outubro 24, 2021

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Qual é a hora e por que avança?

Achamos que o universo tem uma linha do tempo, um ponto em que começou, até hoje. Mas quanto os cosmologistas modernos realmente sabem sobre o tempo? Imagem via Alex Mittelmann / wikimedia.

Que horas são?

por Thomas KitchingE UCL

Imagine que o tempo está passando para trás. As pessoas estavam ficando mais jovens, em vez de velhas, e depois de uma longa vida de renovação gradual – sem saber tudo o que sabiam – eles acabariam em um piscar de olhos nos olhos de seus pais. Desta vez, conforme mostrado em Um romance do escritor de ficção científica Philip K. Galo Mas, surpreendentemente, a direção do tempo também é uma questão com a qual os cosmologistas lutam.

Embora consideremos que o tempo tem uma determinada direção, os físicos não: a maioria das leis naturais são “reversíveis no tempo”, o que significa que funcionariam bem se o tempo fosse definido como retrocedendo. Por que o tempo sempre avança? E você sempre fará isso?

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O tempo tem um começo?

Qualquer conceito universal de tempo deve, em última análise, basear-se na evolução do próprio universo. Quando você olha para o universo, você vê eventos que aconteceram no passado – leva muito tempo para chegar até nós. Na verdade, mesmo as observações mais simples podem nos ajudar a entender o tempo cósmico: por exemplo, o fato de que O céu noturno está escuro. Se o universo tivesse um passado infinito e fosse infinito em extensão, o céu noturno seria tão brilhante – cheio de luz do número infinito de estrelas no universo que sempre existiu.

Por muito tempo, os cientistas, incluindo Albert Einstein, acreditaram que o universo é constante e infinito. Desde então, as notas têm mostrado Na verdade, está se expandindo em um ritmo acelerado. Isso significa que deve ter surgido de um estado mais compacto que chamamos de Big Bang, o que significa que o tempo tem um começo. Na verdade, se procurarmos por luz com idade suficiente, podemos até ver a radiação dos remanescentes do Big Bang – o fundo de microondas cósmico. Perceber isso foi o primeiro passo para determinar a idade do universo (veja abaixo).

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Relatividade

Mas há um obstáculo, a teoria da relatividade especial de Einstein deixa claro O tempo é relativo: Quanto mais rápido você se mover para mim, mais devagar o tempo passará para você em relação à minha percepção do tempo. Portanto, em nosso universo de galáxias em expansão, estrelas girando e planetas girando, as experiências do tempo são diferentes: tudo no passado, presente e futuro é relativo.

Por que o céu noturno pode nos dizer tão pouco sobre o tempo. Foto cortesia de Arches National Park / flickr.

Acontece que, uma vez que, em média, o universo é o mesmo em todos os lugares e, em média, parece o mesmo em todas as direções, há tempo cósmico. Para medir isso, tudo o que temos a fazer é medir as propriedades da radiação cósmica de fundo. Os cosmologistas usaram isso para determinar a idade do universo: sua idade cósmica. Acontece que a idade do universo é de 13,799 bilhões de anos.

seta do tempo

Portanto, sabemos que esse tempo provavelmente começou durante o Big Bang. Mas resta uma pergunta irritante: o que exatamente? Ele é Tempo?

Para decifrar essa questão, temos que olhar para as propriedades básicas do espaço e do tempo. Nas dimensões do espaço, você pode se mover para frente e para trás; Os passageiros experimentam isso todos os dias. Mas o tempo é diferente, tem uma direção, você sempre avança, nunca retrocede. Por que a dimensão do tempo é irreversível? Este é um dos principais problemas não resolvidos da física.

Para explicar por que o próprio tempo é irreversível, precisamos encontrar processos na natureza que também são irreversíveis. Um dos poucos conceitos da física (e da vida!) É que as coisas tendem a ficar menos “organizadas” com o tempo. Metade disso usando um arquivo Uma propriedade física chamada entropia Ele codifica como organizar algo.

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Imagine uma caixa de gás na qual todas as partículas foram inicialmente colocadas em um canto (um estado ordenado). Com o tempo, eles vão buscar naturalmente encher a caixa inteira (um estado de turbulência) – e retornar as partículas a um estado ordenado consome energia. Isso é irreversível. É como quebrar um ovo para fazer uma omelete. Depois de espalhar e encher a frigideira, nunca mais voltará ao formato de ovo. O mesmo se aplica ao universo: conforme ele evolui, a entropia total aumenta.

Diodos dispersos e outros pequenos componentes eletrônicos vazaram de uma caixa de plástico.
Infelizmente, isso não vai limpar a si mesmo. Foto de Alex Denovitzer / wikimedia.

aumento do caos

Acontece que a entropia é uma boa maneira de explicar a flecha do tempo. E embora possa parecer que o universo está se tornando mais, não menos, ordenado – movendo-se de um mar terrestre com gás quente espalhado de maneira relativamente uniforme em seus estágios iniciais para estrelas, planetas, humanos e artigos relacionados ao tempo – ele pode, no entanto, estar crescendo Em desordem. Isso porque a gravidade associada a grandes aglomerados pode puxar a matéria para estados aparentemente ordenados – com o caos crescente, achamos que deve estar de alguma forma oculto nos campos gravitacionais. Portanto, o caos pode crescer mesmo que não o vejamos.

Mas dada a tendência da natureza de favorecer o caos, por que o universo começou em um estado tão ordenado em primeiro lugar? Isso ainda é considerado um mistério. Alguns pesquisadores argumentam que o Big Bang pode nem ter sido o começo, na verdade pode ter sido universos paralelos Onde o tempo passa em direções diferentes.

O tempo vai expirar?

O tempo tem um começo, mas se terá um fim depende da natureza energia escura Isso faz com que ele se expanda em uma taxa acelerada. A taxa dessa expansão pode eventualmente destruir o universo, forçando-o a terminar em um Grande Rasgo. Alternativamente, a energia escura pode se deteriorar, revertendo o Big Bang e encerrando o universo em uma grande crise. Ou o universo pode se expandir para sempre.

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Mas algum desses cenários futuros chegará ao fim? Bem, de acordo com as estranhas regras da mecânica quântica, minúsculas partículas aleatórias podem surgir temporariamente do vácuo, algo que é constantemente visto em experimentos de física de partículas. Alguns argumentaram que energia escura Essas “flutuações quantitativas” podem causar Resultando em uma nova grande explosão, encerramos nosso cronograma e iniciamos um novo. Embora isso seja altamente especulativo e altamente improvável, o que sabemos é apenas quando o fazemos Compreendendo a energia escura Saberemos o destino do universo?

Então, qual é o resultado mais provável? Só o tempo vai provar isso.

Thomas Kitching, conferencista em astrofísica, UCL

Este artigo foi publicado originalmente em Conversação. Leia o artigo original.

Conclusão: o que é o tempo e por que ele está avançando? O cosmólogo Thomas Kitching, da University College London, explica como a seta do tempo aponta para o futuro.