A Seta do Tempo, Entropia e Caos
Por que nós nos lembramos do passado, mas não do futuro? Pelo mesmo motivo que nós nascemos, vivemos e depois morremos, sempre necessariamente nessa ordem. Sempre. A resposta está relacionada com a natureza do tempo.
Por Pedro Henrique Oliveira Toscano Ximenes
Por que nós nos lembramos do passado, mas não do futuro? Pelo mesmo motivo que nós nascemos, vivemos e depois morremos, sempre necessariamente nessa ordem. Sempre. A resposta está relacionada com a natureza do tempo.
Existem, de fato, quatro dimensões que regem o universo: três dimensões espaciais (as quais conhecemos como altura, largura e profundidade) e uma dimensão temporal, chamada simplesmente de tempo.
Todas as dimensões espaciais precisam de um referencial para que a diferença entre elas seja perceptível. Imagine-se como um astronauta perdido no espaço com absolutamente nada à vista, nem mesmo estrelas. O que seria profundidade, altura ou largura? Como compará-las ou distingui-las? Não é possível, também, estabelecer os conceitos de direção ou sentido. Porém, não é o que acontece com a dimensão temporal.
O tempo segue em uma única direção. Independentemente da situação, sempre é possível distinguir o passado do futuro. Você sempre será mais velho amanhã do que é hoje e mais novo na última semana do que foi ontem. Esta é a natureza do tempo: unidirecional.
Figura 1. Seta do tempo psicológica (existem lembranças apenas do passado).
Por que a fumaça nunca volta para o cigarro? Por que se alguém jogar uma bola de sorvete em um copo com água jamais será possível ter de volta a bola de sorvete e água no mesmo estado anterior? Por que as moléculas tendem a se afastar umas das outras? Isso ocorre porque o Universo, seguindo sua única direção temporal, tende a evoluir para um estado de dissipação e desordem, o que é conhecido como o Princípio da Entropia.
Entropia é uma grandeza que mede o nível de desorganização e irreversibilidade de um sistema e está diretamente relacionada com a seta do tempo. Em 1929, Edwin P. Hubble estabeleceu a relação entre a velocidade de uma galáxia e a sua distância à Terra, o que ficou conhecido como Lei de Hubble, e desde então sabemos que o Universo está em expansão. Analisando o Universo como um sistema qualquer, como a fumaça do cigarro e a maioria dos processos na natureza, podemos inferir que a entropia aumenta nesses sistemas simplesmente por uma questão de probabilidade: existem muito mais maneiras em que um sistema pode estar desorganizado do que o contrário. Por exemplo, a probabilidade de que um quebra-cabeça novo dentro de uma caixa esteja montado é absurdamente menor do que a probabilidade de que ele esteja desordenado.
Com o evidente e, provavelmente, ininterrupto aumento da entropia, pode-se concluir que em algum momento a completa desordem existirá. O Universo, portanto, tende a evoluir para o Caos, estado onde impera uma aparente aleatoriedade e imprevisibilidade de todo o sistema.
Figura 2. Sistema de baixa entropia (ordem) e sistema de alta entropia (desordem).
Imagine que fosse possível reverter a seta do tempo. O Universo estaria em contração e cada vez mais próximo do Big Bang, estaria também cada vez mais quente, mais denso e mais organizado à medida que se aproxima do tempo zero. As quatro forças fundamentais da natureza (as forças Fraca, Forte, Eletromagnética e Gravitacional) se uniriam em uma “Super Força”. Esse é o cenário da formação do Universo: extrema organização e baixa entropia. Esse fato, entretanto, pode levar a mais uma pergunta: “se existem muito mais maneiras de um sistema estar desorganizado, por que o Universo se encontrava nesse estado de tão baixa entropia para poder ter início?”.
Figura 3: As forças fundamentais da natureza unidas em uma única “Super Força”.
Segundo Ilya Prigogine, vencedor do Prêmio Nobel de Química por seus estudos em processos irreversíveis e estruturas dissipativas, a ordem e organização podem ser simplesmente geradas por sistemas caóticos de modo espontâneo, por meio de um sistema de auto-organização.
Imagine-se em uma sala fechada e que todas as moléculas do ar se “organizem” no canto da sala, sufocando-o. A probabilidade de que isso ocorra é extremamente baixa, mas ela existe. Se fosse possível que você passasse um tempo literalmente infinito dentro dessa sala, esse evento ocorreria com certeza em algum momento. Alguns cientistas defendem que o Universo teria surgido dessa forma, em meio ao Caos, por acaso uma determinada região se organizou e permitiu a origem do Universo em que vivemos. Essa teoria poderia explicar, também, a existência de Multiversos (regiões de baixa entropia em um sistema muito maior dariam origem a Universos separados).
O fato é que ninguém sabe a resposta, a ciência não consegue explicar ainda a razão da baixa entropia no início do Universo. Mas, quando essa pergunta for respondida, espera-se entender o motivo pelo qual a seta do tempo flui em uma única direção.
“Não temos medo de admitir o que não sabemos. Não há vergonha nisso. A única vergonha é achar que temos todas as respostas.”
Neil deGrasse Tyson
Referências:
Uma Breve História do Tempo. Stephen Hawking. Intrínseca, 2015.
Sean Carroll: Distant time and the hint of a multiverse. TED Talks. Disponível em https://www.ted.com/talks/sean_carroll_distant_time_and_the_hint_of_a_multiverse#t-10960 . Acesso em 18 de agosto de 2016.
Brian Cox: CERN’s supercollider. TED Talks. Disponível em https://www.ted.com/talks/brian_cox_on_cern_s_supercollider . Acesso em 18 de agosto de 2016.
The Arrow of Time. Disponível em http://www.exactlywhatistime.com/physics-of-time/the-arrow-of-time/ . Acesso em 16 de agosto de 2016.
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