Il problema dello spazio e del tempo

Che cos'è lo spazio?

È un contenitore invisibile nel quale si trovano gli oggetti oppure esiste soltanto come insieme di relazioni tra essi? Continuerebbe a esistere se eliminassimo tutta la materia dall'universo?

E che cos'è il tempo?

È qualcosa che scorre realmente oppure è soltanto un modo di ordinare gli eventi? Esiste soltanto il presente oppure anche il passato e il futuro fanno parte della realtà? Perché ricordiamo ciò che è accaduto e non ciò che deve ancora accadere?

Spazio e tempo sembrano costituire gli aspetti più immediati della nostra esperienza. Ogni cosa si trova in un luogo e ogni evento avviene in un momento.

Eppure, quando cerchiamo di definirli, la loro apparente semplicità scompare.

La fisica classica li considerava scenari assoluti. La relatività li ha riuniti in una struttura dinamica, lo spaziotempo. La meccanica quantistica ordinaria tratta invece il tempo in modo differente rispetto a molte altre grandezze fisiche. I tentativi di costruire una teoria della gravità quantistica suggeriscono perfino che spazio e tempo potrebbero non essere fondamentali.

Il problema non consiste più soltanto nel misurare distanze e durate.

Dobbiamo domandarci che tipo di realtà possiedano lo spazio, il tempo e il divenire.

Il problema del mutamento

Il problema del tempo è strettamente legato a quello del mutamento.

Se nulla cambiasse, il tempo esisterebbe ancora? Se ogni evento fosse immobile, avrebbe senso distinguere un prima da un dopo?

Nella filosofia greca, Parmenide mise radicalmente in discussione la realtà del mutamento. Ciò che è non può provenire da ciò che non è e non può cessare di essere. Il divenire, che ci appare evidente attraverso i sensi, sembrava quindi filosoficamente problematico.

Eraclito, al contrario, attribuiva al mutamento un ruolo fondamentale. La realtà non era una collezione di cose completamente immobili, ma un ordine dinamico attraversato da trasformazioni e tensioni.

Le due prospettive esprimono una tensione che continua nella filosofia del tempo.

La realtà è costituita innanzitutto da enti che persistono oppure da processi che cambiano? Il mutamento avviene all'interno del tempo oppure il tempo emerge proprio dal mutamento?

La fisica moderna formula questi problemi attraverso equazioni, ma non li elimina.

I paradossi di Zenone

I paradossi di Zenone di Elea mostrano quanto sia difficile comprendere il movimento se spazio e tempo sono infinitamente divisibili.

Nel paradosso di Achille e della tartaruga, Achille concede un vantaggio alla tartaruga. Prima di raggiungerla deve arrivare nel punto dal quale essa è partita. Nel frattempo, però, la tartaruga si è spostata. Achille deve quindi raggiungere il nuovo punto, ma la tartaruga avanza ancora.

Il percorso sembra richiedere il completamento di un numero infinito di tappe.

Nel paradosso della dicotomia, per raggiungere una destinazione dobbiamo percorrere prima metà della distanza, poi metà della distanza rimanente e così via senza fine.

Il calcolo infinitesimale permette di mostrare che una serie infinita di intervalli può avere una somma finita. Achille può quindi raggiungere la tartaruga in un tempo determinato.

Ma la soluzione matematica non elimina tutte le domande filosofiche.

Lo spazio e il tempo sono realmente divisibili all'infinito oppure la continuità è una proprietà del modello matematico? Un movimento è costituito da una successione di posizioni istantanee oppure è un processo irriducibile?

Le moderne teorie della gravità quantistica riaprono, in forme differenti, il problema della continuità.

Platone e il tempo come immagine dell'eternità

Nel Timeo, Platone collegava il tempo all'ordine del cosmo.

Il tempo nasce insieme al mondo e costituisce un'immagine mobile dell'eternità. I movimenti regolari degli astri forniscono le misure attraverso le quali distinguiamo giorni, mesi e anni.

L'eternità non è semplicemente un tempo infinitamente lungo. È una dimensione priva di successione, mentre il tempo appartiene al mondo del mutamento.

Questa distinzione influenzerà profondamente la filosofia e la teologia successive.

Dio o le realtà eterne esistono nel tempo oppure fuori dal tempo? Un essere atemporale può agire in un mondo temporale? La creazione è avvenuta in un primo momento oppure coincide con l'origine stessa del tempo?

La cosmologia contemporanea non risponde direttamente a queste domande, ma affronta un problema affine quando si interroga sull'origine dello spaziotempo.

Chiedere che cosa sia accaduto "prima" dell'inizio del tempo potrebbe non avere significato, se il prima presuppone già una struttura temporale.

Aristotele: il tempo come numero del movimento

Aristotele definì il tempo come il numero del movimento secondo il prima e il dopo.

Il tempo non coincide con il movimento, perché movimenti differenti possono essere più rapidi o più lenti. Ma senza mutamento non potremmo distinguere una successione.

Questa concezione collega il tempo ai processi del mondo.

Aristotele sollevò anche una difficoltà: se il tempo implica un conteggio, potrebbe esistere senza un'anima capace di contare?

La risposta non è necessariamente che la mente crei il tempo. Gli eventi potrebbero possedere un ordine misurabile anche senza un osservatore. Ma l'atto di numerare e misurare richiede un soggetto capace di distinguere un prima e un dopo.

Compare così una distinzione destinata a riemergere nella fisica moderna:

• il tempo come struttura oggettiva degli eventi;
• il tempo come grandezza misurata da un osservatore.

Un orologio non produce necessariamente il tempo, ma fornisce un processo regolare attraverso cui confrontare le durate.

La domanda rimane: il tempo esiste indipendentemente dai processi che utilizziamo per misurarlo?

Agostino e il tempo dell'esperienza

Agostino d'Ippona formulò una delle più celebri riflessioni sul tempo.

Quando nessuno gli chiedeva che cosa fosse, gli sembrava di saperlo. Quando cercava di spiegarlo, la risposta diventava difficile.

Il passato non esiste più. Il futuro non esiste ancora. Il presente, se non passasse, non sarebbe tempo ma eternità.

Come possiamo allora affermare che il tempo esiste?

Agostino spostò l'attenzione verso l'esperienza interiore. Il passato è presente come memoria, il futuro come attesa e il presente come attenzione.

L'esperienza temporale implica una sorta di distensione della coscienza.

Questa analisi distingue il tempo fisico dal tempo vissuto.

