla, mentre lo sono nello spazio-tempo di partenza e di arrivo.

Un esempio di questo problema è rappresentato dal film della serie di fantascienza Ritorno al Futuro Parte II: il 12 novembre 1955 si trovano contemporaneamente quattro macchine del tempo: la DeLorean al plutonio che riporta Marty nel 1985, la DeLorean volante guidata da Doc che, colpita da un fulmine, lo porta nel 1885, durante il vecchio West, la DeLorean danneggiata che Doc del 1985 (intrappolato nel 1885) ha lasciato nel vecchio cimitero abbandonato dei pistoleri, la quale apparirà solo dopo che la DeLorean volante verrà colpita ed infine la DeLorean volante guidata dal Biff del futuro che è tornato indietro nel tempo per dare al "se stesso" del 1955 un almanacco.

Il paradosso fisico si fa ancora più intricato se coinvolge persone. In Ritorno al Futuro, Marty, nel tentativo di salvare Doc, anticipa il momento del suo rientro nel futuro. Riesce quindi a vedere sé stesso salire sulla DeLorean e dare inizio al ciclo di eventi che egli conclude col suo ritorno. Se, per assurdo, il Marty ritornato al futuro avesse impedito la partenza del Marty del presente, l'intera linea temporale non sarebbe mai esistita: il Marty del presente avrebbe assistito alla sparizione del suo doppio proveniente dal passato e tutte le varianti nella vita della famiglia McFly sarebbero state annullate.

A proposito di varianti nella vita dei McFly, esse sono una sorpresa per Marty. In effetti, se un individuo tornasse indietro nel tempo e cambiasse la linea temporale per produrre significative variazioni nella propria vita, tornando nel futuro avrebbe comunque coscienza e memoria della sua vita originaria e non di quella alternativa provocata dalle variazioni. È quindi singolare che Marty abbia una stanza identica a quella originaria e non si accorga subito che molto è cambiato per la sua famiglia.

Un altro paradosso offerto dal film è relativo al viaggio nel futuro. Supponiamo che un uomo voglia vedere se stesso nel futuro, e allora entra nella macchina del tempo e parte. Dal punto di vista dell'universo la linea degli eventi continua senza di lui e se ammettiamo che nel futuro l'uomo ritorni sulla stessa linea egli non potrà mai rivedere se stesso, in quanto lui è sparito tempo prima nella macchina del tempo. Evento questo che potrebbe avvenire, soltanto se egli decidesse di non ritornare più indietro con la macchina e quindi ricomparire al punto di partenza, pochi minuti o poche ore dopo l'inizio del viaggio.

Nel film L'uomo che visse nel futuro di George Pal è chiaramente espresso questo concetto: George, il viaggiatore del tempo, tornato per un breve momento nella sua vecchia casa, alcune decine di anni dopo la sua partenza, incontra James, il figlio del suo vecchio amico Filby, che racconta con un velo di tristezza, dell'amico del padre, partito tanti anni prima e mai più tornato. Quindi, anche qui, la linea degli eventi è continuata senza il viaggiatore del tempo, del quale se ne ha solo più il ricordo.

In Timecop - Indagine dal futuro il paradosso è risolto con l'assunto che la stessa materia non può occupare nello stesso tempo lo stesso spazio: il contatto tra due doppi ne provoca il reciproco annichilimento.

Altro argomento interessante sul viaggio nel tempo è dato dalla serie di videogame Assassins's Creed. L'idea è legato alla genetica. Viaggiare nel tempo con una macchina che sposti fisicamente persone crea una serie di già elencati paradossi. Il protagonista di Assassin's Creed, Desmond, viaggia ai tempi dei suoi antenati attraverso la lettura del suo DNA. Fisicamente il pianeta Terra non conserva gli avvenimenti del proprio passato piuttosto siamo noi che registriamo e cataloghiamo gli avvenimenti della nostra storia; attraverso la riproduzione il nostro codice genetico viene tramandato e sviluppato quindi può essere la banca dati non solo del nostro corpo ma anche dei nostri predecessori.

