Anno IV

Numero 1

Gennaio - marzo 2000

Il significato biologico del tempo nel rapporto spazio-temporale

Pietro M. Boselli

Ogni corpo materiale si trova collocato in una porzione di spazio, la cui estensione è così grande rispetto al corpo stesso da essere considerabile illimitata. La difficoltà esistente nel definire lo spazio risiede nella molteplicità degli approcci e dei punti di vista, così che se volessimo parlare della sua struttura noi lo tratteremmo come un tema matematico, del suo significato nella conoscenza come epistemologico, dell'iter cognitivo col quale l'idea si forma all'interno della coscienza come psicologico, della sua natura come filosofico.

Per tentare di spiegare la struttura dello spazio la geometria euclidea applica due metodi: il primo, detto assiomatico, costituito da punti, rette, piani tra i quali vengono stabilite quelle particolari relazioni sulle quali si fondano gli assiomi o enunciati evidenti e, da questi, i teoremi; il secondo, detto costruttivo, per il quale l'insieme dei punti nello spazio viene considerato come una copia fedele della continuità tridimensionale, descritta tramite le coordinate x, y, z. I due metodi citati non compaiono sulla scena contemporaneamente. Nel mezzo v'è tutta una elaborazione evolutiva del pensiero matematico che, sia pure in accordo con la geometria euclidea, modifica la concezione della struttura dello spazio in funzione delle modalità di misura. Già Aristotele parlava della continuità come di quella prerogativa che permetteva di suddividere una linea continua in porzioni sempre più piccole. L'assioma della continuità si stabiliva di fatto sulla corrispondenza biunivoca tra l'insieme dei punti della retta ed i numeri reali, anche se solo con Cartesio ogni punto potrà essere determinato dalle coordinate x, y, z ossia mediante la distanza dall'origine degli assi. In tal modo la corrispondenza biunivoca verrà stabilita particolarmente tra l'insieme dei punti dello spazio e le terne delle coordinate. Tuttavia la divisibilità illimitata dello spazio, più che provarla, metteva in dubbio la continuità. L'assioma delle rette parallele e la misura delle distanze (le rette parallele si dice non si incontrino mai perché la loro distanza resta costante) saranno compresi solo più tardi, quando il tempo diventerà la quarta dimensione e lo spazio sarà concepito curvo e non più lineare. In tale sistema lo spazio lineare e la geometria euclidea rappresenteranno soltanto un caso particolare.

Nel processo della conoscenza, circa il significato dello spazio, alcuni filosofi come Leibniz hanno identificato la geometria con la verità, altri, come gli empiristi hanno negato la validità dei giudizi analitici nel processo cognitivo e valutato gli assiomi come giudizi a posteriori, scaturiti dall'esperienza. Kant ha tentato di risolvere il conflitto affermando che lo spazio ed il tempo sono intuizioni a priori assolutamente indipendenti dall'esperienza.

L'esame delle correlazioni tra gli stimoli e le sensazioni, le immagini, la percezione dello spazio come occupazione, collocazione, rapporto tra le cose...è stato ed è oggetto di studio da parte della psicologia sperimentale finalizzata alla comprensione dell'itinerario cognitivo. Nel medesimo àmbito l'epistemologia genetica di Piaget ha contribuito a chiarire la formazione cronologica dell'idea di spazio e delle sue relazioni nel bambino.