Un minuto misurato da un orologio ha sempre la stessa durata convenzionale, ma può sembrare brevissimo durante un'esperienza intensa e lunghissimo durante un'attesa dolorosa.

La fisica descrive le relazioni tra orologi ed eventi. Non esaurisce necessariamente il modo in cui il tempo viene vissuto da un soggetto cosciente.

Lo spazio e il tempo assoluti di Newton

Nella fisica di Newton, spazio e tempo possiedono un'esistenza indipendente dai corpi e dagli eventi.

Il tempo assoluto scorre uniformemente, senza relazione con qualcosa di esterno. Gli orologi cercano di misurarlo, ma possono essere più o meno precisi.

Lo spazio assoluto rimane immobile e identico a se stesso. I corpi possono occupare regioni differenti e muoversi al suo interno.

Questa concezione permette di distinguere tra moto relativo e moto assoluto.

Un passeggero può essere fermo rispetto al treno e in movimento rispetto alla stazione. Ma, secondo Newton, dovrebbe esistere anche un significato più profondo del movimento, definito rispetto allo spazio assoluto.

Per sostenere questa idea, Newton ricorse anche all'esperimento mentale del secchio rotante.

Quando un secchio pieno d'acqua comincia a ruotare, inizialmente il recipiente si muove rispetto all'acqua ma la superficie rimane piatta. Successivamente l'acqua acquista la rotazione e la superficie diventa concava.

Quando secchio e acqua ruotano insieme, il loro moto relativo è minimo, ma la concavità rimane.

Newton interpretò questo fenomeno come un argomento a favore della distinzione tra moto puramente relativo e moto vero o assoluto. L'effetto non sembrava dipendere soltanto dalla rotazione dell'acqua rispetto al secchio, ma da qualcosa di più fondamentale che Newton collegava allo spazio assoluto.

Il secchio non costituisce però una dimostrazione definitiva dell'esistenza dello spazio assoluto indipendente da ogni teoria. Mostra piuttosto il problema che una concezione puramente relazionale deve essere capace di spiegare.

Leibniz e la concezione relazionale

Leibniz contestò l'esistenza dello spazio e del tempo assoluti.

Secondo la sua concezione, lo spazio è l'ordine delle relazioni tra gli oggetti coesistenti, mentre il tempo è l'ordine delle successioni tra gli eventi.

Se spostassimo l'intero universo di alcuni metri senza modificare nessuna distanza relativa, non avremmo prodotto una realtà fisicamente differente.

Non esisterebbe infatti alcun osservatore o relazione capace di distinguere la prima configurazione dalla seconda.

Attribuire una differenza reale ai due universi violerebbe il principio di ragion sufficiente: non vi sarebbe alcuna ragione per cui l'universo occupi una posizione assoluta invece di un'altra.

Violerebbe inoltre il principio dell'identità degli indiscernibili: se due configurazioni non differiscono per nessuna proprietà o relazione rilevante, non dovremmo considerarle due realtà distinte.

La discussione tra Leibniz e il newtoniano Samuel Clarke non riguardava soltanto la fisica. Riguardava il tipo di entità che siamo disposti ad ammettere.

Lo spazio è una cosa reale oppure un sistema di relazioni?

La stessa domanda riapparirà nella relatività generale.

Il significato della rotazione

La concezione relazionale deve spiegare fenomeni come il secchio di Newton.

Se non esiste uno spazio assoluto, rispetto a che cosa ruota l'acqua?

Ernst Mach suggerì che l'inerzia e gli effetti della rotazione potessero dipendere dalla relazione tra il corpo e la distribuzione complessiva della materia nell'universo, come le stelle lontane.

Se l'intero universo fosse differente, anche le proprietà inerziali locali potrebbero cambiare.

Einstein fu influenzato da questa idea nello sviluppo della relatività generale. In alcune fasi sperò che le proprietà inerziali e la struttura geometrica dello spaziotempo fossero strettamente determinate dalla distribuzione della materia nell'universo.

La teoria risultante, però, non è integralmente machiana.

Le equazioni di Einstein ammettono spaziotempi dotati di struttura e onde gravitazionali anche in regioni prive di materia ordinaria. La geometria possiede una propria dinamica.

La relatività generale supera lo spazio assoluto di Newton senza ridurre necessariamente lo spaziotempo a un semplice insieme di relazioni tra corpi materiali.

Kant: spazio e tempo come forme dell'esperienza

Kant propose una soluzione differente.

Spazio e tempo non sarebbero proprietà delle cose considerate indipendentemente dalla nostra esperienza. Sarebbero forme a priori della sensibilità, cioè strutture attraverso le quali ogni fenomeno può apparirci.

Lo spazio organizza l'esperienza esterna. Il tempo organizza tanto i fenomeni esterni quanto quelli interni.

Non ricaviamo spazio e tempo dall'esperienza, perché ogni esperienza è già disposta spazialmente e temporalmente.

Secondo Kant, ciò contribuiva a spiegare perché la geometria e alcune conoscenze fondamentali della natura potessero possedere validità universale per il mondo fenomenico.

La nascita delle geometrie non euclidee e la relatività generale hanno messo in crisi l'idea che la struttura geometrica dello spazio fisico debba essere necessariamente euclidea.

Ma non possiamo concludere semplicemente che Einstein abbia confutato Kant.

La filosofia kantiana riguarda le condizioni della conoscenza e non una singola teoria fisica. Alcuni filosofi hanno cercato di reinterpretarla distinguendo le strutture cognitive generali dalle caratteristiche geometriche che devono essere determinate empiricamente.

La relatività mostra comunque che non possiamo identificare senza discussione le forme intuitive dello spazio e del tempo con la struttura fisica ultima del mondo.

Misurare spazio e tempo

La fisica non si limita a definire astrattamente lo spazio e il tempo. Deve stabilire come misurarli.

Una distanza viene misurata attraverso regoli, segnali luminosi o altri processi fisici. Una durata viene confrontata con un orologio, cioè con un sistema capace di produrre una successione regolare di stati.

Gli orologi atomici utilizzano frequenze associate a transizioni atomiche estremamente stabili. Non misurano un tempo separato dalla natura: confrontano processi fisici.

Einstein comprese che la definizione della simultaneità richiede una procedura di sincronizzazione.

Per stabilire se due eventi lontani avvengono nello stesso momento, dobbiamo utilizzare segnali e orologi. Poiché i segnali non si propagano istantaneamente, la simultaneità non può essere semplicemente presupposta.

