Edgar Rubin, uno psicologo danese, fu il primo a studiare sistematicamente il fenomeno figura-sfondo.
Nel percepire un campo visivo, alcuni oggetti assumono un ruolo di primo piano mentre altri passano in secondo piano. Il campo visivo è così suddiviso in due parti principali ma non è possibile osservare sia la figura e lo sfondo nello stesso tempo.
Per gli psicologi della gestalt, lo sfondo è ciò con cui la figura è in relazione per potere emergere; è la condizione percettiva che consente la dominanza della figura. Osserviamo l’immagine in basso (figura 1)
Se osserviamo un oggetto nello spazio circostante, esso è figura, l’aria che lo circonda è sfondo. Chiamiamo lo sfondo che delimita i corpi materiali: spazio virtuale. Chiamiamo la figura dei corpi: spazio sostanziale. L’interazione figura/sfondo genera una quantificazione dello spazio. Osserviamo l’immagine in basso (figura 2). Percepiamo tre figure (palline) che si stagliano sullo sfondo.
Ogni pallina è un quantum spaziale delimitato dallo sfondo. A loro volta, le palline delimitano lo sfondo. Lo spazio virtuale tra una pallina e l’altra è la “distanza”.
Sappiamo che la fisica è la scienza che studia i fenomeni naturali, al fine di descriverli misurandone le proprietà (o grandezze) e stabilendo tra queste relazioni matematiche (leggi).
Soffermiamoci sul concetto di “misura di grandezze”. Supponiamo di voler misurare la grandezza di un corpo unidimensionale, per esempio un segmento. Per compiere questa misurazione utilizziamo un metro. Lo accostiamo al segmento e ne osserviamo la lunghezza (figura 3).
La misurazione spaziale è un confronto, in cui lo strumento di misura è un riferimento fisso. Qualsiasi oggetto vogliamo misurare, utilizziamo sempre lo stesso riferimento fisso. In questa circostanza misuriamo la grandezza del segmento rispetto all’unità di misura.
Il metro, che funge da unità di misura, deve essere uno spazio quantizzato, cioè uno spazio in cui interagiscono più figure che si stagliano sullo sfondo. Nel caso del metro le figure sono punti adimensionali posti a distanza uguale l’uno dall’altro.
Chiamiamo “reticolo unidimensionale spaziale” l’insieme dei punti su una retta ideale che fraziona lo spazio virtuale in parti uguali. Il reticolo unidimensionale spaziale è l’unità di misura dello spazio. Il reticolo è spazio discontinuo. Con esso misuriamo il continuum spaziale del segmento.
Osserviamo l’immagine in basso. Il reticolo, costituito da punti materiali equidistanti l’uno dall’altro (discontinuum spaziale), ci consente di misurare la grandezza del segmento (continuum spaziale) (figura 4).
Il metro è costituito da un insieme di reticoli. Quando utilizziamo il metro, possiamo eseguire la misura in mm, cent, dm, dam, ecc.
Il continuum spaziale può essere la grandezza di un corpo oppure la distanza tra un corpo e l’altro. Anche per misurare distanze utilizziamo reticoli. Con un reticolo possiamo misurare la distanza tra due punti materiali. Utilizziamo, in questa circostanza, un metro frazionato da centimetri. Nell’immagine in basso è illustrata la misurazione in centimetri della distanza tra due punti materiali. I due punti materiali distano 4 cm. Questa misura avviene in uno spazio unidimensionale (figura 5).
Supponiamo di voler misurare la grandezza di un corpo bidimensionale, per esempio un rettangolo. Per misurare questa grandezza utilizziamo due metri, uno per ogni dimensione, ambedue ripartiti in centimetri (figura 6).
L’interazione figura/sfondo (spazio virtuale) ci consente di definire il concetto di punto direzionale. Il punto direzionale è una figura adimensionale da cui si diramano direzioni. Le direzioni sono spazio virtuale. Il punto direzionale è anche il centro delle direzioni possibili.
