enigma do tempo

O tempo sempre foi um problema. Primeiro, era difícil até para as mentes mais brilhantes entender o que era realmente o tempo. Hoje, quando nos parece que entendemos isso até certo ponto, muitos acreditam que sem ela, pelo menos no sentido tradicional, será mais confortável.

"" Escrito por Isaac Newton. Ele acreditava que o tempo só poderia ser verdadeiramente entendido matematicamente. Para ele, o tempo absoluto unidimensional e a geometria tridimensional do Universo eram aspectos independentes e separados da realidade objetiva, e a cada momento do tempo absoluto todos os eventos do Universo ocorriam simultaneamente.

Com sua teoria da relatividade especial, Einstein removeu o conceito de tempo simultâneo. De acordo com sua ideia, a simultaneidade não é uma relação absoluta entre eventos: o que está simultaneamente em um referencial não necessariamente estará simultaneamente em outro.

Um exemplo da compreensão de tempo de Einstein é o múon dos raios cósmicos. É uma partícula subatômica instável com um tempo de vida médio de 2,2 microssegundos. Ele se forma na atmosfera superior e, embora esperemos que ele viaje apenas 660 metros (à velocidade da luz 300 km/s) antes de se desintegrar, os efeitos da dilatação do tempo permitem que os múons cósmicos viajem mais de 000 quilômetros até a superfície da Terra. e mais. . Em um referencial com a Terra, os múons vivem mais devido à sua alta velocidade.

Em 1907, o ex-professor de Einstein, Hermann Minkowski, introduziu o espaço e o tempo como. O espaço-tempo se comporta como uma cena em que as partículas se movem no universo em relação umas às outras. No entanto, esta versão do espaço-tempo estava incompleta (Veja também: ). Não incluía a gravidade até que Einstein introduziu a relatividade geral em 1916. O tecido do espaço-tempo é contínuo, liso, deformado e deformado pela presença de matéria e energia (2). A gravidade é a curvatura do universo, causada por corpos massivos e outras formas de energia, que determina o caminho que os objetos seguem. Essa curvatura é dinâmica, movendo-se à medida que os objetos se movem. Como o físico John Wheeler diz: "O espaço-tempo assume a massa dizendo-lhe como se mover, e a massa assume o espaço-tempo dizendo-lhe como se curvar".

2. O espaço-tempo de Einstein

O tempo e o mundo quântico

A teoria geral da relatividade considera a passagem do tempo contínua e relativa, e considera a passagem do tempo universal e absoluta na fatia selecionada. Na década de 60, uma tentativa bem-sucedida de combinar ideias anteriormente incompatíveis, mecânica quântica e relatividade geral levou ao que é conhecido como a equação de Wheeler-DeWitt, um passo em direção à teoria gravidade quântica. Essa equação resolveu um problema, mas criou outro. O tempo não desempenha nenhum papel nesta equação. Isso levou a uma grande controvérsia entre os físicos, que eles chamam de problema do tempo.

Carlos Rovelli (3), um físico teórico italiano moderno tem uma opinião definitiva sobre este assunto. “, escreveu no livro “O Segredo do Tempo”.

3. Carlo Rovelli e seu livro

Aqueles que concordam com a interpretação de Copenhague da mecânica quântica acreditam que os processos quânticos obedecem à equação de Schrödinger, que é simétrica no tempo e surge do colapso da onda de uma função. Na versão mecânica quântica da entropia, quando a entropia muda, não é o calor que flui, mas a informação. Alguns físicos quânticos afirmam ter encontrado a origem da flecha do tempo. Eles dizem que a energia se dissipa e os objetos se alinham porque as partículas elementares se unem enquanto interagem em uma forma de "emaranhamento quântico". Einstein, junto com seus colegas Podolsky e Rosen, descobriu que esse comportamento era impossível porque contradizia a visão realista local da causação. Como as partículas localizadas longe umas das outras podem interagir umas com as outras ao mesmo tempo, eles perguntaram.

