Nascemos, envelhecemos e observamos acontecimentos que parecem impossíveis de desfazer. Um copo quebrado não se reconstrói sozinho e o café que esfriou não volta espontaneamente a ficar quente. Tudo aponta para uma direção evidente do tempo. Mas, quando a física mergulha no universo dos átomos e partículas subatômicas, essa certeza começa a desaparecer. E surge uma pergunta desconcertante: o tempo que conhecemos existe realmente nessa escala?
Nossa experiência diz que o tempo só pode seguir uma direção
Para os seres humanos, o tempo parece uma estrada de mão única. Podemos recordar ontem e imaginar amanhã, mas nunca inverter fisicamente essa sequência.
Essa percepção está relacionada ao que os físicos chamam de flecha do tempo e, especialmente, à segunda lei da termodinâmica.
Em termos simplificados, sistemas isolados tendem a evoluir para estados de maior entropia. É por isso que determinados acontecimentos cotidianos possuem uma direção tão evidente.
Um copo pode cair de uma mesa, atingir o chão e se transformar em dezenas de pedaços. Nada nas experiências comuns sugere que esses fragmentos possam espontaneamente se reunir, saltar para cima e reconstruir o copo.
É justamente essa assimetria que ajuda a estabelecer nossa diferença intuitiva entre passado e futuro.
O problema aparece quando diminuímos drasticamente a escala.
No universo dos átomos e partículas subatômicas, muitas das leis fundamentais não apresentam essa mesma preferência temporal. As equações podem descrever processos nos dois sentidos sem oferecer uma flecha equivalente àquela observada no mundo cotidiano.
É nesse ponto que nossa noção aparentemente óbvia de tempo começa a enfrentar dificuldades.
As equações fundamentais não tratam passado e futuro como imaginamos
Uma das surpresas da física é que muitas equações fundamentais apresentam simetrias relacionadas à inversão temporal.
Isso significa, de maneira simplificada, que determinados processos microscópicos podem ser descritos matematicamente tanto em uma direção temporal quanto na direção inversa, respeitando as leis relevantes.
Na mecânica quântica, a evolução de um sistema isolado descrita pela equação de Schrödinger é unitária e reversível.
Imagine uma gravação extremamente simples mostrando determinadas partículas interagindo. Dependendo do processo, assistir à sequência normalmente ou reproduzi-la ao contrário poderia não revelar imediatamente qual direção corresponde ao nosso sentido cotidiano do tempo.
Mas isso não significa que um elétron literalmente “viaje” pelo passado e pelo futuro à vontade. Tampouco significa que todas as leis fundamentais sejam perfeitamente invariantes sob uma simples troca de t por -t. Existem importantes violações de simetrias relacionadas ao tempo em determinadas interações da física de partículas.
A questão central é outra: a direção macroscópica do tempo que experimentamos não aparece de maneira simples nas equações que descrevem a evolução de muitos sistemas microscópicos.
Então, de onde ela vem?
A medição quântica torna o mistério ainda mais profundo
Uma das partes mais intrigantes da discussão envolve o problema da medição.
Antes de uma medição, um sistema quântico pode ser descrito como uma superposição de diferentes resultados possíveis. Sua evolução segue as regras da mecânica quântica.
Quando ocorre uma medição, porém, observamos um resultado definido.
Na interpretação tradicional associada ao colapso da função de onda, essa transição parece introduzir uma assimetria: passamos de uma combinação de possibilidades para um resultado registrado.
Mas afirmar que é exatamente nesse momento que o tempo “nasce” seria ir além do que a física estabeleceu.
O próprio significado do colapso depende da interpretação da mecânica quântica adotada. Algumas interpretações o tratam como um processo fundamental, enquanto outras procuram explicar a aparência de resultados definidos sem introduzir um colapso físico literal.
A decoerência também ocupa uma posição central nesse debate. Quando sistemas quânticos interagem com ambientes extremamente complexos, certas propriedades tipicamente quânticas tornam-se praticamente inacessíveis em escala macroscópica.
Isso ajuda a explicar a passagem entre o comportamento quântico e o mundo clássico que experimentamos, embora não resolva sozinho todos os problemas relacionados à natureza do tempo.
E se o tempo não for uma peça fundamental do Universo?
Existe uma possibilidade ainda mais radical: talvez o tempo não seja fundamental.
Algumas abordagens da física teórica investigam se ele poderia surgir de relações mais profundas entre diferentes partes de um sistema, em vez de existir como um ingrediente básico e independente da realidade.
Uma comparação frequentemente utilizada envolve a temperatura.
Não faz muito sentido atribuir a um único átomo isolado a temperatura de um copo d’água da mesma maneira que fazemos com o conjunto macroscópico. A temperatura emerge do comportamento estatístico de um enorme número de partículas.
Algo semelhante poderia acontecer com determinadas propriedades do tempo.
Há propostas que relacionam sua emergência a correlações e ao entrelaçamento quântico. Nesse cenário, aquilo que interpretamos como evolução temporal poderia surgir das relações entre diferentes partes de um sistema quântico maior.
Isso não significa que esteja demonstrado que “o tempo não existe” no mundo quântico. Trata-se de uma questão aberta, explorada por diferentes abordagens teóricas.
E justamente aí está uma das maiores dificuldades da física moderna.
A resposta pode estar escondida em uma teoria que ainda não temos
A mecânica quântica descreve extraordinariamente bem o comportamento do mundo microscópico. A relatividade geral de Einstein, por sua vez, descreve a gravidade e a estrutura do espaço-tempo em grandes escalas.
O problema é que unir plenamente essas duas estruturas continua sendo um dos maiores desafios da ciência.
Na relatividade, o tempo faz parte do espaço-tempo e participa dinamicamente da geometria do Universo. Na formulação convencional da mecânica quântica, ele geralmente aparece de outra maneira: como um parâmetro externo usado para acompanhar a evolução dos sistemas.
Essa diferença se torna especialmente problemática quando tentamos construir uma teoria quântica da gravidade.
Por isso, perguntar se o tempo realmente existe no mundo quântico não é apenas um exercício filosófico.
A resposta pode ajudar a compreender por que sentimos uma direção temporal, como o mundo clássico emerge do quântico e até como espaço, matéria e gravidade se relacionam em seu nível mais profundo.
Talvez o relógio que parece governar cada segundo de nossa existência não seja uma peça fundamental do Universo. Pode ser que aquilo que chamamos de tempo seja uma propriedade que emerge apenas quando a realidade se torna suficientemente complexa.
[Fonte: NCyT]
