Pode-se definir o Tempo fisicamente?

Question

O que é na realidade o Tempo? Pode-se definir o tempo como algum tipo de matéria ou como uma dimensão? O Tempo apesar de o medirmos de modo tão preciso parece ser "algo" muito abstracto.

Answer 1

É uma pergunta complicadíssima de responder 

Todos temos uma percepção de tempo. Algo que passa ou flui mas nao sabemos bem o que é.

O tempo tal como o usamos é uma quantidade definida socialmente. Com isto quero dizer que as nossas divisões se baseiam naquilo que mais nos convém para o normal funcionamento das nossas vidas (pensemos, por exemplo, na mudança de hora duas vezes por ano. Do ponto de vista puramente físico ou astronómico não ha razão para o fazer).

Em termos de tempo enquanto divisão dos dias, meses, anos, é algo que também só faz sentido aqui, na Terra. Com os diferentes periodos de rotação (rotação sobre si mesmo) e translação (rotação em redor de outro corpo - neste caso o Sol) dos planetas, falar de dia ou ano ou mês é algo que so faz sentido quando aplicado ao nosso planeta. No fim de contas, o dia de Vénus dura mais do que um ano venusiano e em Marte teriamos mais meia hora por dia em comparação ao nosso ano. Pelo que o tempo é de facto abstracto quando atendemos à relatividade deste tipo de divisões.

Mas temos uma definição mais precisa de tempo: no Sistema Internacional (SI), define-se segundo como a duração de um numero de periodos (cerca de 9 mil milhões) na frequência de um tipo de radiação num átomo de Césio (veja, por exemplo, a definição de segundo na wikipédia).

Temos então uma definição para a "quantidade" tempo. Mas será isso suficiente?

A minha forma favorita de definir o Tempo é como uma dimensão extra na qual eventos que ocorrem no Universo podem ser ordenados e colocados em sequência. Basicamente permite-nos ordenar o que acontece noc Universo segundo uma sequência lógica. "Mas qual esta sequência?" poderá perguntar. A ordenação de eventos do Universo tem de seguir uma ordem concreta. Esta "seta do tempo" não decorre da maioria das leis físicas mas é "mencionada" em algumas delas, como por exemplo, a segunda lei da termodinâmica que diz que "a entropia de um sistema isolado só pode aumentar". Portanto, dado um sistema, os eventos que nele ocorrem têm de ocorrer de tal forma que a sua entropia total so aumente ou, no máximo, se mantenha igual.

Outra definição é o tempo segundo a expansão do Universo - o tempo tem de "correr" no sentido em que o Universo se expanda.

Estas três definições de tempo constituem aquilo a que Stephen Hawking chama das "três setas do tempo":

•  A seta psicológica - a nossa percepção da passagem do tempo.
•  A seta termodinâmica - com a definição de entropia.
•  A seta cosmológica - com a expansão do Universo.

Existem outras definições mais complicadas, claro. A Relatividade Geral de Einstein, por exemplo, atirou com a definição de Tempo como grandeza absoluta pela janela fora. Nesta teoria, tempo e espaço estão relacionados numa estrutura a que chamamos espaço-tempo e condições como o nosso movimento ou a gravidade alteram a nossa percepção da passagem do tempo. Já a mecânica quântica estabelece o conceito de "tempo de planck", que será a mais pequena divisão de tempo possivel e, portanto, a quantidade fundamental de tempo. 

Haverá gente mais especializada nestas áreas que lhe poderão fornecer respostas mais completas no que respeita a cosmologia e mecânica quântica. Os meus conhecimentos na matéria são limitados, infelizmente.

Se o inglês nao for incomodo, poderá querer visitar ainda este link, que tem um bom resumo da evolução da nossa compreensão de tempo.

Comments

Excelente. Muito obrigado pelo "tempo" despendido na resposta ;)

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A complexidade da questão vem de longe. Já Santo Agostinho ((354-430) se debatia com o tema e reflectiu profundamente sobre ele. Atribui-se-lhe a célebre frase: «O que é, por conseguinte, o tempo? Se ninguém me perguntar, eu sei; se o quiser explicar a quem me fizer a pergunta, já não sei».

Veja-se aqui a reflexão (mais pormenorizada) de Santo Agostinho sobre o tempo, avançada para a época em que viveu:

http://filosofiacienciaevida.uol.com.br/ESFI/Edicoes/33/artigo130300-1.asp

(atenção, neste link há 3 páginas, que vale a pena ler, e nessa janela, em baixo, passa-se de página).

Na relatividade restrita (TRR), a rapidez com que tempo flui depende da velocidade do referencial em que um fenómeno decorre, em relação ao observador.  Quanto maior a velocidade, mais lentamente o tempo decorre. Não estamos habituados a isto, pois o efeito só se torna significativo para velocidades da ordem de 10% da velocidade da luz, e esses 10% são quase 30 000 km/s (c= velocidade da luz no vácuo=299792,458 km/s). Ora, mesmo uma nave que fosse 1000x supersónica faria "apenas" 330 km/s, ou seja, cerca de 0,11% de c.   Para uma velocidade de 0,5c, 1 hora passada na nave valerá 1,1547 h para o observador em relação ao qual a velocidade da nave tem aquele valor. E para 0,99c, 1 hora valerá  7,089 h. Mas, para 0,99999c, já uma hora valerá umas impressionantes 223,607 h. Para quem quiser tentar com outros números, por exemplo 0,99999999 c, será

t = t₀ / SQR [(1- (v²/c²)] ,

onde t é o (intervalo de) tempo medido pelo observador exterior à nave, em relação ao qual esta se move à velocidade v. Quanto a t₀ é o correspondente (intervalo de) tempo medido dentro da nave. E c é a velocidade da luz no vácuo = 299 792 458 m/s. Por último, SQR é a abreviatura de raiz quadrada (dado não ser possível inserir aqui o símbolo gráfico adequado e tradicional).

Na relatividade geral (TRG), a rapidez com que tempo flui depende do campo gravitacional no referencial em que um fenómeno decorre, em relação ao observador não submetido a esse campo. Quanto mais intenso o campo gravitacional, mais lentamente o tempo decorre. Deixo o cálculo para os especialistas, como o Dr João Calhau e o Prof. Nelson Nunes.

Guilherme de Almeida