Le direzioni possibili dipendono dalle dimensioni dello spazio virtuale su cui si staglia il punto materiale. In uno spazio unidimensionale sono possibili due sole direzioni virtuali contrapposte partendo dal centro (punto adimensionale). Possiamo designare le due direzioni contrapposte come sinistra/destra (figura 7).
Le direzioni contrapposte con un reticolo spaziale unidimensionale ci consentono di misurare la posizione direzionale di un punto materiale rispetto al centro (2 cm a destra) (figura 8).
In uno spazio bidimensionale, le direzioni virtuali contrapposte sono due: sinistra/destra e sopra/sotto (figura 9)
Le direzioni contrapposte con un reticolo spaziale bidimensionale ci consentono di misurare la posizione direzionale di un punto materiale rispetto al centro (1,5 cm sopra; 1,8 cm a destra) (figura 10).
Il tempo si differenzia dallo spazio per la sua dinamicità. Il tempo è dinamico, cioè scorre; lo spazio è statico.
L’interazione figura/sfondo ci ha consentito di differenziare il continuum spaziale dal discontinuum spaziale. Ci ha consentito, inoltre, di definire lo strumento di misura come spazio discontinuo e, infine, ci ha consentito di definire il punto direzionale. Per quanto concerne il tempo, piuttosto che partire dall’interazione figura/sfondo, ci sembra più opportuno e intuitivo partire dall’interazione presenza/assenza. La figura temporale possiamo considerarla come una “presenza”. Lo sfondo temporale possiamo considerarlo come “assenza”. Nei termini “presenza” “assenza” è, infatti, implicito il concetto di tempo. Un accadimento, per esempio una fiamma nel camino, è figura temporale per il tempo della sua presenza. Questo tempo è delimitato temporalmente dall’assenza di fiamma. L’assenza precede e segue la presenza.
Lo spazio, misurato col reticolo spaziale, è statico. Il tempo, invece, è dinamico. Il dinamismo temporale è uniforme, scorre, cioè sempre allo stesso modo. Per misurare lo scorrere uniforme delle durate, occorre un reticolo temporale. Lo scorrimento del tempo è unidimensionale con due direzioni contrapposte. In virtù del suo scorrere, il reticolo temporale è costituito da un istante direzionale (centro), da cui si diramano due direzioni contrapposte: passato e futuro (prima/dopo); il centro è il presente figura 11).
Per misurare il continuum temporale occorre un reticolo temporale dinamico. Esso si costruisce istante per istante.
Anche il tempo quantizzato del reticolo (discontinuum temporale) può essere meglio definito con la dicotomia presenza/assenza. Supponiamo di osservare una pulsar, cioè una sorgente radio pulsante (stella di neutroni). Essa emette radiazioni elettromagnetiche a intervalli regolari. La pulsar può essere utilizzata come strumento di misura del tempo, cioè come reticolo temporale. La radiazione pulsante è presente o assente. L’intervallo temporale tra una pulsazione (presenza) e l’altra, scandisce il tempo frazionandolo. Chiamiamo “istante” il punto direzionale, le pulsazioni della stella sono un susseguirsi d’istanti.
Uno strumento di misura del tempo può anche essere un metronomo. La presenza/assenza è data dal battito sonoro del metronomo. Ogni battito è presenza; il discontinuum temporale è scandito da questi battiti. Ogni battito è un istante (punto direzionale).
Nel reticolo dinamico temporale, l’istante iniziale della misurazione è istante “0”. Nell’istante 1 (presente), l’istante 0 è nel passato mentre l’istante 2 è nel futuro. Nell’istante 2 (presente), gli istanti 0 e 1 sono nel passato, l’istante 3 è nel futuro, ecc. (figura 12).
I reticolo spaziali sono costituiti da punti adimensionali posti a distanze uguali. Più reticoli spaziali formano un sistema. Il sistema metrico decimale è formato da innumerevoli reticoli spaziali.
I reticoli temporali sono istanti (“presenze”), che avvengono a intervalli regolari. Più reticoli temporali formano un sistema. Il sistema sessagesimale è formato da innumerevoli reticoli temporali.
