Un fisico ha costruito un «mini-universo» di 24.000 atomi senza orologio esterno, e dentro è comparso un tempo che si ferma quando non succede nulla. Cosa dimostra, e cosa si era visto a Torino

In un laboratorio dell'Università di Birmingham c'è una nuvola di circa 24.000 atomi di rubidio, tenuta sospesa da due fasci laser. È raffreddata quasi fino allo zero assoluto: a meno di un milionesimo di grado.

Una parete di luce sottilissima la divide a metà. Da una parte gli atomi vengono fotografati, dall'altra no. E fra le due parti, avanti e indietro, passano atomi ed entropia.

A giugno i giornali l'hanno raccontata così: un fisico ha costruito un «mini-universo» in laboratorio «per verificare che il tempo esista davvero» (ScienceAlert). Il comunicato dell'università parla di «prima prova sperimentale controllata».

Chi si è iscritto a questa newsletter ha ricevuto dieci storie, e la prima si intitola «Il tempo (forse) non esiste». Era una suggestione. Oggi la riprendiamo con un esperimento in mano e una domanda più precisa: un sistema chiuso può mettere in fila i propri eventi senza guardare un orologio esterno?

In questa newsletter useremo soltanto i paper, anche nella versione precedente alla revisione, e le dichiarazioni dirette dell'autore. Il livello di evidenza è quello di uno studio singolo peer-reviewed: un esperimento di laboratorio che mette alla prova un'idea teorica, non un'osservazione dell'universo.

Il problema: un'equazione in cui il tempo non compare

Nella meccanica quantistica di tutti i giorni il tempo è un parametro esterno: l'orologio appeso al muro del laboratorio.

Nel 1967 Bryce DeWitt pubblica su Physical Review la sua teoria quantistica della gravità. Per un universo finito, scrive, lo stato quantistico può dipendere solo dalla geometria dello spazio: l'etichetta del tempo è irrilevante, e il tempo va ricavato dall'interno (DeWitt, 1967). Per ottenere un universo che sembri evolvere, DeWitt stesso deve introdurre un orologio.

È l'equazione di Wheeler e DeWitt, che non ammette, come la riassume il paper di oggi, «alcun parametro esterno con cui mettere in sequenza i cambiamenti fisici». Se il sistema è l'universo intero, fuori non c'è un muro a cui appendere l'orologio.

Due risposte: le correlazioni e l'entropia

Delle molte proposte per uscirne, due ci servono oggi.

Le correlazioni → Nel 1983 Don Page e William Wootters pubblicano un articolo dal titolo eloquente, Evolution without evolution (Page & Wootters, 1983). L'universo nel suo insieme è fermo, in uno stato stazionario. Ma se lo dividete in due parti, un «orologio» e «il resto», il resto cambia rispetto a quello che segna l'orologio: l'evoluzione nasce dalle correlazioni fra le due parti.

L'entropia → Nel 1994 il matematico Alain Connes e il fisico Carlo Rovelli propongono l'ipotesi del tempo termico: in una teoria che non ha un tempo di fondo, lo scorrere del tempo non è una proprietà universale delle leggi, ma dipende dallo stato termodinamico del sistema (Connes & Rovelli, 1994).

Restava da vederle al lavoro in un laboratorio.

Torino, 2014: due fotoni

Una prima risposta arriva dall'INRiM, l'Istituto nazionale di ricerca metrologica di Torino, con fisici teorici di Pisa e Pavia. Primo autore Ekaterina Moreva; fra i firmatari Marco Genovese, Vittorio Giovannetti e Lorenzo Maccone. Il titolo dichiara già il genere: Time from quantum entanglement: an experimental illustration, un'illustrazione sperimentale (Moreva et al., 2014).

L'universo, qui, è fatto di due fotoni entangled nella polarizzazione. Lastrine di quarzo ruotano la polarizzazione tanto più quanto più sono spesse: così un fotone registra quanto tempo ha passato nel quarzo, e fa da orologio. Un orologio vero, scrivono gli autori, «benché estremamente semplice»: ha solo due letture possibili.

L'esperimento si guarda in due modi.

Da dentro → Chi legge il fotone orologio vede l'altro fotone cambiare in funzione di quella lettura. Per questo osservatore interno, il sistema evolve.

Da fuori → Un «super-osservatore» ricostruisce con la tomografia lo stato della coppia intera, al variare dello spessore delle lastrine. Lo trova costante: la somiglianza con lo stato iniziale resta vicina a uno, a meno delle imperfezioni sperimentali.

Lo stesso stato è fermo visto da fuori e in movimento visto da dentro: il meccanismo di Page e Wootters, in miniatura. Gli autori però mettono un limite netto: l'esperimento «non può discriminare» fra questa e le altre soluzioni proposte per il problema del tempo.

