Nº.61 UNIVERSO Dez 2016 | Jan 2017

Imagem: Reprodução
Roberto Belisário
16/4/14

O que é o tempo? Ele flui da mesma forma para todas as pessoas? Ele teve um início? É possível viajar no tempo? Ele flui de forma contínua? A Física Moderna tem muito a dizer sobre tudo isso. Para aqueles fascinados por essas questões, a boa notícia é que há possibilidades concretas de se investigá-las na vida profissional. As pesquisas na área não responderam à pergunta “o que é o tempo”, mas revelaram aspectos surpreendentes dessa obscura entidade, que podem ser verificados e estudados em laboratórios ou então observando-se o céu. Este texto descreve algumas linhas de pesquisa de ponta que buscam desvendar os mistérios do tempo.

O tempo depende do observador (e sua aplicação no GPS)

Uma área com aplicações bastante concretas de fenômenos envolvendo o fluxo do tempo é a dos projetos de aparelhos de GPS (do inglês Global Positioning System) e de outros sistemas de navegação por satélite. A Teoria da Relatividade mostrou que o tempo físico não flui com o mesmo “ritmo” para todos os observadores. Uma das situações em que isso ocorre é quando há gravitação. Dentro de campos gravitacionais, tudo acontece mais devagar do que fora deles – o correr dos relógios, as batidas do coração das pessoas, as reações químicas, tudo. Esse efeito é chamado “dilatação gravitacional do tempo” e foi previsto pela teoria da relatividade geral, formulada por Albert Einstein entre 1907 e 1916, e que substituiu a Lei da Gravitação Universal de Newton.

No campo gravitacional da Terra, o efeito é muito pequeno para que possa ser observado diretamente. Porém, deve ser levado em conta nos sistemas de navegação por satélite, pois eles são extremamente sensíveis. Se o GPS não incluísse a dilatação gravitacional do tempo em sua programação, ele acumularia um erro de cerca de dois quilômetros a cada dia. Em algumas horas, já não serviria mais para nada.

Atualmente, há pesquisas de ponta para desenvolver sistemas de navegação por satélite, cada vez mais precisos, para fins civis, militares, científicos e para navegação espacial. No campo da ciência pura, isto é, sem uma aplicação tecnológica direta, a área que estuda a dilatação do tempo e como verificá-la é a relatividade geral, mas há grupos também nas áreas da Astrofísica e da Cosmologia.

O fim do começo do tempo

O tempo teve um início? As equações de teorias modernas que articulam relatividade geral e mecânica quântica sugerem uma situação estranhíssima: em momentos extremamente próximos do Big Bang, da ordem de 10–44 segundos, espaço e tempo não poderiam mais ser diferenciados um do outro. De alguma forma, se fundiriam em uma só entidade de quatro dimensões. Seria algo como o início do tempo. Tal fenômeno é investigado pela Cosmologia Quântica.

A Cosmologia é um campo efervescente1. A partir de 1999, começaram a proliferar, às dezenas, teorias sobre períodos anteriores ao Big Bang. A maior parte dessas tentativas descreve uma longa época antes dele, na qual o Universo teria conhecido um período de contração, até que sua matéria estivesse concentrada em uma diminuta região de 10–32 milímetros de diâmetro. A partir de então, o movimento teria se revertido (no jargão da Física, houve um “ricochete”) e passado a uma expansão. Seria nessa expansão que nos encontraríamos agora.

 

Para verificar se algum desses modelos descreve adequadamente a realidade física, o principal teste é observar a radiação cósmica de fundo. Trata-se de uma radiação que permeia todo o espaço e que surgiu cerca de 380 mil anos após o Big Bang, durante o processo de formação dos átomos. Ela pode carregar informações sobre o ricochete, caso ele realmente tenha acontecido. Até agora, não se encontraram sinais suficientes na radiação cósmica de fundo para escolher algum dos modelos dentre os propostos. Mas é possível que nos próximos anos surjam avanços importantes.

Viagens no tempo

Viagens para o passado não deveriam ser possíveis pois, o que já aconteceu, já aconteceu. Mas a Teoria da Relatividade Geral abre uma brecha misteriosa. Essa teoria parece ser consistente com a existência de partículas que realizam uma trajetória circular no espaço-tempo, ou seja, elas “voltam” no tempo e “retornam” a mesma posição e ao mesmo instante iniciais, para então refazer tudo de novo, de forma idêntica, e assim eternamente.

A matemática envolvida no processo não é simples. Os cientistas ainda estão tentando determinar se essas curvas fechadas no espaço-tempo são mesmo consistentes com a teoria ou não. Seria muito interessante se alguém conseguisse encontrar um exemplo, mesmo que apenas teórico2.

Outro tema que também desafia a intuição sobre a direção do fluxo do tempo são os táquions3, partículas hipotéticas que viajariam sempre em velocidades superiores à da luz e que podem ser interpretadas como entidades que seguem um fluxo temporal sempre do futuro para o passado. 

 

Para saber mais:

Caso o leitor pré-vestibulando tenha interesse em encontrar grupos de pesquisadores sobre os diversos temas, ou mesmo se informar mais, são sugeridas algumas palavras-chave para buscas na Internet. A procura pode ser feita também na Plataforma Lattes, do CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico). Ali, é possível fazer buscas por pesquisador (no “link “Buscar currículo”) ou por grupos de pesquisa (no link “Consultar base corrente”, no menu “Diretório dos Grupos de Pesquisa”; entrando no link, clique em “Grupos” e use palavras-chave como GPS, GNSS (do inglês, “Global Navigation Satellite System”, ou “Sistema de Navegação Global por Satélite”), “sat-nav” (abreviação de “sistemas de navegação por satélite”), “gravitação”, “espaços curvos”, “ricochete”, “curvas fechadas tipo tempo” – mas é comum que estejam citadas pela sua expressão em inglês: “closed timelike curves” (CTC)).

Esticando o tempo e voltando ao passado, por Roberto Belisário, ComCiência (10/11/2007).

Antes do Big-Bang, por Roberto Belisário, Pré-Univesp 10 (abril de 2011).

“Mistérios Profundos do Tempo”, Scientific American Brasil, Ed. Nº 46





1 No Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro, há várias linhas de pesquisa teóricas sobre esses temas, que têm produzido contribuições de impacto internacional.

2 Nas universidades brasileiras, há estudos nessa área não só nos institutos e departamentos de Física, mas também nos de Matemática. 

3 Os táquions costumam ser estudados na área de Física das Partículas.