Anche il tema della natura dello spazio ha occupato la speculazione dei filosofi. Forse già per Platone, ma certamente per Aristotele lo spazio non sarebbe esistito senza la materia. L'evidenza che la materia occupa lo spazio e che lo spazio è fatto, in un certo senso, dalla materia, incoraggiò Aristotele ad affermare che spazio e materia fossero due aspetti della stessa entità. Al contrario, nella concezione atomistica, lo spazio era un contenitore vuoto nel quale si trovano le cose.
Il pensiero newtoniano (che distingue uno spazio assoluto, matematico, privo di relazioni con le cose esterne a sé, da uno spazio relativo, legato alla materia ivi contenuta) implica l'esistenza di un sistema assoluto di riferimento rispetto al quale possono essere definiti tanto lo stato di quiete quanto lo stato di moto dei corpi. 
Qualche secolo più tardi la relatività ristretta metterà in crisi l'indipendenza newtoniana tra lo spazio e la materia e riproporrà in forma del tutto nuova il loro legame. Lo spazio e la materia non sono scindibili perché le dimensioni dello spazio sono inseparabili dalla densità della materia. E tanto più la densità della materia aumenta quanto più la geometria dello spazio si allontana dalla geometria euclidea.




Altrettanto difficile è la definizione di tempo perché la natura del tempo non si è ancora svelata. Eppure non esiste vita, avvenimento, processo che non sia scandito da una irreversibile successione di istanti. Una nozione del tempo è comunque obbligatoria. L'orientamento della freccia del tempo produce l'incertezza del futuro e costituisce un ostacolo insuperabile, una parziale contraddizione del principio di conservazione della vita.

Eraclito, nel VI secolo prima di Cristo, immaginava il processo temporale come un fiume nelle cui acque ci è consentito d'entrare soltanto una volta. Il corso dell'acqua rappresentava sia il movimento univoco del tempo sia il continuo cambiamento della vita. Per Parmenide, invece, l'esistenza della realtà durevole non poteva che negare la possibilità di ogni cambiamento. 
Platone concepiva il tempo come una raffigurazione dell'eternità in movimento, anche se, a quell'epoca, il tempo non era considerato necessario per il moto.
Per gli atomisti il tempo, giacchè eterno, era increato.
Secondo Aristotele il tempo, definito come il numero del movimento secondo il prima e il poi, era un attributo del movimento ma non doveva con quest'ultimo essere confuso.
Soprattutto Platone e Aristotele influenzarono la filosofia medioevale e scolastica. Già Aristotele si era chiesto se mai il tempo potesse esistere senza un'anima o una mente capace di contare (numerare) in contrasto con Platone secondo il quale era proprio l'esistenza del tempo a mettere l'uomo in condizione di numerare. La successione veniva scandita dai moti circolari uniformi dei corpi celesti. La continuità dei moti implicava la continuità del tempo, in analogia alla concezione spaziale, anch'essa sequenziale e perciò suddivisibile in parti sempre più piccole. 
Il pensiero di Galileo, secondo il quale il tempo non è un attributo del movimento in quanto di fatto esiste incondizionato e a priori, anticipa la concezione assoluta del tempo di Newton. E' con l'orologio meccanico, inventato nel Duecento e perfezionato circa quattro secoli dopo dallo stesso Galileo con il pendolo, che il tempo acquista un valore assoluto e trascendente l'esistenza dell'uomo. Poichè nessuno potrà mai esercitare su di esso una qualsiasi azione di controllo, il tempo assurgerà al rango di grandezza fisica fondamentale e verrà trattato come variabile indipendente.
Per Newton il tempo era assoluto, vero, matematico, indipendente da altri eventi. Per i suoi oppositori, invece, consisteva molto semplicemente nell'elemento ordinante la sequela degli eventi. Nella critica della ragion pura Kant sosterrà che né la coesistenza né la successione degli eventi potrebbero essere percepite se la rappresentazione del tempo non fosse ad esse soggiacente. Quindi ogni evento percepibile deve essere causato da qualche evento percepibile avvenuto anteriormente e la successione degli eventi obbedisce esclusivamente ad un ordine causale (teoria causale del tempo).