Questa impostazione presenta un carattere operazionale: il significato delle grandezze è collegato alle operazioni attraverso cui vengono determinate.

Ma la definizione operativa non risolve completamente il problema ontologico.

Sapere come misuriamo il tempo non significa ancora sapere che cosa sia il tempo.

Dallo spazio e dal tempo allo spaziotempo

La relatività speciale mostra che osservatori in moto relativo non concordano generalmente sulle distanze, sulle durate e sulla simultaneità di eventi lontani.

Ciò che un osservatore considera puramente spaziale può contenere una componente temporale per un altro osservatore.

Spazio e tempo non sono quindi strutture indipendenti. Formano lo spaziotempo.

L'intervallo tra due eventi può essere espresso, utilizzando una delle convenzioni di segno più comuni, come:

\[ \Delta s^2= c^2\Delta t^2 -\Delta x^2 -\Delta y^2 -\Delta z^2 \]

Con un'altra convenzione tutti i segni possono essere invertiti, ma il contenuto fisico rimane equivalente.

Le singole misure di spazio e tempo possono cambiare da un sistema di riferimento all'altro, mentre l'intervallo spaziotemporale rimane invariato rispetto alle trasformazioni di Lorentz.

La relatività non afferma che ogni cosa dipenda soggettivamente dall'osservatore. Individua una struttura oggettiva più profonda, comune alle differenti descrizioni.

L'unità fondamentale non è più semplicemente il punto dello spazio associato a un determinato istante di un tempo assoluto. È l'evento, collocato nello spaziotempo.

Il tempo proprio

Ogni corpo materiale segue una traiettoria temporale nello spaziotempo, chiamata linea d'universo.

Lungo questa traiettoria può essere misurato il tempo proprio, cioè il tempo registrato da un orologio che accompagna il corpo.

Due osservatori che partono dallo stesso evento e successivamente si ricongiungono possono aver accumulato durate differenti se hanno seguito traiettorie diverse o attraversato regioni gravitazionali differenti.

Non esiste quindi un unico orologio cosmico valido in ogni situazione.

Ogni linea d'universo di tipo temporale percorsa da un osservatore materiale possiede il proprio tempo proprio.

Per le traiettorie della luce, invece, la struttura è differente: lungo una geodetica nulla il tempo proprio è nullo.

Questo risultato modifica profondamente l'idea del tempo.

Nella fisica newtoniana, gli osservatori percorrono lo stesso tempo universale seguendo traiettorie spaziali differenti. Nella relatività, percorrono traiettorie differenti nello spaziotempo e possono accumulare quantità differenti di tempo proprio.

Il tempo diventa locale e dipendente dalla storia fisica del sistema.

La gravità come geometria

Con la relatività generale, lo spaziotempo non è più uno scenario fisso.

Materia ed energia contribuiscono a determinarne la curvatura, mentre la geometria determina le traiettorie naturali dei corpi in caduta libera e della luce.

La gravità viene descritta non semplicemente come una forza che agisce attraverso uno spazio preesistente, ma attraverso la geometria dinamica dello spaziotempo.

Un pianeta in orbita intorno a una stella, quando possiamo trascurare le forze non gravitazionali, segue una geodetica, cioè una traiettoria naturale nella geometria curva prodotta dal sistema fisico.

Lo spaziotempo può inoltre trasportare onde gravitazionali. La sua geometria possiede gradi di libertà dinamici e può evolvere.

Questa caratteristica suggerisce che lo spaziotempo possieda una realtà fisica che non può essere ridotta a un semplice sistema di coordinate.

Non è soltanto una griglia matematica inventata per descrivere le relazioni. Può curvarsi, supportare onde gravitazionali e influenzare il comportamento dei corpi e della luce.

Ma la teoria conserva anche un profondo carattere relazionale: le coordinate non possiedono significato fisico assoluto e ciò che conta sono le strutture geometriche e le relazioni invarianti tra eventi e campi.

Sostanzialismo e relazionalismo

Il dibattito contemporaneo distingue spesso tra sostanzialismo e relazionalismo.

Secondo il sostanzialismo, lo spaziotempo è un'entità fisica reale dotata di proprietà proprie. Può possedere una geometria anche in assenza di materia ordinaria.

Secondo il relazionalismo, la realtà fondamentale è costituita da eventi, oggetti, campi e relazioni. Lo spaziotempo non è un contenitore autonomo simile a una sostanza materiale, ma una struttura che organizza queste relazioni.

La relatività generale fornisce elementi utilizzabili da entrambe le posizioni.

Le soluzioni di vuoto e le onde gravitazionali mostrano che la struttura geometrica può possedere dinamica anche senza materia ordinaria presente nella regione considerata.

L'assenza di coordinate fisicamente privilegiate e l'importanza delle relazioni invarianti, invece, mostrano che i singoli punti coordinati non possiedono il significato assoluto che avrebbero in un contenitore newtoniano.

Ma né l'uno né l'altro fatto decide automaticamente la disputa.

Si può essere realisti riguardo alla struttura geometrica senza considerare lo spaziotempo una sostanza simile a un oggetto materiale.

Forse la contrapposizione tradizionale è troppo semplice.

Lo spaziotempo potrebbe essere reale senza essere una sostanza nel senso tradizionale. Potrebbe essere una struttura dinamica di relazioni dotata di proprietà fisiche.

Questa posizione viene talvolta collegata al realismo strutturale.

L'argomento del buco

Una delle questioni filosofiche più importanti della relatività generale è il cosiddetto argomento del buco.

Immaginiamo una regione dello spaziotempo nella quale non siano presenti sorgenti materiali. La relatività generale è formulata in modo covariante rispetto a trasformazioni chiamate diffeomorfismi.

Possiamo costruire due rappresentazioni matematiche nelle quali i campi vengono associati ai punti della varietà in modi differenti ma le due soluzioni risultano collegate da un diffeomorfismo.

Se considerassimo ogni punto della varietà spaziotemporale come un individuo dotato di un'identità fisica indipendente da tutto ciò che vi accade, potremmo interpretare queste due rappresentazioni come mondi fisicamente differenti.

Ma nessuna osservazione fisica interna alla teoria permetterebbe di distinguerli.

Una risposta oggi molto diffusa consiste quindi nel considerare fisicamente equivalenti i modelli collegati da diffeomorfismi appropriati.

