La Percezione del Tempo

Stephen Hawking, in una delle sue più affascinanti opere divulgative [1], ha affermato che la freccia del tempo psicologica, ovvero la consapevolezza percettiva della direzione di “scorrimento” degli eventi temporali, è necessariamente orientata con verso concorde a quello della sua omologa termodinamica.

Egli basa la sua dimostrazione sul fatto che qualsiasi sistema di memorizzazione delle informazioni (ad esempio la memoria RAM di un computer o il cervello di un animale) debba spendere una certa quantità di energia al fine di conseguire lo scopo prestabilito e, in accordo al secondo principio della termodinamica, gli elementi deputati allo “stoccaggio” dei dati, una volta completato il processo, degradano parte di questa energia dissipando sotto forma di calore gli scarti del loro lavoro.

Questa condizione, secondo Hawking, rappresenta l’elemento naturale che governa la consapevolezza della direzionalità del tempo; tuttavia, come lo stesso autore ammette, la nostra conoscenza sul funzionamento del cervello umano è ancora troppo misera per poter affermare con certezza che esso funzioni allo stesso modo di una cella di memoria a semiconduttore, anche se è ragionevole supporre che ogni struttura biologica, dal più elementare microorganismo unicellulare all’uomo, sia soggetta alle stesse leggi che governano l’universo. In realtà, anche senza conoscenze approfondite, secondo quanto riportato nella nota 1, è possibile constatare cha la natura evolve sempre verso direzioni privilegiate che conducono inesorabilmente verso l’equilibrio inteso come morte termica, ma il fenomeno della vita sembra non rispettare questa condizione !

In [2] il premio Nobel Erwin Schrodinger afferma che gli esseri viventi mostrano un comportamento opposto a quello sancito dal secondo principio, in quanto essi nascono e vivono mantenendo internamente un livello di ordine e organizzazione estremamente elevato. (Per farsi un’idea basti pensare che il cervello di un uomo giovane contiene circa un centinaio di miliardi di cellule neurali, le quali sono collegate tra di loro da una rete in cui il singolo nodo può contenere anche diecimila (o duecentomila nel caso delle cellule di Purkinje) interconnessioni !)

Schrodinger da buon fisico teorico, per giustificare la stranezza di tale fenomeno avanzò l’ipotesi che gli esseri viventi, pur essendo costretti a degradare energia come ogni altra macchina termica, “assorbano” neg-entropia (ovvero entropia con il segno meno) dall’ambiente per compensarne l’aumento a cui altrimenti andrebbero inevitabilmente incontro. In [2] a pag.123 egli dice: « …Meno paradossalmente si può dire che l’essenziale nel metabolismo è che l’organismo riesca a liberarsi di tutta l’entropia che non può non produrre nel corso della vita. », ovvero, in parole povere, lo scopo primario delle cause della vita non è certo obbedire ciecamente al secondo principio della termodinamica, ma piuttosto di contrastarlo con tutti i mezzi necessari. L’essenza vitale di un essere scaturisce dal continuo rapporto-scontro con le leggi della natura! Alla luce di questa semplice teoria io credo l’affermazione di Hawking non sia del tutto corretta e in questo breve articolo cercherò di spiegare la mia posizione.

Ammettendo che i processi biochimici che regolano il metabolismo cerebrale siano in grado di “rivelare” la direzione naturale del tempo, bisogna anche accettare che la minima attività nervosa sia sufficiente a garantire il contatto costante con la realtà dell’universo. In un certo senso si può affermare, seguendo gli insegnamenti di Immanuel Kant [3], che il tempo, qualunque cosa esso sia, precede sempre l’esperienza e quindi esso deve essere intuito a priori e senza intervento della percezione sensibile. Però, se così fosse, non sarebbe assolutamente necessaria la coscienza, in quanto basterebbe il normale lavoro cellulare del cervello (che può prescindere da tutti e cinque i sensi e manifestarsi anche in una persona in coma) a dare la consapevolezza del susseguirsi dei singoli istanti temporali.