La concezione del tempo assoluto, pur attraverso critiche e tentativi di aggiustamento, prevalse nel pensiero scientifico fino alla formulazione dei principii della relatività speciale o ristretta ad opera di Einstein. Fino all'inizio dell'Ottocento, la meccanica classica riusciva a spiegare gli eventi accaduti nei sistemi inerziali. Alla fine dell'Ottocento Maxwell introdusse un sistema di riferimento privilegiato, non più inerziale. Ma tutti gli esperimenti orientati a dimostrarne l'esistenza e la validità, fallirono.
Einstein, nei primi anni del Novecento, dimostrò che il vero problema risiedeva proprio nell'uso ingiustificato della nozione di tempo assoluto. Il metodo utilizzato per sincronizzare orologi spazialmente separati (mediante un segnale luminoso inviato da orologi stazionari a loro volta sincronizzati) doveva presupporre la conoscenza della velocità la quale, però, poteva essere ricavata ancora mediante un orologio sincronizzato. Non si poteva cioè uscire da un vizio di tipo circolare. Dalla velocità costante della luce e dal principio della relatività, secondo il quale tutte le leggi fisiche restano immutabili nei diversi sistemi inerziali, Einstein dimostrò la connessione tra lo spazio ed il tempo, la relazione tra le coordinate spazio-temporali di un sistema e quelle di un altro, dunque la relatività intersistemica della simultaneità degli eventi. Non è detto che eventi simultanei in un sistema lo siano anche in un altro. Cessava così la validità della nozione separata e assoluta di spazio e tempo. 
La relatività speciale sembra fornire un sostegno alla teoria kantiana dell'ordine causale del tempo: già lo scorrere del tempo è stabilito dall'ordinamento delle velocità dei segnali. Il legame tra il prima e il poi è molto simile a quello tra causa ed effetto e l'ordine temporale degli eventi causalmente connessi è invariante tanto che un effetto non potrà mai precedere la sua causa.

Al contrario dello spazio che è tridimensionale, isotropo (esteso per così dire in modo uniforme in tutte le direzioni, simmetrico e accessibile), reversibile (recuperabile), il tempo è unidimensionale, anisotropo (ha un sola direzione e quindi è asimmetrico: il passato irrecuperabile si perde per aprirsi ad un futuro così aperto da non potersi prevedere), invariante rispetto la sua stessa inversione (le equazioni che descrivono le leggi fisiche, e che lo contengono, non mutano), irreversibile (non si può ritornare da uno stato finale T2 ad uno iniziale T1 perchè non esiste un processo che porti da T'2 a T'1 , in cui T'2 e T'1 siano rispettivamente identici a T2 e T1 ).





La coscienza del rapporto spazio-temporale è così viva nell'uomo che tutte le forme d'esistenza vi vengono comprese. Ancora oggi possiamo sottolineare, con le stesse parole di Giordano Bruno, la fondatezza della priorità ontologica del tempo e cioè che il tempo è una condizione necessaria dell'esistenza. 
Il modello di uno spazio statico e vuoto e di un tempo assoluto che ne descrive il divenire, cioè l'apparire fenomenologico, è stato il punto di partenza ed il riferimento scientifico costante per molti secoli.
Se la spiegazione degli eventi è completa solo quando siano noti il luogo ed il momento in cui sono accaduti, allora basterà definire il luogo con opportune coordinate ed il tempo utilizzando un fenomeno periodico e contando quanti periodi intercorreranno tra l'inizio e la fine dell'evento.
Possiamo chiederci: esiste un sistema di riferimento assoluto? Ovvero, cambierebbe qualcosa nelle nostre misure se noi le effettuassimo in uno spazio diverso dal nostro (Terra)? E inoltre, siamo certi che la misura dell'intervallo di tempo non dipenda anch'essa dal sistema di riferimento spaziale al quale lo strumento di misura è vincolato ed appartiene ?

La relatività galileiana chiariva che: a) i principii della dinamica classica descrivono i fenomeni meccanici nei sistemi inerziali, b) ogni sistema che trasla rispetto ad un sistema inerziale è anch'esso inerziale: tra tutti questi nessuno è privilegiato ossia non v'è un sistema di riferimento assoluto, c) gli intervalli temporali sono indipendenti dal sistema di riferimento analogamente alla massa di un corpo che si mantiene invariata in qualsiasi sistema inerziale.