I punti dello spaziotempo non devono essere trattati necessariamente come individui dotati di un'identità fisica completamente indipendente dai campi e dalle relazioni che li caratterizzano.

Questa posizione viene spesso collegata alla cosiddetta equivalenza di Leibniz.

Il problema ricorda infatti l'argomento leibniziano contro lo spazio assoluto.

Una differenza che non modifica alcuna relazione fisica non deve essere trasformata automaticamente in una differenza reale.

Il dibattito filosofico sul significato preciso dell'argomento, tuttavia, non è completamente chiuso.

Esiste un presente universale?

Nell'esperienza quotidiana sembra esistere un unico presente.

In questo momento alcuni eventi stanno accadendo, altri sono già avvenuti e altri devono ancora verificarsi.

La relatività speciale mette però in crisi l'idea di una simultaneità universale.

Due eventi lontani che sono simultanei per un osservatore possono non esserlo per un altro in moto relativo.

Non esiste un'unica suddivisione dello spaziotempo in superfici corrispondenti allo stesso "adesso" per tutti gli osservatori inerziali.

Questo risultato crea una difficoltà per il presentismo, la teoria filosofica secondo cui esiste soltanto il presente.

Se soltanto gli eventi presenti sono reali, dobbiamo stabilire quali eventi lontani appartengano al presente. Ma la relatività non fornisce una risposta universale indipendente dal sistema di riferimento.

Un presentista può introdurre una struttura temporale privilegiata non direttamente osservabile oppure cercare una formulazione locale del presente. Ma queste soluzioni richiedono elementi concettuali ulteriori rispetto alla struttura più semplice della relatività speciale.

La relatività pone quindi forti vincoli al presentismo, senza trasformarsi automaticamente in una dimostrazione logica della sua impossibilità.

L'eternalismo e l'universo-blocco

L'eternalismo sostiene che eventi passati, presenti e futuri appartengano tutti alla realtà.

Lo spaziotempo può essere immaginato come un blocco quadridimensionale nel quale ogni evento occupa una determinata posizione.

La nascita di una stella, il momento presente e un evento futuro non sono collocati nello stesso punto temporale, ma possono essere ugualmente parti della struttura complessiva.

In questa concezione, il presente non è una proprietà oggettiva universale del cosmo. È collegato alla prospettiva di un osservatore situato lungo una determinata linea d'universo o, più precisamente, al modo in cui un sistema fisico organizza localmente gli eventi.

L'universo-blocco si accorda naturalmente con una lettura geometrica dello spaziotempo relativistico.

Ma solleva una difficoltà evidente:

se passato e futuro appartengono entrambi alla realtà, perché percepiamo il tempo come qualcosa che scorre?

La teoria relativistica descrive l'ordine degli eventi, gli intervalli e le relazioni causali. Non introduce automaticamente una dinamica aggiuntiva attraverso cui un presente oggettivo si muova lungo il tempo.

In alcune letture eternaliste, il carattere del divenire richiede quindi una spiegazione legata alla prospettiva e all'esperienza degli osservatori. Altre concezioni filosofiche cercano invece di attribuire al divenire uno statuto più robusto.

La relatività, da sola, non decide definitivamente questa questione metafisica.

L'universo-blocco implica il determinismo?

L'eternalismo viene spesso confuso con il determinismo o con il fatalismo.

Ma le tre tesi sono differenti.

Il determinismo riguarda le leggi: uno stato completo e le leggi fissano un'unica evoluzione.

L'eternalismo riguarda ciò che esiste: gli eventi appartenenti a tempi differenti fanno tutti parte della realtà.

Il fatalismo sostiene invece, in una delle sue forme, che certi eventi avverranno indipendentemente dalle azioni compiute.

Una teoria indeterministica potrebbe comunque essere descritta attraverso una storia spaziotemporale completa nella quale si realizza uno dei possibili risultati.

Analogamente, il fatto che un evento futuro appartenga alla storia complessiva non rende inutili le nostre decisioni. Le decisioni e le azioni sono parti della struttura causale che conduce a quell'evento.

L'universo-blocco non implica quindi che ciò che facciamo sia irrilevante.

Rende però problematica l'idea che il futuro passi letteralmente dal non essere all'essere.

Il blocco crescente

Una posizione intermedia è la teoria del blocco crescente.

Secondo questa concezione, il passato e il presente esistono, mentre il futuro non esiste ancora. La realtà cresce man mano che nuovi eventi diventano attuali.

Questa teoria conserva un divenire oggettivo e attribuisce realtà al passato.

Ma incontra anch'essa il problema della relatività della simultaneità.

Quale superficie rappresenta il confine tra la parte già esistente e il futuro inesistente? Senza un presente universale, non esiste una frontiera cosmica unica fornita direttamente dalla relatività speciale.

Inoltre, se anche il passato esiste, come possiamo sapere di trovarci sul bordo attuale del blocco e non in una regione passata che contiene ricordi di eventi precedenti?

La teoria cerca di preservare l'intuizione del divenire, ma deve introdurre una struttura temporale ulteriore non facilmente identificabile nella fisica relativistica standard.

Il presente mobile

Un'altra proposta è la teoria del presente mobile o moving spotlight.

Tutto lo spaziotempo esiste, come nell'eternalismo, ma un particolare momento possiede la proprietà aggiuntiva di essere oggettivamente presente. Questa proprietà si sposterebbe, in qualche senso, lungo la dimensione temporale.

La teoria cerca di combinare l'universo-blocco con un passaggio reale del tempo.

Una delle obiezioni classiche chiede però: rispetto a quale tempo si muove il presente?

Se interpretiamo il cambiamento del presente come un vero movimento, sembra possibile introdurre un secondo parametro temporale che descriva tale movimento. A sua volta, potremmo domandarci se anche questo secondo tempo scorra.

Il rischio è una regressione senza fine.

I sostenitori della teoria possono cercare di evitare questa conclusione sostenendo che il passaggio del presente sia una caratteristica fondamentale non riducibile a un movimento nel meta-tempo.

Rimane inoltre il problema relativistico: la teoria deve spiegare quale struttura determini il presente oggettivo se la relatività non individua una superficie universale di simultaneità.

Il fluire del tempo appare intuitivamente evidente, ma è difficile tradurlo in una proprietà fisica fondamentale.

McTaggart e l'irrealtà del tempo

Il filosofo John McTaggart Ellis McTaggart distinse due modi di ordinare gli eventi.