Cosa ha fatto davvero Barontini

Il paper di giugno si intitola Testing the problem of time with cold atoms. Ha un solo autore, Giovanni Barontini, della School of Physics and Astronomy dell'Università di Birmingham. È una Letter, cioè un articolo breve, su Physical Review Research: ricevuta il 25 luglio 2025, accettata il 29 aprile 2026, pubblicata l'11 giugno (Barontini, 2026).

Il materiale è un condensato di Bose-Einstein: circa 2,4 × 10⁴ atomi di rubidio-87 che si comportano come un'unica onda quantistica. Lo tiene una trappola ottica fatta dall'incrocio di due fasci infrarossi. Al centro, una matrice di microspecchi disegna una barriera di luce larga circa 8 micrometri.

La barriera divide il condensato in un settore «chiaro», quello fotografato, e uno «scuro», che non viene osservato. Gli atomi possono attraversarla; per il resto il sistema è isolato, con una dissipazione trascurabile sui circa 100 millisecondi che contano.

Ogni pezzo riceve un nome preso dalla cosmologia.

L'orologio → È la posizione del centro della nuvola, che oscilla avanti e indietro. Proprio per questo non può fare da tempo globale: la stessa posizione torna in momenti diversi.

La grandezza dell'universo → È la larghezza del settore chiaro, che si espande e si contrae. Nei modelli cosmologici semplificati fa la parte del fattore di scala.

Big bang e big crunch → Sono il momento in cui gli atomi entrano nel settore chiaro e quello in cui tornano in quello scuro.

L'entropia → È un'entropia «a grana grossa», ricavata dalle immagini: l'entropia per atomo, stimata con un metodo già pubblicato, moltiplicata per il numero di atomi nel settore chiaro. Quella totale, chiaro più scuro, resta costante entro gli errori.

Con questi pezzi Barontini costruisce un tempo entropico: una grandezza che accumula le variazioni di entropia del settore chiaro mentre l'orologio si sposta. Cresce quando entropia e orologio si muovono nello stesso verso, ed è questo a darle una direzione.

Una precisazione, che è nostra: il laboratorio un orologio ce l'ha. Le immagini sono scattate ogni 2 millisecondi, per 120 millisecondi. La domanda dell'esperimento non è se si possa fare a meno degli orologi, ma se gli eventi del settore osservato si possano rimettere in fila usando soltanto grandezze interne al sistema.

Il tempo che si ferma

Barontini regola l'altezza della barriera, e il paper riporta due casi estremi.

Barriera bassa → Lo scambio fra i due settori è quasi reversibile, e il sistema passa ciclicamente da un big bang a un big crunch. Il tempo entropico corre veloce. Fra un crunch e il bang successivo, però, non ne passa affatto: in quell'intervallo non c'è entropia che si scambia.

Barriera alta → Il settore chiaro scivola verso uno stato stazionario, che il paper chiama la sua «morte termica». Il tempo entropico si ferma del tutto, mentre l'orologio del laboratorio continua a scorrere.

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Il mini-universo non ha bisogno di un parametro esterno per ordinare gli eventi: è il suo stesso flusso di entropia a dire quale evento viene dopo.

Giovanni Barontini, intervista a ScienceAlert, giugno 2026

Infine, Barontini scrive un'equazione di Schrödinger in cui al posto del tempo del laboratorio c'è il tempo entropico. Le soluzioni numeriche riproducono la larghezza misurata della nuvola, per la barriera bassa.

Il paper dichiara i propri limiti: senza flusso di entropia l'equazione «non è ben definita», e il modello si regge su approssimazioni esplicite.

«Prima prova»? Pesiamo le parole

La prima versione, depositata su arXiv nel settembre 2025, aveva un altro titolo: Emergence of entropic time in a tabletop Wheeler-DeWitt universe. E chiudeva il riassunto affermando che il lavoro «convalida sperimentalmente» l'idea che il tempo nei modelli cosmologici quantistici possa non essere fondamentale, ma emergere dai gradienti termodinamici.

La versione pubblicata, dopo la revisione, dice un'altra cosa: questi risultati stabiliscono «un contesto sperimentale controllato in cui le costruzioni del tempo relazionale possono essere messe alla prova in modo quantitativo». Da una convalida si è passati a un banco di prova.

Il comunicato dell'università, del 12 giugno, rialza il tono: «Questo studio fornisce la prima prova sperimentale controllata che il “tempo” può essere definito dai cambiamenti all'interno di un sistema, invece che come il “ticchettio” di un orologio esterno». Nella stessa pagina la frase compare una seconda volta, e lì «prima» diventa «chiara».

Il confronto con Torino aiuta a capire in che senso «prima» regge.

