Por que o tempo nunca anda para trás

Por que o tempo não anda para trás? Por que nos lembramos do passado e não do futuro? Para um grupo de físicos, as respostas a estas questões profundas e complexas podem surgir a partir de uma fonte bastante familiar: a gravidade.

Mesmo que o tempo seja uma parte fundamental de nossa experiência, as leis básicas da física parecem não se importar em qual direção ele se move. Por exemplo, as regras que governam as órbitas dos planetas funcionam da mesma forma se você ir para a frente ou para trás no tempo. Você pode reproduzir os movimentos do sistema solar em sentido inverso e eles parecem completamente normais, sem violar qualquer lei da física. Então, o que distingue o futuro do passado?

“O problema da seta do tempo tem incomodado mentes desde sempre”, afirma Flavio Mercati, do Instituto Perimeter de Física Teórica em Waterloo, no Canadá.

A maioria das pessoas que já pensou sobre a “flecha do tempo” diz que ela é determinada pela entropia, a quantidade de desordem em um sistema (um sistema pode ser uma tigela de cereal ou o universo). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia total de um sistema fechado sempre deve aumentar. E o tempo parece viajar na mesma direção que a entropia.

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Quando um cubo de gelo no seu copo derrete e dilui sua limonada, por exemplo, a entropia aumenta. Quando você faz um ovo mexido, a entropia aumenta. Ambos os exemplos são irreversíveis: você não pode refazer um cubo de gelo ou desmexer um ovo. A sequência de eventos – e assim o tempo também – segue somente em uma direção.

Se a seta do tempo acompanha o aumento da entropia, e se a entropia do universo está sempre aumentando, então isso significa que em algum momento no passado, a entropia deve ter sido baixa. É aí que reside o enigma: por que o universo estava em tal estado de baixa entropia?

De acordo com Mercati e os seus colegas, não houve este estado especial e inicial. Em vez disso, um estado que fica o tempo todo apontando para a frente surge naturalmente a partir de um universo ditado pela gravidade.

Para testar sua ideia, eles simularam o universo com uma coleção de 1.000 partículas que interagiam uma com a outra apenas pela gravidade, representando as galáxias e estrelas que flutuam em torno do cosmos.

Os pesquisadores descobriram que, independentemente de posições e velocidades iniciais, em algum momento, inevitavelmente, as partículas encontram-se agrupadas em uma bola antes de se dispersar novamente. Este momento de aglutinação é equivalente ao Big Bang, quando o universo inteiro estava espremido em um ponto infinitamente pequeno.

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Em vez de usar a entropia, os investigadores descrevem o seu sistema com uma quantidade que eles chamam de “complexidade”, que define como mais ou menos a razão entre a distância entre as duas partículas mais distantes uma da outra e a distância entre as duas partículas mais próximas uma da outra. Quando as partículas são aglutinadas, a complexidade é a mais baixa.

A ideia-chave, Mercati explica, é que este momento de menor complexidade surge naturalmente do grupo de interação gravitacional – não são necessárias condições iniciais especiais. A complexidade, em seguida, aumenta à medida que as partículas se dispersam, representando a expansão do universo e o progresso para a frente do tempo.

Mas aqui vai a ideia que vai explodir a sua cabeça: os eventos que ocorrem antes das partículas se aglomerarem, isto é, antes do “Big Bang”, orientam uma segunda direção do tempo. Se você seguir para trás os eventos a partir deste ponto, as partículas irão se dispersar a partir da aglomeração. Como a complexidade está aumentando para trás neste sentido, esta segunda seta do tempo também aponta para o passado. O que, de acordo com este segundo sentido do tempo, é na verdade o “futuro” de outro universo que existe do outro lado do Big Bang.

Mostrar como a direção temporal vem de um sistema tão simples, que segue a física clássica, é uma grande novidade, diz o físico Steve Carlip, da Universidade da Califórnia (EUA).

Porém, uma grande limitação deste modelo é que ele é baseado unicamente na física clássica, ignorando a mecânica quântica. Também não inclui a teoria da relatividade geral de Einstein. Não há energia escura ou qualquer outra coisa necessária para modelar com mais precisão o universo. Mas os pesquisadores estão pensando em como incorporar física mais realista para o modelo, que poderia, então, fazer predições testáveis, diz Mercati. “Então, você realmente teria a natureza dizendo se você está certo ou errado”.

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“Para mim, o maior problema é que há um monte de diferentes setas físicas de tempo”, aponta Carlip. A direção para a frente do tempo se manifesta de muitas maneiras que não envolvem gravidade. Por exemplo, a luz sempre irradia para longe de uma lâmpada, nunca em direção a ela. Um isótopo radioativo decai em átomos mais leves; você nunca vê o inverso. Por que uma flecha do tempo derivada da gravidade também empurraria outras flechas de tempo na mesma direção? Segundo Carlip, essa ainda é uma grande questão em aberto.