Em 1964, ele desenvolveu um teste experimental que refutou as afirmações de Einstein sobre as chamadas variáveis ​​ocultas. Portanto, acredita-se amplamente que a informação viaja entre partículas emaranhadas, potencialmente mais rápido do que a luz pode viajar. Até onde sabemos, o tempo não existe para partículas emaranhadas (4).

Um grupo de físicos da Universidade Hebraica liderados por Eli Megidish em Jerusalém relatou em 2013 que eles conseguiram emaranhar fótons que não coexistiam no tempo. Primeiro, na primeira etapa, eles criaram um par de fótons emaranhados, 1-2. Pouco tempo depois, eles mediram a polarização do fóton 1 (uma propriedade que descreve a direção em que a luz oscila) - assim "matando" (estágio II). O fóton 2 foi enviado em uma jornada e um novo par emaranhado 3-4 foi formado (etapa III). O fóton 3 foi então medido junto com o fóton viajante 2 de tal forma que o coeficiente de emaranhamento "mudou" dos pares antigos (1-2 e 3-4) para os novos 2-3 combinados (etapa IV). Algum tempo depois (estágio V) a polaridade do único fóton 4 sobrevivente é medida e os resultados são comparados com a polarização do fóton 1 morto há muito tempo (de volta ao estágio II). Resultado? Os dados revelaram a presença de correlações quânticas entre os fótons 1 e 4, "temporariamente não-locais". Isso significa que o emaranhamento pode ocorrer em dois sistemas quânticos que nunca coexistiram no tempo.

Megiddish e seus colegas não podem deixar de especular sobre possíveis interpretações de seus resultados. Talvez a medição da polarização do fóton 1 na etapa II de alguma forma direcione a polarização futura de 4, ou a medição da polarização do fóton 4 na etapa V de alguma forma reescreve o estado de polarização anterior do fóton 1. Tanto para frente quanto para trás, as correlações quânticas se propagam ao vazio causal entre a morte de um fóton e o nascimento de outro.

O que isso significa em uma escala macro? Os cientistas, discutindo as possíveis implicações, falam sobre a possibilidade de que nossas observações da luz das estrelas de alguma forma ditaram a polarização dos fótons 9 bilhões de anos atrás.

Uma dupla de físicos americanos e canadenses, Matthew S. Leifer, da Chapman University, na Califórnia, e Matthew F. Pusey, do Perimeter Institute for Theoretical Physics, em Ontário, notaram há alguns anos que se não nos atermos ao fato de Einstein. As medições feitas em uma partícula podem ser refletidas no passado e no futuro, o que se torna irrelevante nesta situação. Após reformular alguns pressupostos básicos, os cientistas desenvolveram um modelo baseado no teorema de Bell em que o espaço é transformado em tempo. Seus cálculos mostram por que, supondo que o tempo está sempre à frente, tropeçamos em contradições.

De acordo com Carl Rovelli, nossa percepção humana do tempo está inextricavelmente ligada à forma como a energia térmica se comporta. Por que só conhecemos o passado e não o futuro? A chave, segundo o cientista, fluxo unidirecional de calor de objetos mais quentes para os mais frios. Um cubo de gelo jogado em uma xícara de café quente esfria o café. Mas o processo é irreversível. O homem, como uma espécie de "máquina termodinâmica", segue essa seta do tempo e não consegue entender outra direção. “Mas se observo um estado microscópico”, escreve Rovelli, “a diferença entre passado e futuro desaparece… na gramática elementar das coisas não há distinção entre causa e efeito”.

Tempo medido em frações quânticas

Ou talvez o tempo possa ser quantizado? Uma nova teoria que surgiu recentemente sugere que o menor intervalo de tempo concebível não pode exceder um milionésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de segundo. A teoria segue um conceito que é pelo menos a propriedade básica de um relógio. Segundo os teóricos, as consequências desse raciocínio podem ajudar a criar uma "teoria de tudo".

O conceito de tempo quântico não é novo. Modelo de gravidade quântica propõe que o tempo seja quantizado e tenha um certo tick rate. Este ciclo de tique-taque é a unidade mínima universal, e nenhuma dimensão de tempo pode ser menor que isso. Seria como se houvesse um campo na base do universo que determinasse a velocidade mínima de movimento de tudo que nele há, dando massa a outras partículas. No caso deste relógio universal, “em vez de dar massa, dará tempo”, explica um físico que se propõe a quantizar o tempo, Martin Bojowald.

