Il concetto di tempo ha subito una forte evoluzione nel corso della storia ed è stato al centro dell'investigazione filosofica prima ancora che scientifica. É in questo senso legittimo dire che l'avvento della relatività einsteiniana rappresenti un cruciale spartiacque per tale concetto. Infatti, nella fisica per-einsteiniana il concetto di tempo maggioritario nella comunità scientifica era di fatto quello newtoniano. L'arena dei fenomeni fisici era governata da un tempo assoluto ed ideale (un concetto che potremmo definire platonico). Con Einstein e la sua relatività speciale le cose cambiarono profondamente dato che essa introdusse il concetto di spazio-tempo come entità fisica unificata e comportò l'abbandono del concetto di simultaneità assoluta.

Per capire il punto possiamo usare un esperimento ideale.  Immaginatevi su una banchina ferroviaria mentre, su un treno di fronte a voi, c’è un vostro amico/a. Il treno si muove a velocità costante v. Assumiamo che sulla banchina, a distanze uguali da voi, si trovino due flash fotografici al fosforo e che essi siano azionati quando il vostro amico sul treno vi passi esattamente di fronte. Per quanto vi riguarda, potrete confermare che i segnali luminosi sono stati emessi simultaneamente semplicemente controllando sul vostro orologio che i tempi impiegati da essi per raggiungervi siano uguali e misurando, con un metro, che effettivamente i flash, ormai bruciati, siano equidistanti da voi. Se due segnali luminosi, che propagano alla stessa velocità c, vi sono arrivati in tempi uguali da punti equidistanti si può dedurre che essi devono essere stati emessi nello stesso instante. Bene, ora però chiediamoci cosa avrà osservato il vostro compagno/a.  Assumiamo a priori, come fece Einstein, che la velocità della luce sia indipendente dal sistema di riferimento. In questo caso la persona sul treno osserverà che la luce del flash verso il quale sta viaggiando arriverà prima di quella emessa dal flash dal quale si sta allontanando. Assumiamo inoltre che la persona sul treno possa verificare l’equidistanza dei flash da lui/lei al momento dell’emissione, ad esempio osservando la posizione delle due bruciature sulla carlinga del treno dovute alla combustione di flash. In base a queste osservazioni, il vostro amico/a dedurrà che i due eventi simultanei per voi (l’emissione luminosa dai due flash sulla banchina) non lo sono stati per lui/lei, dato che i due segnali luminosi gli sono arrivati in tempi diversi se pur emessi da punti inizialmente equidistanti da lui/lei.

Ovviamente per situazioni realistiche rilevare tali differenze nella nozione di simultaneità implica il poter fare una misura di alta precisione, ma il concetto fondamentale dovrebbe essere comunque chiaro: due eventi simultanei in un sistema di riferimento (la banchina della stazione) non lo sono per un osservatore in sistema di riferimento in moto rispetto ad esso (il treno in moto alla velocità v).  Non vi è quindi un presente assoluto (ovvero indipendente dal sistema di riferimento di chi osserva) né tanto meno passato e futuro assoluti. La loro apparente indipendenza dal sistema di riferimento è soltanto una conseguenza della straordinaria grandezza della velocità della luce.

Ma c’è di più: se si rigettata la possibilità di definire una simultaneità assoluta, si deve anche abbandonare l’idea di uno spazio e di un tempo distinti, e infatti, le trasformazioni che in relatività speciale legano le coordinate tra sistemi di riferimento, “mischiano” spazio e tempo con la conseguenza che anche le misure di lunghezze ed intervalli temporali sono dipendenti dal moto relativo dell’osservatore rispetto all’oggetto osservato. Vediamo quindi che per la relatività speciale l’unica realtà fisicamente rilevante è lo spazio-tempo come una singola entità.

Ora la sua domanda sembra far riferimento esattamente a questa dipendenza dal sistema di riferimento del concetto di simultaneità. Quando però si tenta di applicare questo concetto a diverse parti del nostro universo non ci si può fermare alla relatività speciale, che ci permette di legare tra loro le osservazioni di sistemi di riferimento inerziali. Piuttosto è necessario un ulteriore balzo concettuale e il ricorrere all'intuizione della relatività generale.

Il punto è che diverse parti del nostro Universo non sono descrivibili  come sistemi inerziali rispetto al nostro. L'Universo si espande e la sua espansione è sempre più rapida. L'incessante azione della forza di gravità è ineludibile in qualsiasi considerazione a livello cosmologico. Come cambia questo il concetto di tempo? Lo cambia, e di molto, tanto che nel puro ambito della relatività generale il concetto stesso di tempo sembra perdere significato. Infatti, la relatività generale prevede, tra i possibili spazio-tempi compatibili con le sue equazioni, vari esempi nei quali non vi è una ben definita orientazione dello scorrere del tempo (si pensi ad esempio al cosiddetto universo di Goedel o a universi con wormholes). Le cosiddette macchine del tempo non sono solo un'ipotesi fantascientifica ma un’opzione aperta dalla relatività generale.

Forse un'analogia può essere utile in questo senso. Si immagini di avere un pacchetto di fotografie di una scena con più attori. Ogni foto rappresenta un istante, quello che potremmo dire un presente. La fisica pre-relativistica di fatto prevedeva che ci fosse un unico modo di ordinare tali fotogrammi, un'unica risma di foto per descrivere la scena.  La relatività speciale ci fece capire che invece sono possibili varie versione della stessa scena, ovvero diversi sistemi di riferimento inerziali tra loro che avrebbero descritto la stessa scena (ad esempio un’azione di una partita di calcio) con diversi fotogrammi. La relatività generale ci dice invece che a causa della distorsione dello spazio-tempo associato alla forza di gravità non solo si possono avere diverse risme di fotogrammi per la stessa scena ma addirittura in casi estremi nessun ordinamento temporale complessivo è possibile.

In conclusione, il quadro concettuale che emerge dalla vertiginosa costruzione einsteniana è quello di uno spazio-tempo come un “unicum” inscindibile, un “block universe”, dove tutto “è” e nulla “diviene”, una concezione della realtà paradossalmente non dissimile da quella già immaginata secoli prima da Parmenide e Sant’Agostino. In questa prospettiva è la nostra percezione limitata e fallace di soggetti biologici a darci un senso del divenire o forse essa è ascrivibile ad una proprietà intrinseca dell'universo in cui viviamo (la sua espansione). Citando  le parole di Einstein nella sua lettera alla famiglia del suo consigliere ed amico Michele Besso in occasione della morte di quest’ultimo, “… ha lasciato questo strano mondo un poco prima di me. Questo non significa nulla. Gente come noi, che crede nella fisica, sa che la distinzione tra passato, presente e futuro non è altro che un’ostinata illusione”.

É questa la fine della storia del tempo? Ovviamente no. La presenza di spazio-tempo paradossali come quelli con macchine del tempo è probabilmente solo l'ennesimo indizio che la relatività generale è una teoria incompleta e che una sua versione quantistica è quanto mai necessaria per dare predizioni realistiche in situazioni come queste. L'idea più accreditata in tal senso è che l'unificazione da venire della relatività generale con la meccanica quantistica mostrerà l'impossibilità delle macchine del tempo e forse sarà capace di reintrodurre una qualche forma di ordinamento temporale ben definito per la realtà. Ma questa è una storia ancora da scrivere…