Da sempre siamo abituati a pensare al tempo che scorre in una sola direzione: dal passato verso il futuro. Le nostre giornate, i ricordi, la crescita, la vita stessa sembrano obbedire a questa regola ordinata e irreversibile. Eppure, la fisica quantistica, quel ramo della scienza che descrive il comportamento delle particelle più piccole dell’universo, continua a mostrarci che la realtà è molto meno lineare di quanto crediamo.
Nel 2024, un gruppo di ricercatori dell’Università di Toronto ha condotto un esperimento che ha lasciato molti fisici a bocca aperta. Hanno inviato un fascio di luce, una sequenza di fotoni, attraverso una nube di atomi freddi. Ebbene, misurando il tempo impiegato dai fotoni per attraversare il materiale, hanno scoperto che in certe condizioni sembravano “uscire” prima ancora di essere completamente “entrati”. Il risultato, descritto nel preprint Experimental evidence that a photon can spend a negative amount of time in an atom cloud (arxiv.org/abs/2409.03680), è stato definito “tempo negativo”.
A prima vista sembra assurdo. Ma quello che gli scienziati hanno osservato non è una violazione delle leggi della fisica, bensì una conseguenza di come la luce si comporta a livello quantistico. Quando un’onda luminosa attraversa un materiale, le sue componenti (diverse frequenze e fasi) interferiscono tra loro. È un po’ come ascoltare un coro in cui alcune voci arrivano leggermente prima e altre dopo, creando un effetto complessivo che può sembrare anticipare la melodia. In fisica si chiama ritardo di gruppo: è una misura media, non un tempo assoluto. In particolari condizioni di risonanza, questa media può assumere un valore negativo, proprio come la media dei voti può essere “sotto zero” se si scelgono le unità di misura in modo diverso.
Non c’è quindi nessuna informazione che viaggia nel passato, ma il fenomeno ci ricorda che il tempo, in meccanica quantistica, non è una linea retta come quella di un orologio, bensì una rete di probabilità. Come ha scritto Scientific American nel dicembre 2024 (“Evidence of Negative Time Found in Quantum Physics Experiment”), a livello subatomico gli eventi non avvengono uno dopo l’altro in modo deterministico: convivono in una sovrapposizione di stati possibili, che la misura fa poi “collassare” in un ordine apparente.
Un altro esperimento, condotto con i computer quantistici di IBM, ha mostrato un aspetto complementare di questa storia. In un lavoro pubblicato su Nature Scientific Reports e disponibile su PMC, un gruppo di ricercatori è riuscito a “invertire” l’evoluzione di un sistema quantistico. Hanno impostato i qubit (le unità base dell’informazione quantistica) in modo che seguissero le stesse leggi fisiche ma in senso opposto, come se si volesse riavvolgere un microscopico frammento di realtà. In termini semplici, è come se un bicchiere rotto tornasse intatto, ma solo per qualche miliardesimo di miliardesimo di secondo, e solo all’interno di un computer dove tutto è sotto controllo.
Naturalmente, nessuno di questi esperimenti consente di mandare un messaggio al passato o di cambiare eventi già accaduti. Ma ciò che rivelano è ancora più interessante: a livello più profondo, le leggi della natura sembrano non distinguere davvero tra avanti e indietro nel tempo. Le equazioni che descrivono le particelle funzionano perfettamente sia in un verso che nell’altro. È solo quando interviene l’entropia (la tendenza naturale del disordine ad aumentare) che compare il tempo in una sola direzione. È la stessa ragione per cui il latte, una volta versato nel caffè, non può più separarsi da solo e ritornare nel contenitore: non è vietato dalla fisica, ma è estremamente improbabile.
In questo senso, la freccia del tempo non è una legge universale, ma una conseguenza statistica. Su scala macroscopica, tutto tende al disordine e il tempo sembra scorrere in un’unica direzione. Ma su scala quantistica, dove le probabilità e le interferenze dominano, il concetto di “prima” e “dopo” diventa più sfumato.
Queste scoperte non aprono la strada ai viaggi nel tempo, ma offrono una prospettiva più profonda sulla struttura dell’universo. Il passato, il presente e il futuro potrebbero essere diverse manifestazioni di un’unica realtà, come le pieghe di un tessuto che si muove e si deforma. Comprendere il tempo non significa solo capire come scorre, ma scoprire che forse non scorre affatto: è la nostra percezione, alimentata dall’entropia e dal disordine crescente, a dare forma a ciò che chiamiamo “adesso”.
Ogni volta che una certezza scientifica viene messa in discussione non si perde terreno, ma se ne guadagna. Il tempo, che da sempre scandisce la vita dell’uomo, può essere considerato oggi come una grande illusione ordinata, un effetto emergente di un mondo invisibile dove tutto può essere reversibile. Capirlo non lo rende meno affascinante, ma infinitamente più profondo.
• Angulo, D. et al., Experimental evidence that a photon can spend a negative amount of time in an atom cloud, arxiv.org/abs/2409.03680
• Scientific American (2024): “Evidence of Negative Time Found in Quantum Physics Experiment”, scientificamerican.com
• Physics World (2024): “Negative time observed in photon–atom interaction”, physicsworld.com
• Nature Scientific Reports / PMC (2019): “Arrow of time and its reversal on the IBM quantum computer”, pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6416338
