O Que é O Tempo E Ele Sempre avança?

Imagine o tempo correndo ao contrário. As pessoas rejuvenesceriam em vez de envelhecer e, após uma longa vida de rejuvenescimento gradual – desaprendendo tudo o que sabem –, terminariam como um brilho nos olhos de seus pais. Essa é a representação do tempo em um romance do escritor de ficção científica Philip K. Dick, mas, surpreendentemente, a direção do tempo também é uma questão com a qual os cosmólogos estão lidando.

Embora consideremos natural que o tempo tenha uma direção específica, os físicos não: a maioria das leis naturais são "reversíveis no tempo", o que significa que funcionariam igualmente bem se o tempo fosse definido como correndo para trás. Então, por que o tempo sempre avança? E será que sempre continuará assim?

O tempo tem um começo?

Qualquer conceito universal de tempo deve, em última análise, basear-se na própria evolução do cosmos. Quando olhamos para o universo, vemos eventos que aconteceram no passado – a luz leva tempo para chegar até nós. De fato, até mesmo a observação mais simples pode nos ajudar a compreender o tempo cosmológico: por exemplo, o fato de o céu noturno ser escuro. Se o universo tivesse um passado infinito e fosse infinito em extensão, o céu noturno seria completamente iluminado – repleto da luz de um número infinito de estrelas em um cosmos que sempre existiu.

Durante muito tempo, os cientistas, incluindo Albert Einstein, acreditaram que o universo era estático e infinito. Observações posteriores mostraram que, na verdade, ele está em expansão, e a uma taxa acelerada. Isso significa que ele deve ter se originado de um estado mais compacto que chamamos de Big Bang, o que implica que o tempo tem, de fato, um começo. Aliás, se procurarmos por luz suficientemente antiga, podemos até mesmo detectar a radiação remanescente do Big Bang – a radiação cósmica de fundo em micro-ondas. A descoberta disso foi um primeiro passo para determinar a idade do universo (veja abaixo).

Mas há um porém: a teoria da relatividade especial de Einstein demonstra que o tempo é… relativo: quanto mais rápido você se move em relação a mim, mais lentamente o tempo passará para você em relação à minha percepção do tempo. Assim, em nosso universo de galáxias em expansão, estrelas girando e planetas em órbita, as experiências do tempo variam: tudo — passado, presente e futuro — é relativo.

Existe, então, um horário universal com o qual todos poderíamos concordar?

A linha do tempo do universo. Design de Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Acontece que, como o universo é em média o mesmo em todos os lugares e, em média, tem a mesma aparência em todas as direções, existe de fato um "tempo cósmico". Para medi-lo, basta medir as propriedades da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Os cosmólogos usaram isso para determinar a idade do universo; sua idade cósmica. Descobriu-se que o universo tem 13,799 bilhões de anos.

Flecha do tempo

Sabemos, portanto, que o tempo provavelmente começou durante o Big Bang. Mas resta uma pergunta persistente: o que é exatamente o tempo?

Para desvendar essa questão, precisamos analisar as propriedades básicas do espaço e do tempo. Na dimensão do espaço, podemos nos mover para frente e para trás; os passageiros experimentam isso diariamente. Mas o tempo é diferente, ele tem uma direção, sempre nos movemos para frente, nunca para trás. Então, 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 sejam irreversíveis. Um dos poucos conceitos desse tipo na física (e na vida!) é que as coisas tendem a se tornar menos "organizadas" com o passar do tempo. Descrevemos isso usando uma propriedade física chamada entropia, que codifica o grau de ordenação de algo.

Imagine uma caixa de gás na qual todas as partículas foram inicialmente colocadas em um canto (um estado ordenado). Com o tempo, elas naturalmente tenderiam a preencher toda a caixa (um estado desordenado) – e para colocar as partículas de volta em um estado ordenado, seria necessária energia. Isso é irreversível. É como quebrar um ovo para fazer uma omelete – uma vez que ele se espalha e preenche a frigideira, nunca mais voltará a ter o formato de um ovo. O mesmo acontece com o universo: à medida que evolui, a entropia geral aumenta.

Infelizmente, isso não vai se resolver sozinho. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Acontece que a entropia é uma ótima maneira de explicar a flecha do tempo. E embora possa parecer que o universo está se tornando mais ordenado em vez de menos — passando de um mar caótico de gás quente relativamente uniforme em seus estágios iniciais para estrelas, planetas, humanos e artigos sobre o tempo — é possível que esteja aumentando em desordem. Isso porque a gravidade associada a grandes massas pode estar atraindo a matéria para estados aparentemente ordenados — com o aumento da desordem que pensamos ter ocorrido sendo, de alguma forma, ocultado nos campos gravitacionais. Portanto, a desordem pode estar aumentando mesmo que não a vejamos.

Mas, dada a tendência da natureza de preferir a desordem, por que o universo começou em um estado tão ordenado? Isso ainda é considerado um mistério. Alguns pesquisadores argumentam que o Big Bang pode nem ter sido o início, e que podem existir, na verdade, "universos paralelos" onde o tempo corre em direções diferentes.

O tempo vai acabar?

O tempo teve um começo, mas se terá um fim depende da natureza da energia escura que está causando sua expansão a uma taxa acelerada. A velocidade dessa expansão pode eventualmente despedaçar o universo, forçando-o a terminar em um Big Rip; alternativamente, a energia escura pode se dissipar, revertendo o Big Bang e terminando o Universo em um Big Crunch; ou o Universo pode simplesmente se expandir para sempre.

Mas será que algum desses cenários futuros levaria ao fim do tempo? Bem, de acordo com as estranhas regras da mecânica quântica, minúsculas partículas aleatórias podem surgir momentaneamente do vácuo – algo observado constantemente em experimentos de física de partículas. Alguns argumentam que a energia escura poderia causar tais "flutuações quânticas", dando origem a um novo Big Bang, encerrando nossa linha temporal e iniciando uma nova. Embora isso seja extremamente especulativo e altamente improvável, o que sabemos é que somente quando entendermos a energia escura é que conheceremos o destino do universo.

Qual será o resultado mais provável? Só o tempo dirá.