O tempo é uma das poucas coisas que consideramos regular e imutável. Mas é realmente tão constante? Vamos dar uma olhada na física do tempo.

É fácil se perder rapidamente na complexidade do tempo. Crédito da imagem: Shutterstock

O tempo é a progressão aparente dos eventos do passado para o futuro. Embora seja impossível definir completamente a natureza do tempo, todos compartilhamos muitas experiências comuns vinculadas ao tempo: As causas levam naturalmente aos efeitos, lembramos o passado, mas não o futuro, e a evolução do tempo parece ser contínua e irreversível.

O TEMPO É RELATIVO?

A teoria da relatividade especial de Einstein revelou que a experiência do fluxo do tempo é relativa ao observador e à sua situação. Anteriormente, o trabalho de Isaac Newton assumia a existência de um "relógio mestre" que mantinha o tempo sincronizado em todo o universo. Este relógio não foi realmente pensado para existir, mas o conceito permitiu que as equações de Newton funcionassem. A ideia-chave era que todos os observadores pudessem concordar exatamente no mesmo momento, de acordo com a Enciclopédia de Filosofia da Internet.

No entanto, com base no trabalho anterior, Einstein descobriu que a passagem do tempo é relativa. Na relatividade especial, os relógios em movimento funcionam lentamente; quanto mais rápido você se move no espaço, mais lentamente você progride no tempo. Quanto mais próximo você chegar da velocidade da luz, maior será esse efeito.

Einstein mostrou em sua teoria da relatividade especial que dois observadores não podem concordar em eventos simultâneos. Isso pode ser entendido por este diagrama. À esquerda, um vagão de trem é mostrado com uma pessoa, Alice, dentro. Alice acende uma luz no meio do vagão e observa feixes de luz chegando nas duas extremidades do vagão ao mesmo tempo, T2. À direita vemos o cenário do ponto de vista de Bob na plataforma enquanto o trem passa com velocidade v. Ele vê os dois feixes de luz emitidos ao mesmo tempo, assim como Alice. No entanto, como o trem está se movendo para a direita, a traseira do trem intercepta primeiro a luz da esquerda, no tempo T1 < T2. Enquanto isso, a luz demora um pouco mais para atingir a frente do trem, o que ocorre no tempo T3 > T1. Da perspectiva de Bob Crédito da imagem: Mark Garlick/Science Photo Library via Getty Images

Nas décadas desde que Einstein propôs esse conceito pela primeira vez, os físicos fizeram várias medições que demonstram esse efeito. Um relógio atômico a bordo de um avião a jato funcionará a uma taxa mais lenta do que um relógio no solo. Para uma partícula subatômica chamada múon não existe tempo suficiente para viajar da atmosfera, onde é gerada quando os raios cósmicos atingem as moléculas de ar, até o solo. Mas como os múons viajam perto da velocidade da luz, eles parecem existir por mais tempo da nossa perspectiva, permitindo que completem sua jornada.

Quando Einstein desenvolveu sua teoria da relatividade geral, ele estendeu esse conceito, conhecido como "dilatação do tempo", para situações envolvendo gravidade. A presença de gravidade forte também retarda a passagem do tempo, então um relógio em um poço gravitacional forte (por exemplo, na superfície da Terra ou perto de um buraco negro) marcará um ritmo mais lento do que um relógio no meio do espaço, de acordo com o físico Christopher S. Baird.

É POSSÍVEL VIAJAR NO TEMPO?

A viagem no tempo para o futuro não é apenas permitida, é obrigatória. De fato, a cada segundo que passa, todos nós estamos avançando em direção ao nosso próprio futuro. O futuro é inevitável, e é impossível escapar. Mas a realidade da relatividade deixa claro que "saltar" no tempo é perfeitamente aceitável.

Se um gêmeo partir em um foguete e passar alguns anos viajando perto da velocidade da luz, quando retornar à Terra, terá envelhecido menos do que seu gêmeo terrestre. Embora apenas alguns anos tenham se passado na espaçonave, décadas ou mesmo séculos podem ter se passado na Terra, dependendo da rapidez com que o foguete viajou, segundo a revista Cosmos. Em um exemplo da vida real, o astronauta da NASA Scott Kelly experimentou alguns milissegundos a menos que seu gêmeo Mark (Scott também é seis minutos mais jovem), graças ao passar mais tempo no espaço, viajando a velocidades de cerca de 28.100 km/h (17.500 mph).

O tempo passa de forma diferente no espaço: Quanto mais rápido você se move no espaço, mais lentamente você progride no tempo. Crédito da imagem: Peter Finch via Getty Images

Mas a viagem no tempo ao passado parece ser proibida, pelo menos em todos os experimentos e observações já feitos. Por um lado, a possibilidade levanta todos os tipos de questões desconfortáveis, como o famoso paradoxo do avô que pergunta o que aconteceria se você voltasse no tempo e matasse seu próprio avô: Você não existiria, então não seria capaz de viajar de volta a tempo de cometer o ato.