Ao simular esse relógio universal, ele e seus colegas do Pennsylvania State College, nos Estados Unidos, mostraram que isso faria diferença nos relógios atômicos artificiais, que usam vibrações atômicas para produzir os resultados mais precisos conhecidos. medições de tempo. De acordo com este modelo, o relógio atômico (5) às vezes não sincronizava com o relógio universal. Isso limitaria a precisão da medição do tempo a um único relógio atômico, o que significa que dois relógios atômicos diferentes podem acabar não correspondendo à duração do período decorrido. Dado que nossos melhores relógios atômicos são consistentes entre si e podem medir tiques até 10-19 segundos, ou um décimo de bilionésimo de bilionésimo de segundo, a unidade básica de tempo não pode ser mais de 10-33 segundos. Estas são as conclusões de um artigo sobre essa teoria que apareceu em junho de 2020 na revista Physical Review Letters.

5. Relógio atômico baseado em lutécio na Universidade Nacional de Cingapura.

Testar se essa unidade básica de tempo existe está além de nossas capacidades tecnológicas atuais, mas ainda parece mais acessível do que medir o tempo de Planck, que é de 5,4 × 10–44 segundos.

O efeito borboleta não funciona!

Remover o tempo do mundo quântico ou quantizá-lo pode ter consequências interessantes, mas sejamos honestos, a imaginação popular é movida por outra coisa, ou seja, viagem no tempo.

Cerca de um ano atrás, o professor de física da Universidade de Connecticut Ronald Mallett disse à CNN que ele havia escrito uma equação científica que poderia ser usada como base para máquina em tempo real. Ele até construiu um dispositivo para ilustrar um elemento-chave da teoria. Ele acredita que é teoricamente possível transformando o tempo em um loopque permitiria viajar no tempo para o passado. Ele até construiu um protótipo mostrando como os lasers podem ajudar a atingir esse objetivo. Deve-se notar que os colegas de Mallett não estão convencidos de que sua máquina do tempo se materializará. Até mesmo Mallett admite que sua ideia é inteiramente teórica neste momento.

No final de 2019, a New Scientist informou que os físicos Barak Shoshani e Jacob Hauser, do Perimeter Institute, no Canadá, descreveram uma solução na qual uma pessoa poderia teoricamente viajar de um notícias ao segundo, passando através de um buraco em espaço-tempo ou um túnel, como dizem, "matematicamente possível". Este modelo assume que existem diferentes universos paralelos nos quais podemos viajar, e tem uma séria desvantagem - a viagem no tempo não afeta a própria linha do tempo dos viajantes. Dessa forma, você pode influenciar outros continuums, mas aquele de onde começamos a jornada permanece inalterado.

E já que estamos em contínuo espaço-tempo, então com a ajuda de computador quântico Para simular a viagem no tempo, os cientistas provaram recentemente que o reino quântico não tem o "efeito borboleta" visto em muitos filmes e livros de ficção científica. Em experimentos no nível quântico, danificados, aparentemente quase inalterados, como se a realidade se curasse. Um artigo sobre o assunto apareceu neste verão na Psysical Review Letters. “Em um computador quântico, não há problemas em simular a evolução oposta no tempo ou em simular o processo de mover o processo de volta ao passado”, explicou Mikolay Sinitsyn, físico teórico do Laboratório Nacional de Los Alamos e co- autor do estudo. Trabalhar. “Podemos realmente ver o que acontece com o complexo mundo quântico se voltarmos no tempo, adicionarmos alguns danos e voltarmos. Descobrimos que nosso mundo primordial sobreviveu, o que significa que não há efeito borboleta na mecânica quântica”.

Este é um grande golpe para nós, mas também uma boa notícia para nós. O contínuo espaço-tempo mantém a integridade, não permitindo que pequenas mudanças o destruam. Por quê? Esta é uma pergunta interessante, mas um tópico um pouco diferente do próprio tempo.