A fórmula do tempo

Na sociedade em que vivemos, estamos sempre olhando para o relógio. Colocamos um alarme para um horário específico, acordamos, tomamos café da manhã e vamos para o trabalho para começar em um horário específico. Passamos oito horas e voltamos para casa. Em casa descansamos alguns minutos e vamos buscar nossos filhos na escola, pois eles saem em um horário específico.

Baseamos toda a nossa vida no tempo e nas horas. Organizamos nossas vidas em torno desse conceito.

Mas... O que é o tempo?

Isso realmente existe ou nós o inventamos?

Bom, acontece que tempo é um conceito muito complicado de definir. Físicos de todo o mundo tentam dar definições. No entanto, ainda não entendemos realmente o que é.

Hoje tentaremos dar uma visão do tempo sob diferentes pontos de vista da física moderna. Começaremos com a mecânica clássica, continuaremos com a mecânica estatística e a mecânica quântica e finalmente terminaremos com a relatividade geral de Einstein.

Você quer descobrir os mistérios que o tempo guarda?

Avançar!

A mecânica clássica são as leis físicas que derivam dos três princípios de Newton. A segunda lei de Newton diz-nos que a força é igual à derivada do momento linear em relação ao tempo, o que equivale a dizer que a força é igual à aceleração vezes a massa.

Neste referencial teórico o tempo é considerado um valor absoluto, o que ocorre da mesma forma para todos os observadores.

Além disso, as fórmulas da física clássica têm simetria temporal. Ou seja, as equações são cumpridas da mesma maneira, quer o tempo avance ou retroceda.

Na física clássica usamos o tempo para calcular velocidades, acelerações ou posições através das equações de movimento.

É um número simples que inserimos em nossas equações para fazer cálculos. O tempo é absoluto, linear (corre em uma direção e é reversível).

Na verdade, este conceito de tempo é o que está mais enraizado na nossa sociedade. O tempo acontece igual para todos.

Encontramos nossos amigos em um horário específico, pois sabemos que o tempo passa igual para todos nós e que se em um determinado horário estivermos no mesmo lugar, compartilharemos aquele ponto do espaço-tempo e poderemos ir tomar uma cerveja e conversar.

Mas será que o tempo é realmente absoluto? Ou é simplesmente um produto da nossa mente onde nos lembramos do passado e esquecemos o futuro, tendo uma falsa sensação do presente e uma ilusão da fluidez do tempo.

Vamos continuar nossa busca...

As equações matemáticas não dizem nada sobre o significado do tempo. Eles são aplicáveis ​​tanto para avançar no tempo quanto para trás.

Porém, a nossa intuição nos diz que um copo quebra, mas não se regenera, ou que um cubo de açúcar se dissolve no café, mas uma vez descartado, o cubo não se converte novamente. Portanto, parece que existe apenas um significado.

É aqui que entra em ação a segunda lei da termodinâmica ou também conhecida como flecha do tempo, que postula que a entropia do universo sempre aumenta.

Mas... O que é entropia?

Bem...

Este conceito também é difícil de definir, pois não representa nenhuma magnitude palpável em nosso cotidiano.

Em institutos e universidades de todo o mundo, a entropia é definida como desordem. Ou seja, quanto maior a entropia, maior a desordem. Portanto, poderíamos redefinir a segunda lei da termodinâmica como a de que o universo sempre tende à desordem.

Pessoalmente, não gosto muito desta definição. Prefiro a definição usada pelo famoso físico teórico Leonard Susskind em suas apresentações (você pode vê-las no YouTube). Ele define entropia como o grau de desinformação que temos sobre um sistema.

Por exemplo, antes de quebrar, um vidro tem todos os seus átomos dispostos de uma maneira específica. Quando o vidro cai e quebra, os componentes que o compõem podem assumir diversas posições.

Portanto, o grau de informação acessível sobre quando ele está quebrado é muito menor, pois existem muitas maneiras pelas quais o vidro pode ser quebrado, mas apenas uma maneira de ele ficar inteiro.

A entropia, no final das contas, é um conceito probabilístico. Desordem significa que um sistema pode assumir muitas conformações diferentes, aumentando os graus de liberdade do sistema e diminuindo a quantidade de informação que podemos obter dele.

Tomemos outro exemplo: quando a água está no zero absoluto, suas moléculas ficam completamente imóveis, dispostas de uma só maneira. Neste caso, suas moléculas só podem ser encontradas em uma posição e o sistema está completamente “ordenado”, portanto sua entropia é zero.

Porém, se aumentarmos a temperatura, as moléculas de água começam a se mover, então as posições em que as moléculas podem ser encontradas são muitas, ou seja, existem muitos microestados do sistema. Isso faz com que o grau de desinformação no referido sistema aumente, aumentando assim a entropia.

Em suma, o conceito de entropia estabelece uma seta temporal. Marque quais eventos ocorrem em nosso universo e a direção deles.

No século XX chegou uma das teorias mais revolucionárias de todos os tempos: a teoria da relatividade geral, formulada por Albert Einstein.

A relatividade geral é muito complexa de entender em profundidade, pois faz uso de matemática complexa, como álgebra tensorial ou geometria diferencial.

Não te preocupes!

