Novo Estudo Cria Miniuniverso e Aponta Que o Tempo Pode Surgir Sem Relógios Externos

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No dia de ontem (16/06), o portal Inovação Tecnológica publicou uma reportagem sobre um estudo conduzido por um professor da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, que busca responder a uma das questões mais fundamentais da física: o que é o tempo. A pesquisa investiga se o tempo emerge naturalmente das interações físicas ou se sua existência depende de um referencial externo, como um relógio.

 

[Imagem: University of Birmingham]

Parte do aparato usado para aprisionar e resfriar átomos de rubídio próximos ao zero absoluto, criando uma versão minimalista de um universo artificial.

 

O Que é o Tempo?

 

Além de trabalhar arduamente para tentar integrar a mecânica quântica com a relatividade, as duas teorias de maior sucesso na Física, mas que não se falam, os físicos estão precisando lidar com outro enigma, o tempo.

 

O que é o tempo? Acontece que, em algumas teorias cosmológicas, não existe um relógio interno do Universo. Então como podemos saber o que vem "antes" e "depois"? Se não há um tempo imanente no Universo, então dependemos de um "tempo externo"?

 

O Professor Giovanni Barontini, da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, está tentando responder a essa questão. Para isso, ele criou um universo minimalista, um mini-universo, formado por apenas 24.000 átomos, mantidos isolados em uma câmara criogênica, próximo ao zero absoluto.

 

Os átomos do elemento rubídio foram isolados, aprisionados e separados por uma fina barreira formada com dois feixes de laser de frequências diferentes, criando uma região observável (brilhante) e uma região não-observável (escura). O experimento mostrou que o setor brilhante expandia-se e colapsava repetidamente, experimentando algo semelhante a um Big Bang e um Big Crunch, um cenário hipotético no qual a expansão do cosmos eventualmente se reverte.

 

Foi aí que surgiu a grande estrela do experimento: O tempo apareceu, ou emergiu do próprio mini-universo, sugerindo que sim, o Universo pode ter seu próprio tempo intrínseco. O experimento permite que a sequência de eventos seja reconstruída a partir do próprio mini-universo, sem qualquer referência a um relógio de laboratório externo.

 

[Imagem: TU Wien]

Só recentemente se demonstrou experimentalmente que a física quântica obedece à lei da entropia. Ainda mais nova é a ideia de que a gravidade também pode emergir da entropia - a teoria padrão hoje é que a gravidade seria resultado da curvatura do espaço-tempo.

 

Tempo Entrópico

 

O tempo emergiu de mudanças que ocorrem dentro do sistema quântico, em vez de existir como algo externo, que funcionasse de forma independente.

 

O miniuniverso demonstrou que o tempo pode nascer da desordem ou dispersão (entropia) dos átomos e de como eles se comportam em um sistema. Neste experimento, os átomos podiam se mover entre as regiões claras e escuras, mas o sistema estava isolado do mundo exterior. Quando a dispersão das partículas no setor brilhante aumentava ou diminuía conforme os átomos entravam ou saíam, o sistema estava "avançando no tempo". Quando essa distribuição de átomos não mudava, o tempo efetivamente parava.

 

O professor Barontini chamou esse processo de "tempo entrópico": Ele flui em uma direção consistente, fornecendo uma clara seta do tempo; ele ordena corretamente os eventos, mesmo em um sistema que se expande e se contrai como um minicosmos; e ele acelera ou desacelera dependendo de como a entropia se move.

 

"Este estudo fornece a primeira evidência experimental controlada de que o 'tempo' pode ser definido por mudanças dentro de um sistema, em vez do relógio tique-taqueante externo que consideramos como tempo. Ele oferece uma nova perspectiva sobre a natureza do tempo na gravidade quântica, que poderá ser usada para descrever a dinâmica com a mesma eficácia que o tempo convencional," disse Barontini.

 

Saiba mais:

 

Artigo: Testing the problem of time with cold atoms

Autores: Giovanni Barontini

Revista: Physical Review Research

Vol.: 8, L022047

DOI: 10.1103/1h9j-df4k

 

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