Lo spazio, oltre che statico, può anche essere dinamico. Un oggetto, per esempio, può ingrandire o rimpicciolire. Lo spazio dinamico è lo spazio/tempo. Mentre il tempo scorre uniforme, l’oggetto ingrandisce o rimpicciolisce.
Un dinamismo spazio/temporale studiato dai fisici è il movimento dei corpi. Un punto materiale in moto si può definire come continuum spazio/temporale (dinamico). Il continuum spazio/temporale concernente il moto dei corpi non è uniforme. Il moto dei corpi, infatti, può variare con l’accelerazione o la decelerazione. Per misurare il continuum spazio/temporale variabile del moto dei corpi si utilizza sia il reticolo temporale, sia il reticolo spaziale.
Il reticolo spaziale, come già scritto, è statico mentre il reticolo temporale è dinamico. Il reticolo spazio/temporale è anch’esso dinamico, proprio come il tempo. Nel reticolo spazio/temporale le presenze si susseguono ordinatamente nel tempo e nello spazio. Ciò vuol dire che sia l’intervallo temporale sia l’intervallo spaziale tra una presenza e l’altra è di uguale grandezza.
Supponiamo di posizionare lampade a dieci metri di distanza l’una dall’altra. Facciamo sì che esse lampeggino una dopo l’altra nell’intervallo di un secondo. Abbiamo, in tal modo costruito, un reticolo spazio/temporale. Il lampo di luce, infatti, è la nostra presenza. Esso si attiva a intervalli regolari spaziali (dieci metri) e temporali (un secondo). Chiamiamo nodo il punto spazio/temporale di presenza (figura 13).
Per misurare le durate si utilizzano gli orologi. L’orologio è un complesso meccanismo che genera reticoli spazio/temporali. Due lancette girano (di moto rettilineo uniforme) su un quadrante. Il quadrante è costituito da due reticoli spaziali. Le lineette, che frazionano il quadrante, formano questi reticoli spaziali. Una lancetta, quando si sovrappone a una lineetta, segna il nodo spazio/temporale. Nella costruzione degli orologi è fondamentale che l’intervallo tra un nodo spazio/temporale e l’altro sia uguale. Occorre, infatti, rispettare lo scorrere uniforme del tempo.
Nella fisica classica (di Newton e Galilei) i movimenti sono un continuum spazio/temporale. Un corpo materiale si muove percorrendo lo spazio della scena, in un continuum spazio/temporale. Per misurare questo continuum spazio/temporale, misuriamo indipendentemente lo spazio percorso e il tempo di percorrenza. Utilizziamo, a tal proposito, un reticolo spaziale e un reticolo temporale.
Immaginiamo due corpi materiali che si muovono ambedue di moto rettilineo uniforme alla velocità costante di 1 metro il secondo. Non riscontriamo alcuna differenza tra il moto dell’uno e il moto dell’altro.
Nella meccanica quantistica accade qualcosa di diverso. Il movimento è quantizzato, avviene, cioè, sotto forma di un reticolo spazio/temporale. La particella di energia salta da un punto all’altro generando un reticolo spazio/temporale.
Osserviamo l’immagine in basso. Si tratta di una rappresentazione dell’onda elettromagnetica. Soffermiamoci sulla componente elettrica. L’onda elettrica può essere descritta come un susseguirsi nello spazio/tempo di vortici di energia. Abbiamo un vortice di energia positiva (cresta, moto orario) seguito da un vortice di energia negativa (ventre, moto antiorario) L’energia positiva è presente in un punto dello spazio tempo poi è assente e riappare in un altro punto dello spazio/tempo lungo una precisa direzione spazio/temporale. Il movimento dell’onda elettrica è quantizzato. E’, cioè, costituito da punti spazio/temporali (presenze) intervallati da assenze (figura 14).
Nel loro diffondersi nello spazio in ogni direzione, l’onda elettrica e l’onda magnetica si muovono per salti spazio/temporali. Ambedue le onde descrivono un reticolo spazio/temporale direzionale.
