[O que é o tempo?]
The earliest time measurements were observations of cycles of the natural world, using patterns of changes from day to night and season to season to build calendars. More precise time-keeping, like sundials and mechanical clocks, eventually came along to put time in more convenient boxes. But what exactly is it that we’re measuring? Is time something that physically exists, or is it just in our heads? At first the answer seems obvious— of course time exists; it constantly unfolds all around us, and it’s hard to imagine the universe without it.
As primeiras medições do tempo eram observações dos ciclos do mundo natural, usando padrões de mudanças ocorridas do dia para a noite e de estação para estação para a construção de calendários. Por fim, apareceram normas mais precisas de medir o tempo, como os relógios de sol e os relógios mecânicos, que colocaram o tempo dentro de caixas mais convenientes. Mas o que é que estamos a medir exatamente? Será o tempo algo que existe fisicamente, ou está apenas na nossa cabeça? À primeira vista, a resposta parece ser óbvia: claro que o tempo existe; ele revela-se constantemente à nossa volta, e é difícil imaginar o universo sem ele.
But our understanding of time started getting complicated thanks to Einstein. His theory of relativity tells us that time passes for everyone, but doesn’t always pass at the same rate for people in different situations, like those travelling close to the speed of light or orbiting a supermassive black hole. Einstein resolved the malleability of time by combining it with space to define space-time, which can bend, but behaves in consistent, predictable ways.
Mas o nosso entendimento do tempo começou a complicar-se graças a Einstein. A sua teoria da relatividade diz-nos que o tempo passa para todos, mas nem sempre passa à mesma velocidade para as pessoas em situações diferentes, como os que viajam perto da velocidade da luz ou a orbitar um buraco negro gigantesco. Einstein resolveu a maleabilidade do tempo ao combiná-lo com o espaço para definir o espaço-tempo, que se pode dobrar, mas que se comporta de maneiras consistentes e previsíveis.
Einstein’s theory seemed to confirm that time is woven into the very fabric of the universe. But there’s a big question it didn’t fully resolve: why is it we can move through space in any direction, but through time in only one? No matter what we do, the past is always, stubbornly, behind us. This is called the arrow of time.
A teoria de Einstein parecia confirmar que o tempo está tecido no próprio material do universo. Mas há uma questão importante que ela não resolveu completamente: porque é que conseguimos mover-nos no espaço em qualquer direção, mas no tempo somente numa direção? Seja o que for que façamos, o tempo passado está sempre, teimosamente, atrás de nós. Isto chama-se a "flecha do tempo".
When a drop of food coloring is dropped into a glass of water, we instinctively know that the coloring will drift out from the drop, eventually filling the glass. Imagine watching the opposite happen. Here, we’d recognize time as unfolding backwards. We live in a universe where the food coloring spreads out in the water, not a universe where it collects together.
Quando uma gota de corante alimentar cai num copo de água, nós instintivamente sabemos que o corante se vai separar da gota, acabando por encher o copo. Imaginem ver acontecer o oposto. Aqui, iríamos ver o tempo a passar de trás para a frente. Vivemos num universo onde o corante alimentar se difunde na água, e não num universo onde ele se reúne de novo.
In physics, this is described by the Second Law of Thermodynamics, which says that systems will gain disorder, or entropy, over time. Systems in our universe move from order to disorder, and it is that property of the universe that defines the direction of time’s arrow.
Em Física, isto é descrito pela Segunda Lei da Termodinâmica, que diz que os sistemas vão obter perturbações ou entropia, ao longo do tempo. Os sistemas no nosso universo movem-se da ordem para a desordem, e é essa propriedade do universo que define a direção da flecha do tempo.
So if time is such a fundamental property, it should be in our most fundamental equations describing the universe, right? We currently have two sets of equations that govern physics. General relativity describes the behavior of very large things, while quantum physics explains the very small. One of the biggest goals in theoretical physics over the last half century has been reconciling the two into one fundamental “theory of everything." There have been many attempts —none yet proven— and they treat time in different ways. Oddly enough, one contender called the Wheeler-DeWitt equation, doesn’t include time at all.
Então, se o tempo é uma propriedade tão fundamental, deveria estar nas nossas equações mais fundamentais descrever o universo, certo? Atualmente temos dois grupos de equações que governam a Física. A relatividade geral descreve o comportamento das coisas grandes, enquanto que a física quântica explica as coisas muito pequenas. Um dos principais objetivos da física teórica. ao longo dos últimos 50 anos, tem sido reconciliar as duas numa só "teoria de tudo" fundamental. Tem havido muitas tentativas — nenhuma ainda provada — que tratam o tempo de maneiras diferentes. Por estranho que pareça, uma delas, a chamada equação Wheeler-DeWitt, não inclui minimamente o tempo.
Like all current theories of everything, that equation is speculative. But as a thought experiment, if it or a similarly time-starved equation turned out to be true, would that mean that time doesn’t exist, at the most fundamental level? Could time just be some sort of illusion generated by the limitations of the way we perceive the universe? We don’t yet know, but maybe that’s the wrong way of thinking about it. Instead of asking if time exists as a fundamental property, maybe it could exist as an emergent one.
Tal como todas as teorias de tudo, essa equação é especulativa. Mas enquanto exercício intelectual, se esta ou outra equação similar, que não inclua o tempo, se verificasse como verdadeira, seria que isso indicava que o tempo não existe, ao nível mais fundamental? Poderá o tempo não passar de uma espécie de ilusão gerada pelas limitações da forma como percecionamos o universo? Ainda não o sabemos, mas talvez esta seja a forma errada de pensar nisso. Em vez de perguntarmos se o tempo existe como sendo uma propriedade fundamental, talvez ele pudesse existir como uma propriedade emergente.
Emergent properties are things that don’t exist in individual pieces of a system, but do exist for the system as a whole. Each individual water molecule doesn’t have a tide, but the whole ocean does.
Propriedades emergentes são coisas que não existem em pedaços individuais de um sistema, mas existem para o sistema como um todo. Cada molécula de água individual não tem uma maré, mas o oceano tem, no seu todo.
A movie creates change through time by using a series of still images that appear to have a fluid, continuous change between them. Flipping through the images fast enough, our brains perceive the passage of time from the sequence of still images. No individual frame of the movie changes or contains the passage of time, but it’s a property that comes out of how the pieces are strung together. The movement is real, yet also an illusion. Could the physics of time somehow be a similar illusion?
Um filme cria mudança através do tempo ao usar uma série de imagens imóveis que parecem ter uma mudança contínua e fluída entre elas. Ao deslizarmos pelas imagens suficientemente depressa, o nosso cérebro vê a passagem do tempo a partir da sequência de imagens imóveis. Nenhum fotograma individual do filme muda nem contém a passagem do tempo, mas esta é uma propriedade que emerge de como os pedaços estão todos unidos. O movimento é real, mas também é uma ilusão. Pode a física do tempo, de algum modo, ser uma ilusão parecida?
Physicists are still exploring these and other questions, so we’re far from a complete explanation.
Os físicos ainda estão a explorar estas e outras questões, portanto estamos longe de uma explicação completa.
At least for the moment.
Pelo menos, por agora.