In linea con ciò, in realtà si potrebbe supporre che, per ovviare a tale paradosso (ed anche ad altri), viaggiando in un tempo in cui un'altra copia di noi già esiste, si verrebbe "trasformati", nel corso del viaggio, nel corpo in cui si andrà a ricomparire (ovvero se si ritorna in un tempo in cui eravamo bambini si "rientra" in tale configurazione, perdendo lo stato attuale) e con tutta probabilità perdendo tutte le nozioni che ci hanno portati fino lì, e quindi a intraprendere il viaggio nel tempo (come si suole spesso dire anche in maniera colloquiale "se tornassi indietro", "se lo avessi saputo", in realtà già inconsciamente si immagina che se si tornasse indietro non si avrebbe più la nozione di ciò che ci stava per succedere, e quindi probabilmente accadrebbe di nuovo) mentre viaggiando in un tempo in cui non si esisteva semplicemente ci si suiciderebbe andando a scomparire durante il viaggio.

Risoluzioni possibili per i paradossi

La "Censura cosmica"

Alcuni scienziati come i celebri Stephen Hawking e Roger Penrose ritengono che, qualora tentassimo in qualche modo di fare qualcosa in grado di mutare significativamente il passato, ad impedirlo interverrebbe una sorta di "censura cosmica".

Nell'esempio sopra esposto del "Paradosso del nonno", la nostra voce potrebbe, secondo qualche meccanismo fisico ancora ignoto, affievolirsi o essere proprio il motivo per cui la conversazione tra il potenziale (a questo punto) nonno e il nipote potrebbe finire esattamente nel momento giusto, cosicché il nonno potrebbe essere puntuale all'appuntamento con la ragazza e tutto andrebbe al meglio.

Un esempio di questo problema è rappresentato dal film di fantascienza L'esercito delle 12 scimmie: nonostante i viaggi a ritroso nel tempo non era possibile modificare il presente in quanto tutto ciò che faceva il viaggiatore era già accaduto e documentato nella storia. Egli poteva soltanto raccogliere informazioni nel passato per modificare il futuro agendo dal presente da cui proviene. Domande che sorgono partendo dalla censura cosmica sono: che ne sarebbe del libero arbitrio? E poi in che modo questa censura agirebbe? Come farebbe l'universo ad "accorgersi" che qualcosa non va e che c'è il rischio che un piccolo crono-vandalo provochi seri guai alla storia futura? E funzionerebbe con azioni drastiche come l'assassinio del nonno prima del suo matrimonio, o in maniera ancora più surreale, uccidendo sé stessi prima della partenza nel tempo? L'argomento è ulteriormente trattato nella serie televisiva Lost. In essa i personaggi riescono a tornare indietro nel tempo, e Jack, uno di essi, cerca di cambiare il futuro detonando una bomba a idrogeno. Non ci è dato di sapere se riesce a cambiare lo scorrere degli eventi. È assumibile però che lui sia già parte integrante del passato, considerato che altri personaggi hanno tentato di cambiare il passato ma hanno constatato che il fatto di tornare nel passato era già contemplato nel passato. Questo, comunque, comporta un gravoso paradosso che è riassumibile nella domanda: "qual è stato il primo Jack che ha deciso di tornare nel passato?" Infatti, dato che nel suo passato il suo io-futuro è già presente, non si riesce a discriminare il primo Jack che decide di cambiare lo scorrere degli eventi.

Generazione di dimensioni parallele

Per evitare la bizzarra "censura cosmica" si può utilizzare una teoria quantistica nota come "teoria a molti mondi" che fu proposta nel 1956 da Hugh Everett III.

Questa teoria ci dice che ci sono tante copie del nostro mondo quante sono le possibili variazioni quantistiche delle particelle che lo compongono. Ne risulterebbe dunque un numero altissimo di mondi (o dimensioni) paralleli.

Per chiarirci le idee pensiamo ad un elettrone che ruota intorno ad un protone nell'atomo di idrogeno. Tale elettrone - secondo la meccanica quantistica - non ha un valore dell'energia ben determinato, ma si può solo dire che quella energia sarà contenuta in un certo set di valori con una certa distribuzione di probabilità: l'impredicibilità della natura a livello quantistico è una caratteristica intrinseca.