Il movimento per salti spazio/temporali è diverso dal movimento come continuum spazio/temporale. Come abbiamo già scritto, due corpi della fisica classica che si muovono di moto rettilineo uniforme alla stessa velocità descrivono due moti indistinguibili l’uno dall’altro. Ciò non accade nel movimento per salti delle particelle quantistiche. Due particelle quantistiche che si muovono di moto rettilineo uniforme, cioè alla stessa velocità, possono descrivere reticoli spazio/temporali diversi. Infatti, l’intervallo spazio/temporale tra un salto e l’altro può variare, pur mantenendosi costante la velocità.
Il punto spazio/temporale in cui è presente la particella carica di energia positiva (o negativa) è un “nodo”. Il movimento a velocità costante dell’onda elettromagnetica può generare nodi più diradati o più fitti. Più fitti sono i nodi, maggiore è l’energia.
Per misurare il tempo in modo più preciso possibile, si è deciso di prendere, come campione di tempo, il periodo di oscillazione delle onde luminose emesse da un atomo di cesio 133 in una particolare transizione atomica. Infatti, il periodo di oscillazione delle onde luminose emesse da un atomo dipende solo dalle sue proprietà atomiche, che sono ritenute immutabili. Nell’immagine in basso è illustrato il numero di oscillazioni dell’atomo di cesio in un secondo (figura 15).
L’oscillazione dell’atomo di cesio, analogamente a quella di tutti gli atomi, però, non si mantiene costante. Essa dipende dalla gravità. Due atomi di cesio soggetti a una diversa gravità oscillano a intervalli spazio/temporali leggermente diversi. Ciò provoca il fenomeno definito “dilatazione gravitazionale del tempo”. La dilatazione gravitazionale del tempo è l’effetto per cui il tempo dell’orologio atomico scorre a differenti velocità in regioni di diverso potenziale gravitazione; minore è il potenziale gravitazionale (più vicino al centro di un oggetto massivo, per esempio sulla superficie terrestre), più lentamente scorrono gli orologi. Ciò significa che i nodi spazio/temporali, per effetto della gravità, tendono a dilatarsi. Si dispongono, cioè, ad una distanza spazio/temporale maggiore. Maggiore è la gravità, maggiore è la dilatazione dei nodi spazio/temporali. A un maggiore distanziamento dei nodi corrisponde una maggiore dilatazione il tempo.
Sulla Stazione Spaziale Internazionale, con un alto potenziale gravitazionale (lontano dal centro massivo) un orologio scorre velocemente. Albert Einstein, in origine, previde questo effetto nella sua teoria della relatività e da allora è stato confermato dalle prove della relatività generale.
Ciò è stato dimostrato osservando che gli orologi atomici, a differenti altitudini (e perciò a diverso potenziale gravitazionale), mostrano alla fine tempi differenti. Gli effetti rilevati in tali esperimenti sono estremamente piccoli, con differenze misurate in nanosecondi
Il tempo assoluto di Newton è il tempo del sistema sessagesimale. Si tratta di un tempo ideale, formato da innumerevoli reticoli, nel quale gli istanti si susseguono uniformemente nanosecondo per nanosecondo, microsecondo per microsecondo, secondo per secondo, minuto per minuto, ecc.. Questo tempo ideale è invariabile. Scorre inesorabilmente allo stesso modo in qualsiasi situazione fisica. Questo tempo assoluto è utilizzato come sistema di riferimento funzionale a misurare ogni durata nel mondo fisico.
Il tempo di Einstein fa parte dei reticoli spazio/temporali strutturati in nodi delle radiazioni elettromagnetiche. Questo tempo è relativo, perché l’intervallo spazio/temporale tra un nodo e l’altro dipende dalla gravità. Maggiore è la gravità, più grande è l’intervallo spazio/temporale tra un nodo e l’altro e più dilatato è il tempo. Il tempo relativo di Einstein, usato come strumento di misura delle durate, relativizza ogni durata di qualsiasi evento. Una passeggiata in pianura e un’analoga passeggiata su un altopiano, misurate con l’orologio atomico, durano tempi diversi.