Tuttavia, analizzando la questione dal punto di vista non delle cause ma degli effetti, l’elaborazione e la memorizzazione di informazioni (che rappresentano il risultato dell’attività cerebrale) portano un neonato da un livello di immaturità totale ad un essere adulto sempre più cosciente di sé e dell’ambiente esterno, quindi, in ultima analisi, si può affermare che lo “spostamento” lungo l’asse dei tempi (la vita) guida la ragione e la coscienza verso una direzione che è frutto non della normale tendenza naturale al disordine, ma piuttosto, per dirla come Schrodinger, della continua acquisizione di neg-entropia.

Io credo che l’attività neurale di natura elettrochimica contribuisca alla costruzione di una immagine mentale del tempo che è opposta a quella della freccia termodinamica e che siano le percezioni sensoriali a costringere il cervello ad un “lavoro controcorrente”. In questa maniera il susseguirsi dei singoli campioni di segnali tattili, ottici ed acustici guida l’evoluzione della conoscenza nella medesima direzione che assicura l’aumento costante di entropia, forzando quindi la coscienza a seguire il contenuto informativo del processamento cerebrale il quale acquista coerenza razionale solo se evolve in modo concorde a qualsiasi altro fenomeno naturale.

L’uomo si interfaccia con la natura, la osserva e la rende ambiente privilegiato, ma l’apparenza del moto temporale che ne ottiene non è la conseguenza logica della sua appartenenza alla medesima realtà (in senso condizionale), ma il risultato di un processo di adattamento. Anche se ciò può sembrare poco scientifico, credo che il concetto di tempo, così come le leggi della fisica lo mostrano, sia del tutto estraneo alla mente umana, ed è questo forse il motivo per cui ancora oggi non si riesce a fornire una descrizione adeguata di tale elemento.

Io sostengo, probabilmente per povertà intellettuale, che sia molto più onesto affermare che tutti i risultati matematici inerenti al campo fisico abbiano una dipendenza da una variabile reale che, per ragioni sperimentali e di coerenza, può essere chiamata tempo, ma non esiste alcuna giustificazione razionale al suo utilizzo indiscriminato. Ad esempio, quando in matematica si tracciano diagrammi cartesiani di una funzione del tempo y = f(t) si fornisce un’immagine dell’evoluzione temporale di una grandezza (y) lasciando intendere che sia possibile assegnare qualsiasi valore t appartenente al dominio di f ottenendo così il risultato dell’operazione f(t).

E’ chiaro che questo procedimento perde qualsiasi significato se applicato in campo fisico per la semplice ragione che il calcolo f(t) non potrà mai corrispondere a realtà se non quando effettivamente t assume il valore desiderato. Secondo la visione meccanicistica di Laplace la conoscenza delle leggi e delle condizioni iniziali è sufficiente a predire il futuro, anche se egli stesso si rifugiò nel calcolo delle probabilità quando i problemi divenivano troppo complessi per essere affrontati. (Non è necessario riferirsi a sistemi con qualche numero di Avogadro di particelle: il problema dei tre corpi è già un esempio lampante delle difficoltà risolutive che si incontrano usando un approccio deterministico. Se oltre alla soluzione del sistema di equazioni differenziali si associa la totale incapacità di conoscere le condizioni iniziali e al contorno, l’ostacolo diventa realmente insormontabile).

L’entropia è frutto di tale approccio e, in un certo senso, definisce il concetto di tempo senza riferimento alcuno alla variabile reale t. Non ha importanza quando e come essa vari poiché ciò che è certo è che a fronte di un cambiamento ΔS la mente umana percepisce sempre ciò che usualmente viene definito tempo.

Di conseguenza, tenuto conto che l’obiettivo ultimo della vita è basato sull’organizzazione e sull’ordine nel cervello e che tale risultato scaturisce dall’acquisizione di neg-entropia (-ΔS) si può dedurre che il tempo umano non potrà mai essere rappresentato da una variabile matematica (che per la sua natura scalare non contiene alcuna informazione sulla direzione delle variazioni ed inoltre è perfettamente simmetrica) e la coscienza di esso può manifestarsi in un essere vivente solo a fronte di un cambiamento nelle sequenze percettive, le quali producono un corrispondente incremento nei collegamenti sinaptici tra neuroni e quindi aumentano direttamente la complessità della rete neurale naturale.

