O relógio do universo pode ter tiques maiores do que imaginamos

O menor período de tempo concebível pode não ser maior que um milionésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo. Isso está de acordo com uma nova teoria que descreve as implicações de o universo ter uma propriedade semelhante a um relógio fundamental, cujos tiquetaques interagiriam com nossos melhores relógios atômicos. 

Tal ideia poderia ajudar os cientistas a se aproximarem de experimentos que iluminariam uma teoria de tudo, uma estrutura abrangente que reconciliaria os dois pilares da física do século 20 - a mecânica quântica, que olha para os menores objetos existentes, e a relatividade de Albert Einstein , que descreve as mais massivas.

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A maioria de nós tem alguma noção da passagem do tempo. Mas o que exatamente é o tempo?

"Não sabemos", disse Martin Bojowald, físico da Pennsylvania State University em University Park. "Sabemos que as coisas mudam e descrevemos essa mudança em termos de tempo."

A física apresenta duas visões conflitantes do tempo, acrescentou. Um, que vem da mecânica quântica, fala do tempo como um parâmetro que nunca para de fluir em um ritmo constante. O outro, derivado da relatividade, diz aos cientistas que o tempo pode se contrair e expandir para dois observadores que se movem em velocidades diferentes, que discordarão sobre o intervalo entre os eventos.

Na maioria dos casos, essa discrepância não é muito importante. Os domínios separados descritos pela mecânica quântica e pela relatividade dificilmente se sobrepõem. Mas certos objetos - como buracos negros, que condensam uma enorme massa em um espaço inconcebivelmente minúsculo - não podem ser totalmente descritos sem uma teoria de tudo conhecido como gravidade quântica.

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Em algumas versões da gravidade quântica, o próprio tempo seria quantizado, o que significa que seria feito de unidades discretas, que seriam o período de tempo fundamental. Seria como se o universo contivesse um campo subjacente que define a taxa mínima de tique para tudo dentro dele, mais ou menos como o famoso campo de Higgs que dá origem à partícula do bóson de Higgs que empresta massa a outras partículas. Mas para este relógio universal, "em vez de fornecer massa, ele fornece tempo", disse Bojowald.

Ao modelar esse relógio universal, ele e seus colegas foram capazes de mostrar que ele teria implicações para os relógios atômicos construídos por humanos, que usam a oscilação semelhante a um pêndulo de certos átomos para fornecer nossas melhores medições de tempo. De acordo com este modelo, os tiques dos relógios atômicos às vezes ficariam fora de sincronia com os tiques do relógio universal. 

Isso limitaria a precisão das medições de tempo de um relógio atômico individual, o que significa que dois relógios atômicos diferentes podem eventualmente discordar sobre quanto tempo passou um período de tempo. Dado que nossos melhores relógios atômicos concordam uns com os outros e podem medir tiques tão pequenos quanto 10 ^ (menos 19) segundos, ou um décimo de um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo, a unidade fundamental de tempo não pode ser maior que 10 ^ ( menos 33) segundos, de acordo com o artigo da equipe, que apareceu em 19 de junho na revista Physical Review Letters.

"O que mais gosto no papel é a limpeza do modelo", disse Esteban Castro-Ruiz, físico quântico da Université Libre de Bruxelles, na Bélgica, que não esteve envolvido no trabalho. "Eles obtêm um limite real que você pode, em princípio, medir, e eu acho isso incrível." 

Pesquisas desse tipo tendem a ser extremamente abstratas, acrescentou ele, por isso foi bom ver um resultado concreto com consequências observacionais para a gravidade quântica, o que significa que a teoria poderia um dia ser testada. 

Embora a verificação de que essa unidade fundamental de tempo existe esteja além de nossas capacidades tecnológicas atuais, é mais acessível do que propostas anteriores, como o tempo de Planck, afirmaram os pesquisadores em seu artigo. Derivado de constantes fundamentais, o tempo de Planck definiria os menores tiques mensuráveis ​​em 10 ^ (menos 44) segundos, ou um décimo milésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo, de acordo com o Universo Hoje.

Se há ou não algum período de tempo menor que o tempo de Planck é motivo de debate, já que nem a mecânica quântica nem a relatividade podem explicar o que acontece abaixo dessa escala. “Não faz sentido falar de tempo além dessas unidades, pelo menos nas nossas teorias atuais”, disse Castro-Ruiz. 

Como o próprio universo começou como um objeto massivo em um espaço minúsculo que então se expandiu rapidamente, Bojowald disse que as observações cosmológicas, como medições cuidadosas da radiação cósmica de fundo, uma relíquia do Big Bang, podem ajudar a restringir o período fundamental de tempo para um nível ainda menor.