Tentaremos dar alguns vislumbres desta bela teoria.

A relatividade geral introduz o conceito de espaço-tempo. O espaço-tempo pode ser visualizado como uma estrutura que inclui três dimensões espaciais e uma dimensão temporal.

Essa estrutura espaço-tempo pode ser deformada pela matéria e é exatamente isso que as equações da relatividade geral relacionam: de quanta matéria preciso para poder deformar o espaço-tempo?

Portanto, o tempo não é algo linear e fluido, mas existe como um bloco e o futuro e o passado são simplesmente uma ilusão nossa. Tudo aconteceu e está acontecendo ao mesmo tempo.

Na verdade, hipotéticos buracos de minhoca são portais que nos levariam de um ponto a outro no tempo, podendo ir ao passado ????

Além do mais, a relatividade geral também nos diz que nos pontos onde há maior gravidade, o tempo passa mais devagar.

Você já viu o filme Interestelar?

A certa altura do filme, eles pousam em um planeta muito próximo do enorme buraco negro Gargantua. Chegando lá ele encontra o Dr. Miller, que estava preso anos atrás naquele planeta.

No entanto, a gravidade é tão alta naquele planeta que para a Dra. Miller só se passaram algumas horas desde que ela ficou presa naquele planeta.

No entanto, para o resto das pessoas, já existia há anos.

O tempo passou de forma diferente para ela!

Assim que recuperam o Dr. Miller, eles retornam ao navio onde o outro tripulante os esperava.

Para o tripulante da nave, passaram-se cerca de 20 anos, enquanto para o resto do planeta de Miller foram apenas algumas horas!

Uma hora no Miller equivalia a sete anos na nave-mãe Endurance.

Este é apenas um filme, mas esse fato é real.

Na verdade, você sabia que seus pés são mais jovens que sua cabeça, pois a força da gravidade é maior nos pés à medida que estão mais próximos do centro da Terra?

Aqui chegamos à grande conclusão: o tempo é relativo.

Sim, sim, o tempo é relativo e não absoluto como se acreditava anteriormente.

A relatividade especial de Einstein nos diz que dois observadores em movimento relativo vivenciam o tempo de maneira diferente.

O que isto significa?

Vamos dar outro exemplo!

Imagine que você está na plataforma de uma estação de trem e no momento em que um trem passa (sem parar) em alta velocidade, dois raios caem ao mesmo tempo. Para você, um raio caiu imediatamente. Porém, para um observador dentro do trem, primeiro um caiu e depois o outro.

Quem tem o motivo?

A verdade é que ambos...

Não existe realidade absoluta. Existe uma realidade para cada observador. Dois eventos que para você podem ser simultâneos, para outra pessoa podem não ser. A simultaneidade é relativa.

A relatividade especial também nos diz que quanto maior a nossa velocidade, mais lento o tempo passa. Isto foi verificado usando os relógios mais precisos que existem: relógios atômicos.

Se deixarmos um relógio atômico no solo e outro no avião, quando o avião pousar veremos que aquele que deixamos no solo mostra que passou mais tempo do que aquele que estava no avião.

Este é outro facto que afirma o poder da relatividade especial e que o tempo não é absoluto. Cada observador tem seu tempo.

Ok, aceito que é demais...

Descanse um pouco porque ainda não contamos a coisa mais incrível...

O que a mecânica quântica nos diz sobre o tempo? Você vai pirar...

Quero contar a vocês sobre um experimento que me deixou sem palavras quando o descobri. Este experimento é chamado de apagador quântico de seleção atrasada.

É um pouco difícil de explicar, mas tentarei fazer o melhor que puder.

Você se lembra do experimento da dupla fenda proposto inicialmente por Thomas Young?

Vamos resumir:

No experimento da fenda dupla, uma fonte de elétrons é lançada através de uma fenda dupla. Se usarmos um dispositivo para medir de qual das duas grades o elétron sai, veremos que os elétrons se comportam como uma partícula. Porém, se não medirmos a posição do elétron, o que vemos é um padrão de interferência. Ou seja, a medição faz com que o elétron se comporte como uma partícula e não como uma onda.

O ponto de partida do apagador quântico de seleção retardada é o experimento de fenda dupla.

Logo após a fenda, um cristal é colocado. Quando um fóton passa por ele, o cristal faz com que surjam dois fótons entrelaçados quânticamente. Enviamos um dos fótons através de um medidor e o outro não.

O que acontece é incrível...

Quando medimos um dos fótons vemos que o outro (que não medimos) se comporta como uma partícula. Por outro lado, se não medirmos nenhum deles, então ele se comporta como uma onda (é mostrado um padrão de interferência).

O que esta experiência nos diz é como se o fotão medido pudesse viajar para o passado e dizer ao outro fotão: comporte-se como uma partícula!

Existe uma retrocausalidade do futuro para o passado.

Neste vídeo você pode ver o experimento visualmente, o que o ajudará a entendê-lo melhor.

Este artigo é intitulado a fórmula do tempo.

No entanto, ainda não sabemos que horas são. Como vimos, o tempo parece comportar-se de forma muito diferente do que pensávamos ao longo da história da humanidade.

Isso me leva a pensar...

O tempo realmente existe ou é apenas um produto do nosso cérebro?