In [3], Kant, nell’esposizione trascendentale del concetto di tempo, afferma: « …il concetto del cangiamento, e con esso il concetto del movimento, è possibile solo mediante la rappresentazione del tempo; che se questa rappresentazione non fosse intuizione (interna) a priori, nessun concetto, quale che sia, potrebbe rendere intelligibile la possibilità d’un cangiamento, cioè dell’unione in uno e medesimo oggetto di predicati opposti contraddittori.

Solo nel tempo, ossia una dopo l’altra, possono incontrarsi insieme in una cosa due determinazioni opposte contraddittorie. Il nostro concetto del tempo spiega dunque la possibilità di tante conoscenze sintetiche a priori, quante ce ne propone la teoria generale del moto, che non ne è poco feconda. ».

A questo punto mi chiedo se Kant, certamente a conoscenza del lavoro di Newton, non si sia lasciato influenzare dal fatto che in ogni equazione meccanica compaia implicitamente o esplicitamente la variabile t, senza la quale non è possibile definire alcuna legge oraria di moto e, partendo da questa constatazione, abbia decretato l’esistenza pura e a priori di un’essenza autonoma, assoluta (almeno sino all’avvento della relatività generale di Einstein) ed immutabile chiamata definitivamente tempo.

Non credo che possa esistere una giustificazione accettabile di codesta realtà, nemmeno nelle sagge parole di Kant e non posso che prendere atto, insieme a Schrodinger, che la vita, indipendentemente da qualsiasi legge fisica, si nutre di significanti e di significati e che la freccia del tempo termodinamica la investe in pieno viso senza tuttavia influenzarne l’evoluzione. Può darsi che se un giorno si arriverà alla GTU (Grande Teoria Unificata), ogni costante ed ogni variabile utilizzata acquisteranno un significato preciso che la mente umana potrà comprendere ed accettare senza dover inevitabilmente lasciare dietro di sé un lungo percorso disseminato di fossi e baratri, ma sino ad allora è molto meglio non azzardare ipotesi che solo nell’astrazione della matematica pura possono trovare un’appropriata collocazione logica.

Ma allora come giustificare la sensazione di avanzamento temporale che tutti noi sperimentiamo ogni giorno ? Poco sopra ho detto, forse con troppa arroganza, che sia l’adattamento alla realtà a determinare questa particolare consapevolezza e che quindi, tornando sempre a Kant, essa nasce dall’analisi implicita di un vero e proprio giudizio analitico a posteriori  (esattamente il contrario di quanto affermato in [3]) e , per supportare questa tesi, ho fatto riferimento al continuo processo elaborativo che il cervello (e quindi la mente) opera. Esso punta al raggiungimento di un’organizzazione sempre più fine ed articolata e per fare ciò “combatte” costantemente una battaglia contro l’universo, il quale al contrario corre verso l’equilibrio termico.

Esistono quindi due moti relativi, entrambi nella stessa direzione, ma con versi opposti: l’uomo viaggia su un sistema di riferimento che, senza fare arrabbiare i cosmologi, può considerarsi in moto verso il big-bang, mentre l’universo, secondo le teorie di Friedman, tende, come obiettivo ultimo, ad un probabile big-crunch.

Lo stesso Hawking in [1] si pone il problema del perché la freccia del tempo termodinamica coincide in direzione con quella che segna l’espansione dell’universo e afferma basandosi sul principio antropico che: « …Le condizioni nella fase di contrazione non sarebbero idonee all’esistenza di esseri intelligenti in grado di porsi la domanda: perché il disordine cresce nella stessa direzione del tempo in cui si sta espandendo l’universo ?… », ma in realtà, anche ammettendo che la vita non si sarebbe potuta manifestare se la velocità di espansione fosse stata opposta a quella attuale (collasso), non si può non tenere in conto che l’osservazione intelligente (quale essenza della vita stessa) è frutto proprio di un’ipotetica inversione dell’asse dei tempi che mira all’ordine e non di una naturale tendenza all’aumento di entropia.

E’ vero che tutte le cellule devono obbedire alle leggi della termodinamica e il loro metabolismo è perfettamente analogo al risultato conseguito dalla rete di alimentazione di un circuito elettronico, ma è anche vero che esse hanno costantemente bisogno di una sorgente quasi illimitata (non sarebbe inappropriato parlare di serbatoio) di neg-entropia, la quale non potrebbe aver luogo in un universo in contrazione. In questo senso concordo pienamente con l’opinione di Hawking, ammettendo, nel contempo, che se la freccia del tempo psicologica reale punta in verso opposto a quella termodinamica (la mia posizione), essa deve essere opposta anche a quella cosmologica e quindi, come ho detto prima, il moto del tempo legato all’acquisizione e all’elaborazione di informazioni deve avvenire come se ci si muovesse verso il big-bang.

