Um grupo de físicos da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, demonstrou que o fluxo do tempo pode surgir dentro de um sistema fechado, sem referência a um relógio externo. O trabalho, liderado pelo professor Giovanni Barontini, recorreu a um “mini-universo” constituído por 24 mil átomos de rubídio mantidos perto do zero absoluto em câmara criogénica. O resultado indica que a sucessão de eventos pode ser ordenada a partir de transformações internas, conceito descrito pelos autores como “tempo entrópico”.
Como o experimento foi concebido
O dispositivo experimental isolou os átomos num ambiente ultrafrio e os separou por uma barreira óptica formada por dois feixes de laser de frequências distintas. Essa barreira criou duas regiões: uma porção “brilhante”, visível aos instrumentos, e outra “escura”, não observável diretamente. Dentro desse cenário, os átomos podiam migrar de forma restrita entre os dois setores sem qualquer interação com o exterior, preservando assim um sistema efetivamente fechado.
As medições mostraram que a zona brilhante passava por ciclos de expansão e colapso, comportamento comparado a um Big Bang e a um Big Crunch em escala microscópica. Esse vai-e-vem interno ocorria independentemente de qualquer marcação temporal tradicional, pois não havia relógio no interior da câmara. Todos os dados foram obtidos por técnicas de imagem que registravam a distribuição dos átomos em intervalos definidos apenas pelos operadores.
Entropia como seta temporal
A análise concentrou-se na maneira como a dispersão dos átomos — interpretada como entropia — variava ao longo dos ciclos. Quando a distribuição na região observável se tornava mais heterogénea, o grupo definiu que o “tempo interno” avançava. Quando a configuração permanecia estática, considerou-se que o tempo efetivamente parava. Essa relação direta entre mudança entrópica e ordenação de eventos levou Barontini a cunhar o termo “tempo entrópico”.
Segundo o investigador, três propriedades sustentam a proposta. Primeiro, o fluxo interno apresenta direção única, ou seja, não há inversão espontânea da sequência de estados. Em segundo lugar, a métrica local organiza corretamente as fases de expansão e contração, fornecendo um antes e um depois sem necessidade de referência externa. Por fim, a taxa de passagem do tempo parece acelerar ou desacelerar em concordância com a velocidade de variação da entropia.
Implicações para a física fundamental
O estudo dialoga com um impasse antigo da física teórica: a ausência de uma definição consensual de tempo compatível com mecânica quântica e relatividade geral. Algumas abordagens cosmológicas sugerem que o Universo, tomado como sistema completo, não possui parâmetro temporal intrínseco. Nessa perspectiva, a noção de “antes” e “depois” exigiria um relógio externo hipotético, o que gera um paradoxo lógico. O resultado obtido em laboratório indica que processos quânticos podem estabelecer sua própria cronologia, dispensando uma régua temporal exterior.
Embora o mini-universo seja extremamente simples comparado ao cosmos real, ele oferece evidência empírica de que a seta do tempo pode emergir de fenómenos estatísticos internos. Para Barontini, a observação serve de ponto de partida para programas de pesquisa em gravidade quântica, área que busca compatibilizar a geometria do espaço-tempo da relatividade com o comportamento probabilístico da mecânica quântica.
Limitações e próximos passos
Os autores reconhecem que o sistema estudado envolve poucos graus de liberdade quando comparado ao Universo macroscópico. Além disso, a experiência depende de condições experimentais extremas, como temperaturas nano-kelvin e isolamento quase perfeito. O desafio agora consiste em comprovar se a relação entre entropia e ordenação de eventos se mantém em configurações mais complexas, com maior número de partículas ou em regimes menos controlados.
Imagem: Tecnologia Inovação Notícias
Outro objetivo futuro é investigar se o “tempo entrópico” poderia convergir para a noção clássica de tempo sob determinadas condições, aproximando-se da escala cotidiana. Essa transição de regime, se confirmada, ajudaria a explicar por que percepcionamos o tempo como contínuo e uniforme, embora em escala microscópica ele possa depender de variáveis internas.
Repercussão na comunidade científica
Pesquisadores de diferentes institutos identificaram no trabalho de Birmingham uma abordagem experimental rara ao problema do tempo. Normalmente, a questão é tratada em modelos teóricos ou simulações numéricas. A possibilidade de observar a emergência de uma seta temporal em laboratório reforça a busca por ponte entre teoria e prática. No entanto, especialistas alertam que extrapolações para escalas maiores devem ser feitas com cautela, pois fatores como gravidade, interação eletromagnética abrangente e expansão cósmica não entram no cenário do mini-universo.
Metodologia detalhada
Para formar a barreira óptica, a equipa empregou dois lasers com frequências ligeiramente desviadas para criar um potencial duplo que confinou os átomos de rubídio em poços distintos. A câmara foi resfriada por evaporação até atingir temperaturas próximas a 100 nano-kelvin. Imagens de absorção capturadas por CCD permitiram calcular a densidade atómica em série temporal. Esses dados foram processados para extrair a variação de entropia local, definindo-se um parâmetro interno equivalente a “t”.
Com base nesse parâmetro, os cientistas reconstruíram a cronologia dos estados sem utilizar o relógio do laboratório. Foram realizados vários ciclos de expansão e colapso, demonstrando que o método conseguia ordenar corretamente eventos repetitivos e não lineares, reforçando a robustez da métrica interna proposta.
Conclusões preliminares
O experimento fornece a primeira evidência controlada de que sistemas quânticos isolados podem gerar sua própria métrica temporal baseada em mudanças de entropia. Embora ainda seja cedo para afirmar que o Universo inteiro funcione segundo o mesmo princípio, a demonstração prática amplia o debate sobre a natureza do tempo e oferece uma ferramenta empírica para testar hipóteses de gravidade quântica.
Para a comunidade de física, o resultado sublinha a importância de plataformas experimentais ultrafrias como laboratórios de cosmologia em miniatura. Já para áreas aplicadas, entender como sistemas quânticos criam métricas internas pode influenciar o desenvolvimento futuro de tecnologias de sincronização e computação quântica, onde a gestão precisa de fases e intervalos temporais é crucial.
