O tempo existe como uma propriedade fundamental?

As primeiras medições de tempo eram observações dos ciclos do mundo natural, usando padrões de mudanças do dia para a noite e de estação para estação para construir calendários. Medições de tempo mais precisas, como relógios de sol e mecânicos, eventualmente surgiram para enquadrar o tempo em caixas mais convenientes. Mas o que exatamente estamos medindo? O tempo é algo que existe fisicamente ou está apenas em nossas cabeças e nos tic-tacs de nossos relógios?

A princípio, a resposta parece óbvia: é claro que o tempo existe; ele se desdobra constantemente ao nosso redor, e é difícil imaginar o universo sem ele.

Mas nossa compreensão do tempo começou a se complicar graças a Einstein. Sua teoria da relatividade nos diz que o tempo passa para todos, mas nem sempre na mesma velocidade para pessoas em diferentes situações, como aquelas que viajam perto da velocidade da luz ou orbitam um buraco negro supermassivo.

Einstein resolveu a maleabilidade do tempo combinando-o com o espaço para definir o espaço-tempo, que pode se curvar, mas se comporta de maneiras consistentes e previsíveis.

A teoria de Einstein parecia confirmar que o tempo está entrelaçado na própria estrutura do universo. Mas há uma grande questão que ela não resolveu completamente: por que podemos nos mover pelo espaço em qualquer direção, mas pelo tempo em apenas uma?

Não importa o que façamos, o passado está sempre, teimosamente, para trás. Isso é chamado de flecha do tempo.

Quando uma gota de corante alimentício é colocada em um copo d'água, instintivamente sabemos que o corante se dissipará da gota, eventualmente enchendo o copo. Imagine observar o oposto acontecer. Aqui, reconheceríamos o tempo como se desenrolando para trás.

Vivemos em um universo onde o corante alimentício se espalha na água, não em um universo onde se acumula. Na física, isso é descrito pela Segunda Lei da Termodinâmica, que afirma que os sistemas adquirem desordem, ou entropia, ao longo do tempo.

Os sistemas em nosso universo passam da ordem para a desordem, e é essa propriedade do universo que define a direção da seta do tempo.

Então, se o tempo é uma propriedade tão fundamental, deveria estar em nossas equações mais fundamentais que descrevem o universo, certo?

Atualmente, temos dois conjuntos de equações que regem a física. A relatividade geral descreve o comportamento de coisas muito grandes, enquanto a física quântica explica as muito pequenas.

Um dos maiores objetivos da física teórica ao longo do último meio século tem sido reconciliar as duas em uma "teoria de tudo" fundamental. Houve muitas tentativas, nenhuma ainda comprovada, e elas tratam o tempo de maneiras diferentes.

Curiosamente, uma das candidatas, chamada equação de Wheeler-DeWitt, não inclui o tempo de forma alguma. Como todas as teorias atuais sobre tudo, essa equação é especulativa.

Mas, como um experimento mental, se ela ou uma equação similar, baseada na escassez de tempo, se mostrasse verdadeira, isso significaria que o tempo não existe, no nível mais fundamental?

Será que o tempo poderia ser apenas algum tipo de ilusão gerada pelas limitações da maneira como percebemos o universo?

Ainda não sabemos, mas talvez essa seja a maneira errada de pensar sobre isso. Em vez de perguntar se o tempo existe como uma propriedade fundamental, talvez ele pudesse existir como uma propriedade emergente.

Propriedades emergentes são coisas que não existem em partes individuais de um sistema, mas existem para o sistema como um todo. Cada molécula de água individual não tem uma maré, mas o oceano inteiro tem.

Um filme cria mudanças ao longo do tempo usando uma série de imagens estáticas que parecem ter uma mudança fluida e contínua entre elas.

Folheando as imagens com rapidez suficiente, nossos cérebros percebem a passagem do tempo a partir da sequência de imagens estáticas.

Nenhum quadro individual do filme muda ou contém a passagem do tempo, mas é uma propriedade que surge da maneira como as peças são unidas. O movimento é real, mas também é uma ilusão.

Poderia a física do tempo ser, de alguma forma, uma ilusão semelhante? Os físicos ainda estão explorando essas e outras questões, então estamos longe de uma explicação completa. Pelo menos por enquanto.