Naturalmente in assenza di sorgenti di informazione il cervello perde la capacità percettiva del tempo e non è più in grado di concordare nemmeno approssimativamente con un orologio. Un classico esempio di ciò è il sonno: non credo che esista persona capace di stimarne la durata anche se il suo sistema nervoso è rimasto parzialmente attivo (specialmente nelle fasi REM).

Qualora fosse sufficiente “percepire” la freccia del tempo termodinamica per farsi un’idea del susseguirsi di eventi dovrebbe anche essere possibile mantenere un contatto con l’universo anche durante le fasi di perdita parziale o totale di coscienza. Con ciò non voglio dire che un uomo adulto, al risveglio, potrebbe dubitare di essere nel futuro rispetto al momento dell’addormentamento – egli sarà più che certo di aver trascorso un breve periodo della sua vita dormendo -, ma ciò non è una conseguenza del suo metabolismo ma, lo ripeto, dell’abitudine a vivere in una realtà che obbedisce al secondo principio della termodinamica.

D’altronde, come fa notare Julian Barbour (cfr. nota 3), il cervello è un macchina basata essenzialmente su un tipo di processamento seriale (solo in riferimento allo stesso flusso di dati) e, di conseguenza, i singoli “fotogrammi mentali” si succedono in una serie ordinata che rispecchia i movimenti naturali. Inoltre i canali percettivi, come gli occhi, hanno un potere risolutivo temporale limitato; se, ad esempio, si mostrano ad una persona due immagini in rapida successione, esiste un limite inferiore allo scarto minimo al di sotto del quale non si è più in grado di distinguere quale delle due figure è apparsa per prima. In codeste situazioni il cervello interpreta il risultato operando una sorta di soppressione effettiva del tempo !

Da un punto di vista fisico i due fotogrammi sono temporalmente spaziati e il processo che li rende visibili è senza dubbio in accordo con il secondo principio, ma l’apparenza (e quindi la percezione) lo viola senza alcuna remora. Anche i neuroni impegnati nella “cattura” delle informazioni spaziali e cromatiche si nutrono di energia e producono materiali di scarto, ma il risultato non cambia in alcun modo. E’ allora possibile affermare che basta il metabolismo a giustificare la direzionalità del tempo ?

Se fosse così, a prescindere dalle capacità risolutive, si dovrebbe avere sempre la certezza che un’immagine è posteriore o anteriore ad un’altra, anche senza riuscirne a carpire il messaggio trasmesso. Inoltre in [6] i due autori riferiscono di recenti ricerche in campo neuroscientifico che hanno svelato nuove importanti realtà funzionali del cervelletto: « …Nel 1989, Richard B. Ivry e Steven W. Keele dell’Università dell’Oregon hanno notato che i pazienti che presentavano danni cerebellari non erano in grado di quantificare con precisione la durata di un particolare suono, o il tempo intercorso tra due suoni vicini… ».

Nello stesso articolo gli scienziati espongono il punto di vista più corretto (e moderno) riguardo a quest’organo e la sorpresa maggiore scaturisce dal fatto che tutti gli studi confermano la grande partecipazione attiva del cervelletto nell’operazioni percettive. Secondo quanto ho precedentemente esposto, gli eventi spazio-temporali vengono finemente analizzati ed elaborati dal cervello (con l’importantissimo ausilio del cervelletto) e se questi, per ragioni patologiche non riescono a svolgere il loro lavoro correttamente, l’interpretazione delle variazioni nel dominio del tempo (ma non solo) viene fortemente penalizzata.

Ancora una volta l’attività trofica dei neuroni, in quanto elementi computazionali, perde quella priorità informativa (in relazione alla percezione cosciente del tempo) che spetta solo ed esclusivamente al processamento delle informazioni in ingresso.