Em segundo lugar, não há nenhum mecanismo conhecido na física que permita viajar para trás no tempo. Embora certas situações de viagem no tempo possam ser construídas na relatividade geral, essas situações exigem entidades que parecem não existir em nosso universo (como matéria com massa negativa ou cilindros infinitamente longos).

No entanto, os físicos atualmente não têm uma compreensão completa de por que a viagem no tempo para o passado é proibida.

O TEMPO PODE SER REVERTIDO?

Quase todas as leis e equações que os físicos usam para entender o mundo natural são simétricas no tempo. Isso significa que elas podem ser revertidas sem alterar nenhum resultado. Por exemplo, se você assistisse a um vídeo de uma bola subindo no ar e caindo novamente, sem qualquer outro contexto, você não seria capaz de dizer se o vídeo estava sendo reproduzido para frente ou para trás.

No entanto, há um aspecto da física que parece respeitar um fluxo de tempo: O conceito de entropia, que é uma medida da desordem em um sistema. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia sempre aumenta em um sistema fechado, e essa evolução não pode ser revertida.

Os físicos não sabem se o crescimento da entropia dá origem à "seta" do tempo ou se é apenas uma coincidência, segundo a Stanford Encyclopedia of Philosophy.

O TEMPO É DISCRETO OU CONTÍNUO?

Quase todas as teorias físicas tratam o tempo como um continuum, que também é como percebemos o fluxo do tempo. Não existe a menor "unidade" da passagem do tempo. Todos os eventos fluem suavemente sem interrupção ou soluços para o próximo.

No entanto, uma teoria da gravidade quântica, chamada gravidade quântica em loop, levanta a hipótese da existência de uma menor unidade possível de espaço-tempo. Esta unidade representaria a menor extensão possível de espaço e duração de tempo. Nesta teoria, o que percebemos como tempo liso e contínuo é realmente uma progressão gaguejante e em stop-motion do passado para o futuro. Mas como isso acontece por uma duração tão incrivelmente breve, parece ser contínuo, como os quadros de um filme se misturando, de acordo com um artigo de 1998 do físico Carlo Rovelli na revista Living Reviews of Relativity.

Uma ilustração do conceito da "seta do tempo". Crédito da imagem: NASA/GSFC

O TEMPO É REAL?

Cientistas, filósofos e outros refletiram sobre a natureza do tempo. E embora tenhamos aprendido muito sobre o tempo, como a realidade da dilatação do tempo e a possível conexão entre o tempo e a entropia, não conseguimos apresentar uma descrição completa do que é o tempo.

Alguns filósofos e físicos argumentaram que o que experimentamos como tempo é apenas uma ilusão, um artefato de nossa consciência. Nessa visão, a passagem do tempo não é real; o passado e o futuro já existem em sua extensão completa, da mesma forma que a totalidade do espaço já existe. O que sentimos como o fluxo do tempo é um subproduto da maneira como nossos cérebros funcionam enquanto processamos informações sensoriais de nosso ambiente, de acordo com o físico Sean Carroll.

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RECURSOS ADICIONAIS

• Ouça o venerável podcast "Astronomy Cast" para explorar como avançar no tempo neste episódio.
• O autor do artigo e astrofísico Paul M. Sutter explorou a natureza da viagem no tempo neste episódio de seu podcast "Ask a Spaceman".
• A simetria de reversão do tempo é fundamental para a física, e você pode aprender mais sobre isso nesta palestra gravada fornecido pelo Centro Internacional de Física Teórica.

BIBLIOGRAFIA

• Baird, CS (2013, 24 de junho). O tempo passa mais rápido no topo de um prédio em comparação com a superfície inferior? Perguntas de ciência com respostas surpreendentes. https://www.wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/06/24/does-time-go-faster-at-the-top-of-a-building-compared-to-the-bottom/(abre em nova aba) 
• Callender, C. (2021, 8 de junho). Assimetria termodinâmica no tempo. Enciclopédia Stanford de Filosofia. https://plato.stanford.edu/entries/time-thermo/
• Carroll, S. (2013, 18 de outubro). O tempo é real? https://www.preposterousuniverse.com/blog/2013/10/18/is-time-real/(abre em nova aba) 
• Hunter, J. (sd). Viagem no tempo . Enciclopédia de Filosofia na Internet. Recuperado em 5 de abril de 2022, de https://iep.utm.edu/timetrav/
• O'Connell, C. (2021, 3 de agosto). Viagem no tempo: Cinco maneiras de fazer isso. Cosmos. https://cosmosmagazine.com/science/physics/five-ways-to-travel-through-time/
• Rovelli, C. (1998). Gravidade quântica em loop. Revisões vivas na relatividade, 1 (1). https://link.springer.com/article/10.12942/lrr-2008-5

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Referência:

SUTTER, Paul M. What is time? Live Science, Nova York, 05, abr. 2022. Disponível em: <https://www.livescience.com/what-is-time>. Acesso em: 06, abr. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.