Che cosa fa da orologio → A Torino la polarizzazione di un fotone, con due sole letture. A Birmingham la posizione di una nuvola di migliaia di atomi.

Da dove viene il tempo → A Torino dalle correlazioni quantistiche fra orologio e resto, secondo Page e Wootters. A Birmingham dallo scambio di entropia fra la parte osservata e quella non osservata. Barontini nota la somiglianza con il tempo termico di Connes e Rovelli, e la differenza: quello vale per stati di equilibrio, il suo è dinamico.

La nostra lettura, che dichiariamo come tale: quello di Birmingham è il primo esperimento di questo tipo con un sistema di molte particelle e con un tempo costruito sull'entropia. Non è il primo in cui un tempo nasce dall'interno di un sistema chiuso. Quello era già successo a Torino, con due fotoni, dodici anni prima.

Dal laboratorio a noi: un'interpretazione

Da qui in avanti non parliamo più di dati: facciamo un ponte, e ve lo dichiariamo.

Nel 2014 il fisico Leonard Mlodinow e Todd Brun pubblicano su Physical Review E un articolo teorico, senza esperimenti, sulla freccia psicologica del tempo: il fatto che ricordiamo il passato e non il futuro (Mlodinow & Brun, 2014). La loro tesi è che, dove esiste una freccia termodinamica ben definita, quella della memoria tende ad allinearsi con essa.

Una memoria, sostengono, non deve essere calibrata su un unico stato del mondo e deve resistere a piccole perturbazioni: «Una memoria è una memoria solo se ha la possibilità di ricordare più di una cosa».

Un dettaglio ci ha colpito. Il loro modello di memoria è un recipiente chiuso con due camere e un tornello che conta le particelle che passano. È una coincidenza, ma ricorda la nuvola di Birmingham: due settori, una barriera, e quello che la attraversa.

Tenendo insieme queste idee, ne esce un'immagine: il tempo che misuriamo con le memorie, come quello entropico di Barontini, ha una direzione perché qualcosa si scambia e lascia traccia. È un'estrapolazione nostra, non una conclusione degli autori citati.

Cosa questo studio non dice

Non dice che il tempo è un'illusione. Mostra che una grandezza interna può rimettere in fila gli eventi di un sistema chiuso, mentre l'orologio del laboratorio continua a scorrere.

Non riproduce l'universo. «Mini-universo» è un'analogia con modelli cosmologici molto semplificati: circa 24.000 atomi per poco più di un decimo di secondo, senza gravità.

Non risolve la gravità quantistica. È un banco di prova per alcune idee, non la prova che una di esse sia giusta.

Non spiega il tempo vissuto. Nel paper non c'è nessun cervello e nessuna esperienza: il ponte con la memoria è un'interpretazione.

Non è il primo esperimento in cui il tempo nasce dall'interno. Torino lo aveva illustrato nel 2014, per un'altra strada.

È uno studio singolo, di un solo autore, non ancora replicato. Riporta due altezze della barriera, ne simula una sola e lascia aperto il rapporto con il tempo termico.

Il punto

L'11 settembre, raccontando l'anestesia generale, avevamo descritto il risveglio così: «un buco netto, senza spessore», diverso dal sonno, che invece «lascia una traccia della propria durata». A Birmingham, fra un big crunch e il big bang successivo, il tempo entropico non avanza: non si scambia nulla, e nulla si accumula. È un accostamento nostro, ma in entrambi i casi il tempo manca dove manca una traccia.

Il 31 luglio, con Giorgio Vallortigara, il piccolo ritardo necessario per confrontare due segnali nel cervello poteva corrispondere alla durata minima del «presente» che sperimentiamo, un'idea che risale a William James. Anche lì il tempo vissuto aveva bisogno che succedesse qualcosa.

Poi ci sono le parole. Il 18 settembre avevamo scritto che la fisica quantistica ha ereditato «un vocabolario preso in prestito dalla fantascienza», a partire da «teletrasporto». Qui il prestito viene dalla cosmologia: mini-universo, big bang, big crunch, morte termica. Sono etichette utili, ma restano etichette. Lo stesso vale per «osservato»; il 17 luglio, sulla doppia fenditura, avevamo scritto: «Conta che l'informazione esista nel mondo fisico, non che qualcuno la guardi». Il settore chiaro di Barontini è osservato nel senso più umile possibile: c'è una fotocamera.

La storia del tempo che forse non esiste si può raccontare allora in un altro modo. In una nuvola di atomi, mentre l'orologio del laboratorio batteva i suoi millisecondi, un altro tempo avanzava solo quando qualcosa attraversava una parete di luce. Quando non passava più niente, si fermava.

Forse la domanda giusta non è se il tempo esista. È che cosa debba succedere, perché passi.

A presto,
Il Team di Quantyoum Letters 😊

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Riferimenti

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