De onde vem o tempo?

De onde vem o tempo realmente? Muitas vezes me perguntam essa pergunta depois que conhecidos ou amigos de amigos aprendem que sou um repórter de física. Não há uma resposta definida – mas, para entender melhor, ajuda a olhar para a seta do tempo.

Datado da década de 1920, esse conceito decorre das leis da física que descrevem energia, calor e entropia. A entropia é a grande, à medida que o tempo parece passar de estados de baixo a alto entropia- esta é a direção em que a “flecha do tempo” voa. A entropia recebe uma má reputação por ser sobre desordem, mas a maneira mais precisa de pensar nisso é contar quantas maneiras pelas quais algo grande – uma macrostata – pode ser montado a partir de partes constituintes menores ou microestados.

Um macrostato que corresponde a muitos microestados, como uma gaveta de talheres, onde colheres e garfos são misturados, tem uma entropia mais alta do que um macrosrostate, onde os microestados são mais restritos, como a mesma gaveta com todos os garfos empilhados à esquerda e todas as colheres à direita. Se você organizar a gaveta dessa maneira, mas da próxima vez que a abrir, as colheres e os garfos serão misturados, isso sugere que a entropia aumentou e a flecha do tempo empurrou a gaveta do passado para o futuro.

Há, no entanto, um problema em extrapolar de talheres para o cosmos. Por que já houve um estado inicial em que tudo estava limpo e a entropia estava baixa?

Os físicos chamam isso de “hipótese passada” e não são fãs disso. Quando fazem o exercício psychological de rebobinar a flecha do tempo, acabam em um estado em que a entropia do universo period extremamente baixa. Pensa -se que esses estados são raros, por isso não está claro por que period preciso existir. Como marcaria o início dos tempos, também surgem perguntas sobre se esse estado também deve coincidir com o início do universo, o Massive Bang.

Para acrescentar insulto à lesão, há outro problema: as leis da física em escalas muito menores que todo o universo – como a escala quântica de uma ou duas partículas – são totalmente reversíveis, o que significa que elas não restringem a flecha do tempo a voar apenas em uma direção. Pablo Arrighi Na Universidade de Paris-Saclay, na França, me diz que este é um dos maiores paradoxos da física.

“As leis da física são reversíveis, mas como é que o que vejo na vida cotidiana não é?” Ele pergunta. Arrighi e seus colegas queriam ver se eles poderiam criar um “universo de Toy” muito básico – um modelo simplificado do universo actual – onde tudo é perfeitamente reversível, mas a flecha do tempo como a conhecemos ainda existe.

Eles encontraram isso A flecha do tempo é inevitável Se o universo de brinquedos faz o que nosso próprio universo faz e continua se expandindo constantemente. Esse universo modelo também permitiu que os pesquisadores eliminem a hipótese passada: permitiu o Massive Bang, mas não exigia um estado especial em que o tempo começa e a flecha do tempo é lançada para a frente.

De fato, Arrighi diz que este trabalho o fez reconsiderar sua posição anteriormente suspeita sobre futuros em potencial, como o “Massive Crunch”, onde o universo acaba para de se expandir e encolhe-se a um ponto minúsculo, e o “grande salto”, onde o cosmos é pego em um ciclo interminável de bang-shrink-bang-bang.

Surpreendentemente, neste universo de brinquedos construído apenas com leis reversíveis da física, o Massive Bang não precisa ser um exemplo singular quando toda a física, como o conhecemos. Em vez disso, há mais expansão orientada a entropia do outro lado-essencialmente outro universo. “Nosso nascimento seria causado pelo nascimento deles. Nosso assunto viria do passado”, diz Arrighi do universo imaginado do outro lado do Massive Bang.

Embora possa parecer radical, a idéia de dois universos se expandindo em direções opostas, cada uma com seu próprio senso de tempo, já esteve no radar dos físicos antes. Por exemplo, em 2014, físico independente Julian Barbour e seus colegas argumentaram a favor desse cenário. O trabalho deles foi baseado em um Estudo da gravidadeem oposição ao trabalho de Arrighi, que é muito mais fundamentado em um modo computacional de argumento – e o modelo de brinquedo da equipe da Arrighi pode ser facilmente simulado em um computador. A idéia de abandonar a hipótese passada também foi sugerida anteriormente por pesquisadores como Sean Carroll na Universidade Johns Hopkins, em Maryland.

Para voltar à nossa pergunta authentic, a resposta poderia ser que o tempo possa vir do nada – ou pelo menos em lugar nenhum especial? Quando eu faço essa pergunta para David Albertum filósofo da Universidade de Columbia em Nova York, ele me adverte a pensar com mais cuidado sobre a palavra “especial”. Ele não está, de fato, convencido de que o estado de baixa entropia da hipótese passada seria necessariamente especial.

“As pessoas têm uma idéia de que todo estado físico possível deve ser tão provável quanto qualquer outro estado físico possível. Se você pensa assim, esses estados de baixa entropia acabam sendo altamente improváveis”, diz ele. “Mas minha própria atitude em relação a isso é que é loucura pensar que você pode obter probabilidades apenas de a priori raciocínio.” Ele ressalta que realmente devemos encontrar as probabilidades de qualquer evento, investigando-o por meio de observações.

Albert é a favor de remover a hipótese passada de nossa lista de decretos de física absolutamente necessários – em sua opinião, menos leis são sempre melhores. Mas ele quer que essa intervenção seja fundamentada nas observações acima de tudo. A diferença entre o tamanho dos sistemas em que podemos manipular e estudar cuidadosamente quantidades como entropia, como o exemplo de livro de partículas de gás em uma caixa e o tamanho de todo o universo é enorme. Então, ele aconselha os cuidados e o escrutínio sobre onde os físicos podem estar fazendo suposições enquanto extrapolam de um para o outro.

“Mas o projeto geral de investigar se você poderia se safar de não postar a hipótese passada e apenas derivá -lo de outras leis, acho interessante. Se isso pode ser feito, isso é ótimo”, diz Albert.

Depois de terminar minha ligação com Albert, fiz um lembrete para ligar para todos novamente em um ano e ver como o tempo estava se sustentando. Mesmo que eu ainda não saiba como explicar de onde vem o tempo, sua flecha certamente me levará a um futuro em que tenho mais conversas sobre isso.