Cientistas da Universidade de Birmingham desenvolveram um experimento inovador que simula um mini universo, desafiando conceitos tradicionais sobre a natureza do tempo. Publicado na revista Physical Review Research, o estudo liderado pelo professor Giovanni Barontini mostra que o fluxo do tempo pode surgir naturalmente a partir de mudanças em um sistema quântico, sem depender de um relógio externo.

Uma nova abordagem sobre o tempo

A pesquisa questiona a noção de que o tempo é uma característica fundamental do universo. Teorias modernas da física, como a equação de Wheeler-DeWitt, sugerem que o tempo pode não existir como uma entidade inerente, mas sim como uma consequência das interações entre partículas. Nesse sentido, o experimento de Barontini oferece uma nova perspectiva sobre como o tempo pode ser percebido.

O experimento e seus resultados

No experimento, os pesquisadores criaram um universo quântico simplificado usando 24.000 átomos ultracongelados, resfriados a poucos bilhões de graus acima do zero absoluto. Esses átomos foram mantidos em um sistema isolado, dividido por uma barreira fina criada por dois feixes de laser de diferentes frequências. Essa configuração resultou em duas regiões: uma observada, chamada de região "brilhante", e outra não observada, a região "escura".

Dentro desse mini universo, a região brilhante expandiu e contraiu repetidamente, simulando um evento semelhante ao Big Bang e ao Big Crunch. Os resultados indicaram que o tempo pode emergir a partir das mudanças internas do sistema quântico, ao invés de ser uma constante externa. Essa descoberta sugere que o conceito de "tempo" pode estar mais ligado à evolução interna do sistema do que a uma contagem externa.

O papel da entropia na definição do tempo

Os pesquisadores descobriram que o tempo, em seu experimento, se manifestou a partir das mudanças na desordem (entropia) dos átomos ao se moverem entre as regiões brilhante e escura. Quando a distribuição de partículas na região brilhante aumentava ou diminuía, o sistema avançava no tempo. Por outro lado, quando essa distribuição se estabilizava, o tempo efetivamente parava.

Barontini introduziu o termo "tempo entrópico" para descrever esse fenômeno. Ele afirma que essa nova forma de tempo:

  • Flui em uma direção consistente, gerando uma clara "seta do tempo";
  • Ordena corretamente os eventos, mesmo com a expansão e contração do mini universo;
  • Pode acelerar ou desacelerar com a redistribuição da entropia.

O professor enfatiza que essa pesquisa fornece evidências experimentais controladas que desafiam a visão tradicional do tempo como um recurso externo, oferecendo novas perspectivas sobre a dinâmica do tempo na gravidade quântica.

Implicações para a física quântica e cosmologia

Além disso, os cientistas descobriram que uma versão da equação de Schrödinger pode ser expressa utilizando o tempo entrópico, permitindo previsões sobre como a "nuvem de probabilidade" de um sistema quântico evolui. Essa abordagem pode ajudar a resolver questões sobre a ordem dos eventos em um universo sem um relógio embutido.

O mini universo criado por Barontini representa uma plataforma experimental valiosa para testar teorias em cosmologia quântica e gravidade quântica, possibilitando investigações relacionadas ao início do universo e à natureza do tempo.