Ma, nell'Ottocento, la teoria del campo elettromagnetico unificò l'interpretazione dei fenomeni elettrici, magnetici e ottici mediante un sistema di riferimento assoluto che tuttavia se da un lato si contrapponeva alla relatività galileiana, dall'altro non riusciva ad essere sperimentalmente dimostrato.

Con la relatività ristretta Einstein, nel 1905, enuncia due principii ( 1- le leggi che descrivono i fenomeni elettromagnetici e ottici valgono per tutti i sistemi di riferimento, compresi quelli validi per la meccanica, 2- la luce si propaga nel vuoto con velocità costante indipendentemente dal moto della sua sorgente ) che consolidano il rapporto spazio-temporale e le cui conseguenze sono sintetizzate nella relatività della simultaneità degli eventi e della misura delle lunghezze. Il fatto che due eventi, simultanei per un osservatore, non lo siano affatto per un altro è ampiamente spiegato dalla diversa posizione dei due osservatori e quindi dalla velocità della luce che, per quanto elevata, è finita. Per la misura di una lunghezza, che comporta la valutazione della distanza tra la posizione dei suoi due estremi, occorre la contemporaneità della localizzazione degli estremi, ma quest'ultima varia a seconda che l'osservatore sia fermo o si muova. Lo stesso principio ben si applica alle misure di tempo: dati due osservatori (dei quali uno in quiete e l'altro in moto ma entrambi muniti di un identico pendolo), il periodo di oscillazione del pendolo dell'osservatore in moto apparirà all'osservatore in quiete più lungo (cioè più lento) del proprio.
Con la relatività generale, Einstein introduce tre principi fondamentali:
a) il principio di equivalenza secondo il quale la massa inerziale e la massa gravitazionale sono sempre uguali
b) il principio dell'invarianza delle leggi naturali secondo cui nei campi gravitazionali lo spazio ed il tempo non possono essere misurati con regoli rigidi e orologi semplicemente trasportati sul luogo della misura. Non vale più la geometria euclidea perché lo spazio-tempo è curvo. La curvatura sarà tanto più accentuata quanto più la densità della massa sarà alta.




Anche dal punto di vista biologico lo spazio ed il tempo non sono entità astratte e separate. Possiamo pensare il rapporto spazio-temporale come unitario attribuendo sia allo spazio sia al tempo una caratteristica peculiare, tale per cui risulti possibile affermare che lo spazio sta all'anatomia come il tempo alla fisiologia e alla biochimica, oppure e anche che lo spazio sta alla quantità come il tempo alla qualità della vita. Va precisato però che, in questa unità, v'è una sfumatura importante: lo spazio dell'essere vivente è ormai definito mentre il tempo non lo è affatto. La materia si organizza nello spazio e lo occupa, ma se mai essa dovesse vivere lo dovrebbe fare nel tempo. La materia è il presupposto fisico dell'essere, il tempo quello dell'essere che vive. Senza il tempo può esservi spazio ma non vita (nascere morti). Dunque riemergono, dalla storia del pensiero filosofico e scientifico, la priorità ontologica del tempo (Giordano Bruno), il ruolo essenziale del tempo come variabile indipendente (Galileo Galilei), la relatività della simultaneità degli eventi che poi altro non è che la relatività delle misure (Albert Einstein). Soprattutto della relatività einsteiniana la biologia può avvalersi per una visione sintetica e non più contradditoria della vita. La materia vivente soggiace alle stesse leggi che descrivono i fenomeni fisici in tutti i sistemi di riferimento. Il famoso paradosso dei due gemelli (uno dei quali, partito per un viaggio interplanetario e tornato sulla Terra, troverebbe il fratello molto più vecchio di sè) crolla immediatamente pensando che, sempre per la relatività, le differenti accelerazioni nei diversi sistemi alterano di fatto le misure del tempo realizzate con gli stessi strumenti. Il tempo biologico è in realtà una definizione vuota, perché è e resta ancora il tempo, cioè la misura di un intervallo nel quale si manifesta il fenomeno della vita.
La priorità del tempo, nel rapporto spazio-temporale unitario, sembra acquisita: quando, ad esempio, diciamo che la vita media è aumentata, quando diamo convenzionalmente un termine di tempo per considerare guarito un ammalato.
Ma, contrariamente all'apparenza, quando noi esasperiamo la riduzione dei tempi per lo svolgimento di qualsiasi azione, noi riaffermiamo una sorta di supremazia dello spazio sul tempo (della quantità sulla qualità).
Soprattutto quest'ultima prerogativa della civiltà contemporanea sembra aver inebriato il progresso. Tutto deve essere svolto con la massima rapidità, perché causa ed effetto diventino gli estremi di un intervallo sempre più piccolo, trascurabile, infinitesimo... quasi che questa sia la via per rimediare una vita più lunga ad ogni costo. Traspare solo l'ansia del tempo come incertezza del futuro, perché, non essendone affatto padroni, ci si illude di allungare la vita riempiendola di cose, aumentando la velocità esecutiva delle azioni. Questa simulazione, dall'apparenza mimetica, è biologicamente dannosa. Certo la suggestione è forte. L'idea, ad esempio, di poter partecipare ad eventi importanti e simultanei in differenti parti del mondo sembra conferire alla vita umana attributi sovraumani. 