Nella serie A, gli eventi sono passati, presenti o futuri. Queste proprietà cambiano: un evento è prima futuro, poi presente e infine passato.

Nella serie B, gli eventi sono ordinati attraverso relazioni permanenti come "precedente a" e "successivo a".

La nascita di una persona precede sempre la sua morte, indipendentemente dal momento dal quale consideriamo la relazione.

McTaggart sostenne che il vero cambiamento richiedesse la serie A, ma ritenne che essa conducesse a contraddizioni. Concluse quindi che il tempo fosse irreale.

La maggior parte dei filosofi non accetta necessariamente questa conclusione, ma la distinzione rimane importante.

La fisica relativistica descrive con grande precisione strutture affini alla serie B: ordini causali, intervalli e linee d'universo.

Descrive meno direttamente un presente che si sposta e trasforma il futuro in passato.

Il problema del passaggio temporale rimane quindi aperto.

Bergson e la durata vissuta

Henri Bergson distinse il tempo misurato dalla scienza dalla durata vissuta.

Il tempo degli orologi viene diviso in unità omogenee e rappresentato come una successione ordinata. La coscienza sperimenta invece una continuità qualitativa nella quale gli stati si compenetrano.

Una melodia non viene percepita come una serie di suoni completamente separati. Ogni nota conserva il rapporto con quelle precedenti e prepara quelle successive.

La durata non è un contenitore esterno, ma la continuità concreta del vissuto.

Bergson criticava il rischio di "spazializzare" il tempo, trasformandolo in una linea composta da posizioni.

La relatività descrive il tempo fisico attraverso orologi, coordinate e intervalli. Non pretende necessariamente di spiegare l'intera esperienza soggettiva del divenire.

Le due prospettive rispondono a domande differenti.

La fisica stabilisce come confrontare processi e durate. La fenomenologia e la filosofia della mente cercano di comprendere come il tempo venga vissuto.

Confondere i due livelli produce falsi conflitti.

Il presente psicologico

Il presente della nostra esperienza non sembra essere un istante matematico privo di durata.

Per percepire un movimento o una melodia dobbiamo integrare informazioni lungo un breve intervallo. La coscienza conserva tracce immediate del passato e anticipa in qualche misura ciò che sta per accadere.

Si parla talvolta di presente specioso per indicare questa finestra temporale dell'esperienza.

Il presente psicologico non coincide quindi con un punto dello spaziotempo.

La sua esperienza sembra coinvolgere integrazione percettiva, memoria immediata e anticipazione.

Questo può contribuire a spiegare perché sperimentiamo un flusso temporale anche se le equazioni fisiche descrivono relazioni tra eventi senza introdurre un "adesso" universale.

Ma una spiegazione psicologica non risolve necessariamente il problema metafisico.

Dobbiamo ancora stabilire se il passaggio appartenga soltanto alla coscienza o anche alla realtà fisica.

Perché il tempo ha una direzione?

La relatività distingue il passato causale dal futuro causale attraverso la struttura dei coni di luce, ma molte dinamiche fondamentali possiedono simmetrie temporali o forme di reversibilità definite matematicamente.

Se osservassimo il filmato di due particelle che si urtano elasticamente in condizioni ideali, potremmo spesso riprodurlo al contrario ottenendo ancora un processo compatibile con le leggi della meccanica.

Il mondo macroscopico presenta invece una direzione evidente.

I bicchieri si rompono ma non si ricompongono spontaneamente. Il calore passa spontaneamente dai corpi più caldi a quelli più freddi. I gas si diffondono. Gli organismi invecchiano.

Questa direzione viene collegata alla freccia termodinamica del tempo.

Nella descrizione termodinamica macroscopica, l'entropia di un sistema isolato non diminuisce nei processi spontanei. Nella descrizione statistica, questa irreversibilità è collegata all'enorme predominanza degli stati macroscopici di maggiore entropia.

La freccia termodinamica globale viene quindi identificata con la direzione nella quale, per sistemi isolati o per appropriate descrizioni macroscopiche, l'entropia tende statisticamente ad aumentare.

Non significa che l'entropia di ogni singolo sottosistema debba aumentare in ogni istante. Un frigorifero può ridurre l'entropia del proprio contenuto, ma lo fa aumentando l'entropia complessiva dell'ambiente in misura sufficiente.

Entropia e probabilità

L'entropia può essere collegata, nella meccanica statistica, al numero o alla misura dei microstati compatibili con un determinato stato macroscopico.

Un gas concentrato in un angolo di una stanza può evolvere verso una distribuzione uniforme perché esistono enormemente più configurazioni microscopiche compatibili con uno stato diffuso che con uno stato nel quale tutte le molecole sono concentrate in una piccola regione.

Il processo inverso non è impossibile nel senso più assoluto della dinamica microscopica, ma è straordinariamente improbabile per sistemi macroscopici.

La freccia termodinamica emerge così dall'interazione tra dinamica, statistica e condizioni iniziali.

Ma questo sposta il problema.

Perché l'universo primordiale si trovava in uno stato di entropia sufficientemente bassa da permettere una lunga crescita successiva?

La cosiddetta ipotesi del passato assume una condizione iniziale estremamente speciale capace di spiegare la freccia termodinamica osservata.

La direzione del tempo potrebbe quindi dipendere non soltanto dalle leggi, ma anche dalla storia cosmologica e dalle condizioni al contorno dell'universo.

Le diverse frecce del tempo

La freccia termodinamica viene spesso collegata ad altre asimmetrie temporali.

La freccia psicologica riguarda il fatto che ricordiamo il passato e non il futuro.

La freccia causale riguarda il modo in cui, nell'esperienza ordinaria, interpretiamo le cause come precedenti ai loro effetti.

La freccia della radiazione riguarda il fatto che osserviamo normalmente onde che si propagano dalle sorgenti verso l'esterno, non configurazioni finemente organizzate di onde che convergono spontaneamente verso una sorgente.

La freccia cosmologica può essere collegata all'espansione dell'universo, anche se il rapporto tra espansione cosmica ed entropia non è semplice né automatico.

È possibile che alcune di queste frecce siano collegate a condizioni termodinamiche comuni, ma non è necessario assumere che siano tutte identiche o riconducibili in modo banale a un'unica causa.

Molte analisi collegano il carattere temporale delle registrazioni e delle tracce alla freccia termodinamica e ai processi attraverso cui l'informazione viene amplificata e dispersa nell'ambiente.

I nostri ricordi stessi richiedono processi fisici che producono registrazioni stabili.

Il nostro senso del passato potrebbe quindi dipendere, almeno in parte, dal fatto che il mondo contiene tracce di stati precedenti e che la formazione di tali tracce è inserita nella freccia termodinamica.

La violazione della simmetria temporale

Non tutte le leggi fondamentali sono perfettamente simmetriche rispetto all'inversione temporale.

Nelle interazioni deboli sono stati osservati fenomeni che violano la simmetria temporale \(T\), collegati attraverso il teorema CPT alle violazioni di altre simmetrie fondamentali.

Questa asimmetria microscopica è reale.

Non sembra però sufficiente, da sola, a spiegare la freccia termodinamica del mondo macroscopico.

La rottura di un bicchiere, la formazione dei ricordi, la diffusione del calore e l'irreversibilità dei processi quotidiani dipendono soprattutto da condizioni statistiche, termodinamiche e cosmologiche.

Dobbiamo quindi distinguere:

• l'asimmetria presente in alcune interazioni fondamentali;
• l'irreversibilità macroscopica associata alla termodinamica;
• l'esperienza psicologica del passaggio temporale.

Questi fenomeni possono essere collegati, ma non coincidono.

Il tempo cosmologico

La relatività non fornisce un tempo universale valido in ogni possibile spaziotempo.

Tuttavia, i modelli cosmologici utilizzati per descrivere l'universo su larga scala possiedono spesso una struttura particolare.

Se assumiamo che l'universo sia approssimativamente omogeneo e isotropo su scale sufficientemente grandi, possiamo utilizzare i modelli di Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker e definire un tempo cosmologico associato agli osservatori comoventi con l'espansione media del cosmo.

Questo tempo permette di parlare dell'età dell'universo e di ordinare le principali fasi cosmologiche.

Ma non rappresenta un ritorno al tempo assoluto di Newton.

Dipende dalla struttura fisica del nostro universo e dalla scelta della famiglia naturale di osservatori comoventi. Non è uno sfondo esterno e indipendente dalla geometria e dalla distribuzione cosmologica della materia.

La cosmologia può quindi fornire un tempo globale particolarmente naturale in una classe importante di modelli senza ristabilire un tempo assoluto fondamentale valido per ogni possibile situazione.

Il Big Bang e l'inizio del tempo

Nei modelli cosmologici standard, se estrapoliamo all'indietro l'espansione dell'universo mediante la relatività generale classica, raggiungiamo condizioni di densità, temperatura e curvatura estreme.

Nei modelli cosmologici FLRW classici, questa estrapolazione conduce a una singolarità iniziale.

Più in generale, i teoremi di singolarità mostrano che, sotto determinate condizioni fisiche e geometriche, gli spazi-tempi relativistici possono risultare geodeticamente incompleti: esistono traiettorie fisiche che non possono essere estese indefinitamente secondo la teoria classica.

La singolarità non deve essere interpretata troppo semplicemente come un punto ordinario nel quale tutta la materia era concentrata all'interno di uno spazio preesistente.

Il Big Bang non è un'esplosione avvenuta in un luogo particolare dello spazio. Nei modelli cosmologici standard riguarda l'evoluzione stessa della geometria e delle distanze cosmiche.

La presenza della singolarità o dell'incompletezza indica probabilmente che la relatività generale classica non può essere applicata senza modifiche fino alle condizioni più estreme.

Una teoria della gravità quantistica potrebbe sostituire questa descrizione con una struttura differente: un rimbalzo, una fase quantistica, un regime pregeometrico o una situazione nella quale il concetto classico di tempo perde significato.

Non sappiamo quindi se il tempo abbia avuto un inizio assoluto.

Chiedere che cosa sia accaduto "prima del Big Bang" potrebbe essere legittimo in alcune teorie e privo di significato in altre.

La risposta dipende dalla struttura temporale della teoria più fondamentale.

È possibile viaggiare nel tempo?

La relatività generale ammette soluzioni matematiche nelle quali esistono curve temporali chiuse.

Una curva temporale chiusa permetterebbe, almeno nella struttura matematica della soluzione, a una linea d'universo di tipo temporale di ritornare in una regione dello spaziotempo appartenente al proprio passato causale.

Queste strutture compaiono in modelli particolari, come l'universo rotante di Gödel e alcune configurazioni ideali associate a geometrie estreme.

Non sappiamo se possano essere realizzate fisicamente. Possono richiedere condizioni irrealistiche, proprietà della materia difficili da ottenere oppure configurazioni instabili.

Il viaggio nel passato produce inoltre celebri paradossi.

Nel paradosso del nonno, un viaggiatore torna indietro e impedisce un evento necessario alla propria esistenza. Se riesce, non dovrebbe essere esistito per compiere il viaggio.

Una possibile risposta è il principio di autoconsistenza: possono verificarsi soltanto eventi compatibili con la storia complessiva. Il viaggiatore può partecipare al passato, ma non modificarlo in modo da produrre una contraddizione.

Un'altra risposta utilizza storie ramificate o mondi differenti, nei quali l'intervento nel passato non modifica necessariamente la storia dalla quale il viaggiatore proviene.

La fisica non ha dimostrato che il viaggio nel passato sia realmente possibile.

Le soluzioni relativistiche mostrano però che la struttura globale del tempo consentita dalle equazioni può essere molto più complessa dell'ordinaria successione lineare suggerita dall'esperienza quotidiana.

Il tempo nella meccanica quantistica

Nella meccanica quantistica ordinaria, il tempo svolge un ruolo particolare.

Posizione, quantità di moto, energia e spin sono normalmente rappresentati da operatori. Il tempo compare invece, nella formulazione standard, come parametro esterno rispetto al quale lo stato evolve.

L'equazione di Schrödinger è:

\[ i\hbar\frac{\partial}{\partial t}|\psi(t)\rangle = \hat H|\psi(t)\rangle \]

Lo stato cambia rispetto a un parametro temporale \(t\) che viene presupposto dalla teoria.

Questa asimmetria crea una difficoltà quando tentiamo di combinare la meccanica quantistica con la relatività generale.

Nella relatività generale, il tempo fa parte dello spaziotempo dinamico e la geometria stessa è soggetta alle equazioni gravitazionali. Nella meccanica quantistica ordinaria, il tempo è invece generalmente utilizzato come parametro esterno dell'evoluzione.

Come possiamo unificare una teoria nella quale la struttura temporale è dinamica con una teoria che, nella propria formulazione standard, utilizza un tempo esterno?

Questa è una delle radici del cosiddetto problema del tempo nella gravità quantistica.

Le relazioni di indeterminazione energia-tempo

Si parla spesso di una relazione di indeterminazione tra energia e tempo, schematicamente espressa in forme come:

\[ \Delta E,\Delta t \gtrsim \frac{\hbar}{2} \]

Ma il significato di questa espressione non è identico a quello della relazione tra posizione e quantità di moto:

\[ \Delta x,\Delta p\geq\frac{\hbar}{2} \]

Posizione e quantità di moto sono rappresentate, nella formulazione ordinaria, da operatori non commutanti.

Il tempo non è invece generalmente rappresentato da un unico operatore autoaggiunto universale dello stesso tipo.

Esistono diverse relazioni energia-tempo, con significati differenti.

A seconda del contesto, \(\Delta t\) può rappresentare un tempo caratteristico di evoluzione dello stato, la durata di un processo, la vita media di uno stato instabile oppure altre scale temporali.

Non dobbiamo quindi interpretare la relazione energia-tempo come se il tempo fosse semplicemente un'altra osservabile identica alla posizione.

La differenza matematica riflette una difficoltà concettuale più profonda sullo statuto del tempo nella teoria quantistica.

Il problema del tempo nella gravità quantistica

Quando si tenta di quantizzare la relatività generale mediante alcune formulazioni canoniche, si incontra il cosiddetto problema del tempo.

Una delle equazioni centrali della quantizzazione canonica, nella sua rappresentazione schematica, è l'equazione di Wheeler-DeWitt:

\[ \hat H\Psi=0 \]

A differenza dell'equazione di Schrödinger ordinaria, non compare un parametro temporale esterno nello stesso modo.

Nella formulazione canonica che conduce a questa equazione, l'assenza di un tempo esterno analogo a quello della meccanica quantistica ordinaria dà origine a una serie di difficoltà concettuali e matematiche chiamate collettivamente problema del tempo.

Questo non significa necessariamente che l'universo sia realmente immobile.

Può significare che il tempo debba essere ricostruito o emergere dalle relazioni tra parti del sistema.

Una parte dell'universo può funzionare come orologio rispetto al quale descriviamo il cambiamento delle altre.

Il tempo potrebbe quindi essere, in alcune formulazioni, relazionale: non un contenitore esterno all'universo, ma una misura del cambiamento di alcuni gradi di libertà rispetto ad altri.

La difficoltà consiste nel recuperare da questa descrizione il tempo continuo, locale e orientato utilizzato nella fisica ordinaria e nell'esperienza.

Orologi quantistici e tempo relazionale

Un orologio è esso stesso un sistema fisico.

Se tutti i sistemi sono quantistici, anche l'orologio deve possedere uno stato quantistico, essere soggetto a fluttuazioni e interagire con ciò rispetto a cui viene utilizzato come riferimento temporale.

Non possiamo collocare idealmente un orologio perfetto all'esterno dell'universo.

In una descrizione relazionale, possiamo scegliere un grado di libertà come riferimento e descrivere come gli altri cambino rispetto a esso.

Alcune proposte mostrano che un sistema complessivamente descritto da uno stato privo di un tempo esterno può contenere correlazioni interne che, per sottosistemi utilizzati come osservatori o orologi, producono una descrizione effettiva dell'evoluzione.

Questa possibilità presenta un'affinità con l'idea aristotelica del tempo come misura del mutamento e con la concezione leibniziana del tempo come ordine delle successioni.

Ma nella gravità quantistica il problema assume una forma matematica completamente nuova.

Non è ancora chiaro se un'unica nozione di tempo relazionale possa funzionare in ogni situazione o se differenti regimi richiedano differenti nozioni efficaci di tempo.

Lo spazio è continuo?

La relatività generale descrive lo spaziotempo classico mediante una varietà continua.

Tra due punti possiamo inserirne idealmente sempre un altro. Le coordinate e le distanze possono essere suddivise senza limite nel modello matematico.

La meccanica quantistica introduce invece grandezze discrete in numerosi contesti: livelli energetici, spin e altre osservabili assumono valori quantizzati.

Questo non implica automaticamente che lo spazio sia costituito da piccoli blocchi indivisibili.

La lunghezza di Planck,

\[ \ell_P= \sqrt{\frac{\hbar G}{c^3}} \]

vale circa:

\[ 1{,}6\times10^{-35}\ \text{m} \]

Essa identifica una scala naturale costruita combinando la costante di Planck ridotta, la costante gravitazionale e la velocità della luce.

A scale di questo ordine ci aspettiamo che gli effetti quantistici della gravità diventino importanti e che la descrizione classica dello spaziotempo possa non essere più sufficiente.

Non sappiamo però se la lunghezza di Planck rappresenti la più piccola lunghezza possibile o un vero "atomo di spazio".

Utilizzarla come se fosse la dimensione certa dei mattoni fondamentali dello spaziotempo sarebbe una semplificazione non giustificata.

Lo spaziotempo potrebbe emergere

Diverse linee di ricerca suggeriscono che lo spaziotempo classico potrebbe non essere fondamentale.

Nella gravità quantistica a loop, importanti operatori geometrici cinematici, come area e volume, possiedono spettri discreti. Questa discrezione è uno dei risultati più caratteristici del formalismo, ma il suo significato preciso per le osservabili fisiche complete e gauge-invarianti richiede ulteriori precisazioni.

La geometria potrebbe emergere da reti o strutture di relazioni quantistiche.

Nelle teorie delle stringhe, le entità fondamentali non sono semplici particelle puntiformi e differenti descrizioni teoricamente equivalenti possono attribuire significati differenti alla geometria e alle dimensioni spaziali.

Gli approcci basati sugli insiemi causali ipotizzano una struttura discreta di eventi ordinati causalmente.

Alcuni sviluppi legati all'olografia, alla dualità gauge/gravità e all'entanglement suggeriscono che determinate proprietà geometriche possano essere collegate alla struttura delle correlazioni quantistiche.

Nessuna di queste proposte costituisce attualmente una descrizione sperimentalmente confermata e definitiva dello spaziotempo quantistico.

Ma condividono una possibilità filosoficamente radicale:

spazio e tempo potrebbero emergere da una realtà più fondamentale che non è essa stessa spaziale e temporale nel senso ordinario.

Che cosa significa emergere senza spazio?

Dire che lo spazio emerge crea un'apparente difficoltà.

Normalmente un oggetto emerge da componenti collocate da qualche parte. L'acqua emerge dalle proprietà collettive delle molecole, ma le molecole occupano già lo spazio.

Se lo spazio stesso emerge, le entità fondamentali non possono essere semplicemente oggetti più piccoli situati in uno spazio precedente dello stesso tipo.

Potrebbero essere strutture astratte, relazioni, processi o gradi di libertà dai quali la geometria viene ricostruita in un limite appropriato.

Anche il verbo "emergere" può essere ingannevole, perché sembra descrivere un processo temporale.

Se il tempo non è fondamentale, l'emergere dello spaziotempo non deve essere immaginato necessariamente come un evento avvenuto in un momento precedente.

Può indicare una relazione tra livelli di descrizione: una struttura fondamentale non spaziotemporale dà origine, in determinate condizioni, a una descrizione efficace in termini di spazio, tempo e gravità.

La filosofia deve quindi riformulare concetti costruiti all'interno dello spaziotempo quando tenta di parlare di ciò da cui lo spaziotempo potrebbe derivare.

Esistono oggetti o processi?

La concezione dello spaziotempo influenza anche il modo in cui comprendiamo gli oggetti.

Nella visione tridimensionale ordinaria, un oggetto esiste interamente nel presente e continua a essere lo stesso attraverso il tempo.

Questa concezione viene spesso chiamata endurantismo.

Secondo il perdurantismo, invece, un oggetto si estende nello spaziotempo e possiede differenti parti temporali. Una persona bambina, adulta e anziana corrisponde a differenti regioni temporali di un'unica entità quadridimensionale.

La rappresentazione relativistica mediante linee d'universo può essere interpretata naturalmente in senso perdurantista, ma la relatività non decide da sola quale teoria metafisica della persistenza sia corretta.

La nostra esperienza ci presenta oggetti che persistono, cambiano e mantengono una propria identità.

Che cosa rende una persona la stessa attraverso il tempo? La continuità del corpo, della memoria, della coscienza o delle relazioni causali?

Il problema dello spazio e del tempo si collega così al problema dell'identità personale.

Comprendere ciò che esiste significa anche comprendere come qualcosa possa rimanere se stesso mentre cambia.

Il tempo è fondamentale o emergente?

Le principali concezioni possono essere riassunte attraverso alcune alternative.

Il tempo può essere:

• una realtà assoluta che scorre indipendentemente dagli eventi;
• un ordine di relazioni tra cambiamenti;
• una dimensione dello spaziotempo;
• una struttura emergente dalle correlazioni quantistiche;
• una condizione della nostra esperienza;
• una forma del vissuto cosciente.

Queste possibilità non si escludono sempre completamente.

Il tempo fisico misurato dagli orologi può essere una dimensione dello spaziotempo, mentre il senso del passaggio può dipendere dalla memoria e dall'organizzazione della coscienza.

La freccia macroscopica può emergere da condizioni termodinamiche e cosmologiche, mentre la relatività definisce una struttura causale attraverso i coni di luce.

Un tempo classico approssimativo potrebbe emergere da una teoria quantistica più fondamentale.

Il problema nasce quando trasformiamo una descrizione valida a un livello nell'unica realtà possibile.

Lo spazio e il tempo esistono davvero?

La fisica contemporanea non autorizza una risposta semplice.

Lo spazio e il tempo non sono contenitori assoluti nel senso newtoniano.

Le misure spaziali e temporali dipendono dallo stato di moto e dalla gravità. La geometria è dinamica. La simultaneità lontana non è universale. Il tempo proprio dipende dalla traiettoria seguita.

Eppure lo spaziotempo non sembra una semplice illusione.

Possiede struttura causale, curvatura e gradi di libertà fisici. Le onde gravitazionali trasferiscono energia e producono effetti misurabili. Gli orologi accumulano durate realmente differenti lungo percorsi diversi.

In relatività generale, tuttavia, la definizione locale dell'energia gravitazionale è tecnicamente più sottile di quella dell'energia della materia e dei campi non gravitazionali. Non esiste un tensore locale dell'energia gravitazionale completamente analogo al tensore energia-impulso della materia.

Forse la domanda "lo spaziotempo è una sostanza oppure una relazione?" utilizza categorie troppo rigide.

Potrebbe essere una struttura fisica reale, costituita da relazioni dinamiche e capace, forse, di emergere da un livello più fondamentale.

Allo stesso modo, il tempo potrebbe non scorrere come una sostanza, ma ordinare realmente gli eventi e determinare durate differenti lungo differenti storie fisiche.

Dallo spaziotempo alla materia

Nella fisica classica, la distinzione sembrava chiara.

Da una parte esistevano spazio e tempo, il contenitore. Dall'altra esisteva la materia, il contenuto.

La relatività generale ha modificato questa separazione. Lo spaziotempo possiede una dinamica ed è strettamente collegato alla distribuzione di materia ed energia.

La teoria quantistica dei campi complica ulteriormente il quadro.

Le particelle non vengono più descritte semplicemente come piccoli oggetti solidi collocati nello spazio, ma, in molte situazioni, come eccitazioni quantizzate dei campi.

Questa immagine è estremamente potente, ma anche la nozione di particella nella teoria quantistica dei campi richiede cautela. In spaziotempi curvi o per osservatori differenti, ciò che viene interpretato come contenuto particellare può dipendere dalla struttura fisica e dallo stato di moto dell'osservatore.

Anche il vuoto quantistico non è un nulla assoluto. È lo stato di minima energia del sistema di campi in un determinato quadro teorico e possiede una struttura fisica capace di produrre conseguenze osservabili.

Questo non significa che il vuoto debba essere immaginato ingenuamente come uno spazio pieno di particelle che "appaiono e scompaiono" continuamente. La sua struttura è descritta dal formalismo dei campi quantistici.

Se lo spaziotempo può essere dinamico ed eventualmente emergente e se la materia può essere descritta attraverso campi quantistici, la distinzione tradizionale tra contenitore e contenuto diventa sempre meno netta.

Dobbiamo quindi affrontare la domanda che ha accompagnato la filosofia fin dalle sue origini:

di che cosa è fatta la realtà materiale?

Atomi, particelle, campi, energia e vuoto sono entità differenti oppure aspetti di una struttura più profonda?

Dopo aver messo in discussione lo spazio e il tempo, il passo successivo consiste nel domandarsi:

di che cosa è fatta la materia?