Ebbene, secondo la teoria a molti mondi, per ogni livello di energia dell'elettrone esiste un differente universo; lo stesso per tutte le altre particelle. Quindi, nelle variazioni più evidenti, ci saranno mondi in cui il nonno si sposa con la nostra nonna e mondi in cui questo fatto non avviene più.

Tornando al nostro ipotetico viaggio nel tempo, qualora facessimo perdere l'appuntamento al nonno approderemmo in un mondo variante in cui "noi" non siamo mai nati, e quindi non si genererà alcun paradosso temporale grossolano.

Ovviamente in questo caso ci si sposterà nelle dimensioni parallele e non nel tempo, e comunque rimane da spiegare quale sia il principio (e quali le forze) di carattere generale che ci permettano di scegliere l'universo "giusto"; in questo caso, però, sia il libero arbitrio che il principio di causalità sono salvi, anche se le varianti possibili sarebbero potenzialmente infinite.

Questo problema nella fantascienza è trattato nel libro La fine dell'eternità di Isaac Asimov; nelle serie televisive I viaggiatori (Sliders) e Star Trek; nella serie di Matt Groening Futurama; nei manga La malinconia di Haruhi Suzumiya e Dragon Ball Z e nell'anime Steins;Gate.

Solo per fare qualche esempio: il viaggiatore visita mondi possibili, anche coevi del presente, ma sempre con variabili parallele rispetto alla realtà, e spesso il malcapitato non riesce a ritornare al suo universo di partenza tra tutte le infinite possibilità. Particolarmente inerente all'episodio 11, Universi paralleli (Parallels), della settima stagione di Star Trek - The Next Generation, dove Worf passa di continuo da una linea temporale all'altra, finché lo spazio non si riempie di Enterprise appartenenti alle molteplici varianti quantiche temporali.

Il viaggio nel tempo nelle opere di fantasia

Il viaggio nel tempo è un tema tipico della fantascienza, tanto che alcuni lo considerano un vero e proprio sottogenere, ma è presente anche nel fantasy e nei racconti fantastici.

Un meccanismo narrativo spesso utilizzato nella fantascienza e in molti film o serie televisive è quello di portare un personaggio in un particolare tempo a cui non appartiene, ed esplorare le possibili ramificazioni dell'interazione del personaggio con le persone e la tecnologia dell'epoca (una derivazione del campagnolo che va nella grande città, o viceversa). Questo espediente narrativo si è evoluto per esplorare le idee di cambiamento e le reazioni ad esso, ed anche per esplorare le idee di universi paralleli o ucronia dove alcuni piccoli eventi avvengono, o non avvengono, ma causano massicci cambiamenti nel futuro (a causa dell'effetto farfalla).

Tra le macchine del tempo più famose della fantascienza vi sono l'auto sportiva DeLorean della trilogia cinematografica di Ritorno al futuro e il TARDIS della longeva serie televisiva britannica Doctor Who ma anzitutto, come dice il titolo, La macchina del tempo del romanzo di H. G. Wells del 1895.

Il concetto di viaggio nel tempo applicato alla letteratura ed alla sceneggiatura consente di sviluppare trame particolarmente elaborate ed avvincenti, con elementi ricorsivi, possibilità di analizzare evoluzioni parallele di un evento, colpi di scena estremi, come la riapparizione di personaggi scomparsi.

Il viaggio oltre che nel tempo a volte può svolgersi anche nello spazio e può avvenire con vari mezzi, tra cui:

• Apposite macchine del tempo
• Rotazione ad elevata velocità
• Ponte di Einstein-Rosen (chiamato anche wormhole, cunicolo spazio-temporale, "tunnel spaziale" o altro)
• Passaggio nel campo gravitazionale di corpi celesti
• Eventi non meglio precisati legati a fenomeni associati ad energia (fulmini ecc.)
• Captazione di onde sonore e visive tramite visori cronologici (cronovisore)
• Sogno (soprattutto nel fantasy e nelle opere precedenti la vera e propria fantascienza)
• Varchi spazio-temporali o "portali" non meglio specificati

In genere i personaggi viaggiano deliberatamente nel tempo, altrimenti possono essere trasferiti inconsapevolmente, creando situazioni di crisi da risolvere. In altre opere si ha il contatto con l'altra epoca/luogo, unidirezionale o bidirezionale, senza spostamento fisico dei protagonisti.