E' gia stato accennato che l'irreversibilità del tempo rappresenta un parziale ma serio ostacolo alla conservazione. Ogni essere vivente tende alla conservazione di sé con ogni mezzo disponibile. In particolare, attraverso la riproduzione, non potendolo gli individui, le specie viventi cercano di perpetuarsi di generazione in generazione. E' così valido il principio di conservazione che ogni cambiamento, da entrambi i punti di vista filogenetico e ontogenetico, rappresenta un rischio. La stabilità, l'equilibrio, l'immutabilità sono, per il vivente, le condizioni per mantenersi, per durare in eterno. Tanto che le mutazioni genetiche, alla base del grande processo evolutivo, sono rare e casuali e dànno origine a esseri viventi dalle caratteristiche diverse, interpretabili come devianti dalle specie e dagli individui definiti normali (già esistenti e più frequenti). Di tutti questi, soltanto il tempo consente una selezione. Certo i sopravvissuti, più fortunati senza alcun merito, si trovano addosso le caratteristiche idonee per adattarsi alle condizioni ambientali e dunque conservarsi, ma tali processi hanno una precisa collocazione e scansione spazio-temporale. 
Ora, se le mutazioni avvenissero (per mano dell'uomo) non più casuali e disseminate nello spazio-tempo ma tutte concentrate, salterebbe il rapporto unitario spazio-temporale e cesserebbe la selezione naturale che, appunto perché lenta, consente l'esercizio di un efficace controllo col minimo rischio di estinzione della vita.
Se poi le mutazioni indotte fossero sbagliate, ovvero dessero luogo a individui incapaci di sopravvivere in quanto inadatti all'ambiente, non si riuscirebbe più ad effettuare alcun controllo di un processo sì efficace ma accompagnato dalla certezza dell'estinzione della vita. 
Questo rischio non va sottovalutato: l'uomo contemporaneo si spinge spesso ben oltre i limiti delle leggi naturali, a volte giustificandosi con l'intenzione di correggere quelli che egli ritiene errori della natura. Oggi più che si sente in grado e in diritto di poter indurre mutazioni in tutti i viventi in modo diretto. Inoltre utilizza a suo piacimento l'ambiente inanimato riversandovi ogni sorta di agente inquinante potenzialmente mutageno. E resta accerchiato da tutte le conseguenze.




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