In virtù di quanto affermato sono altresì convinto che un neonato non abbia alcuna capacità intrinseca di valutare la differenza che sussiste tra passato e futuro e questo non perché il suo livello intellettivo è ancora troppo limitato (al massimo ciò potrebbe essere un ostacolo per la comprensione e per l’espressione verbale), ma perché la sua esperienza è minima.A partire dal suo primo istante di vita extra-uterina, il bambino inizia ad osservare l’evoluzione dei fenomeni, in particolar modo quelli che lo interessano in prima persona; ad esempio egli pian piano si rende conto che la sensazione della fame esiste prima di aver succhiato il latte, subito dopo egli raggiunge un livello di appagamento soddisfacente e smette di piangere. La sua percezione del tempo comincia a modellarsi sulla base dell’ordine naturale che esiste nella categoria degli stimoli fisiologici e, lentamente si sviluppa estendendo “l’universo conosciuto” al mi(-a)crocosmo che lo circonda.

Tuttavia dicendo queste cose non vorrei che la mia posizione apparisse come un’implicita tendenza allo spiritualismo; io sono del parere che la mente, ovvero l’effetto più manifesto e straordinario della vita, sia il risultato (misterioso) dell’attività cerebrale, la quale obbedisce alle medesime leggi che regolano il comportamento della materia, tuttavia a differenza di una montagna, di una stella o di un pianeta, un uomo sviluppa le sue capacità con una sorta di intenzionalità che prescinde dalle condizioni iniziali e al contorno.

Al contrario l’universo, pur essendo descritto da rigorose relazioni matematiche, non può percorrere alcuna traiettoria nello spazio-tempo se prima non vengono definite accuratamente le condizioni iniziali. D’altronde ciò non dovrebbe stupire più di tanto perché nel calcolo infinitesimale la soluzione di un’equazione differenziale acquista unitarietà soltanto nel contesto di un cosiddetto problema di Cauchy.

E’ chiaro allora che l’uomo non può essere “modellato matematicamente” in questa maniera perché altrimenti si rischierebbe di pensare ad esso come un mero automa programmato per conseguire determinati scopi, cadendo inevitabilmente sotto il peso delle critiche sollevate da moltissimi filosofi (tra cui John Searle dell’Università della California) contro una visione algoritmica della mente (tesi dei Churchland); di conseguenza, se si ammette il libero arbitrio in senso lato (che distrugge ogni possibilità di pensare l’attività cerebrale come un programma per calcolatore) si deve anche ammettere che lo stesso concetto di legge (nella sua accezione più formale) perde ogni generalità in questo contesto.

Esiste quindi una risposta soddisfacente alla domanda: cos’è il tempo ? Sinceramente non lo so, ma credo che un ruolo fondamentale nella definizione di questa grandezza sia giocato proprio dall’informazione che, insieme alla massa, all’energia e alla carica elettrica, costituisce un ingrediente essenziale non soltanto per la vita, ma piuttosto per l’esistenza dell’intero universo. Tenuto conto che nella definizione di dato informativo è implicitamente contenuto il concetto di sequenza, mi sembra abbastanza naturale associare la variabile t proprio all’esplorazione della suddetta sequenza. In sintesi possiamo dire che gli esseri umani percepiscono l’esistenza di informazioni e, grazie all’apparato sensitivo, riescono ad “impossessarsi” di esse; nel compiere quest’operazione (anche involontaria) viene fuori spontaneamente il risultato del lavoro sequenziale/parallelo cerebrale che, fisicamente e matematicamente parlando, possiamo definire tempo.

Per coincidenze ancora del tutto ignote esiste una relazione sperimentale tra la variazione di grandezze fisiche impercettibili e il continuo in evoluzione in cui noi tutti ci troviamo a dover vivere. Forse un giorno anche questo mistero sarà svelato !

Riferimenti Bibliografici

    1. Hawking S., Dal Big Bang ai buchi neri, BUR, Rizzoli
    2. Schrodinger E., Che cos’è la vita ?, Adelphi
    3. Kant I., Critica della ragion pura, Laternza
    4. Bridgman P. W., La critica operazionale della scienza, Boringhieri
    5. Rizzo F., Valore e valutazioni, Franco Angeli
    6. Bower J., Parsons L., Rivalutare il “cervello minore”, Le Scienze 9/03
    7. Oliverio A., Prima lezione di neuroscienze, Laterza
    8. Dennet D., La mente e le menti, BUR, Rizzoli

 

Condividi questa pagina: