Seta de tempo

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A seta do tempo é definida como o fenômeno (real, observável e complexo) tal que um sistema físico evolui de um estado inicial X no tempo t para um estado final X * no tempo t * (com t *> t) e não retornará nunca a X a qualquer momento após t *.

Quase todos os processos físicos no nível microscópico são simétricos em relação ao tempo ; na verdade, as equações usadas para descrevê-los têm a mesma forma, mesmo que a direção do tempo seja invertida. No nível macroscópico, por outro lado, aplica-se a segunda lei da termodinâmica , ou lei da entropia , segundo a qual o grau de desordem em um sistema isolado aumenta com o tempo de maneira espontaneamente irreversível. Nesse sentido, a entropia pode ser usada para indicar a direção em que o tempo está se movendo.

Este não é o único exemplo: no nível macroscópico, fenômenos como fricção , viscosidade e dissipação de energia produzem uma flecha do tempo.

A seta termodinâmica do tempo

Foi declarado [ por quem? ] que a flecha do tempo como percebida por nós - fornecendo passado e futuro distintos - é o resultado da influência da segunda lei da termodinâmica na evolução do cérebro. Para lembrar de algo, nossa memória muda de um estado desordenado para um estado mais ordenado, ou de um estado ordenado para outro. Para ter certeza de que o novo estado está correto, é preciso consumir energia para fazer o trabalho e isso aumenta a desordem no resto do Universo. Sempre há um aumento maior na desordem do que a ordem adquirida pela nossa memória, de modo que a flecha do tempo em que nos lembramos das coisas tem a mesma direção que aquela em relação à qual a desordem do Universo aumenta.

De acordo com a hipótese do Big Bang , o Universo estava inicialmente muito quente, com energia distribuída uniformemente. À medida que o Universo se expande, sua temperatura cai, deixando menos energia disponível para realizar trabalhos úteis no futuro do que no passado. Portanto, o próprio Universo tem uma seta termodinâmica definida.

Aumento da entropia

Além da consciência e da percepção do tempo, a segunda lei da termodinâmica caracteriza a direção de qualquer transformação real. Se o universo é um sistema isolado, o que significa que nada está fora do universo, sua entropia aumenta continuamente. Portanto, não é possível uma transformação reversível, em que o estado final é idêntico ao inicial [ sem fonte ] , pois esses dois diferem em pelo menos uma quantidade física, o aumento da entropia. A entropia aumenta a cada instante do tempo, não em todos os pontos do espaço, ou seja, é válida para um sistema macroscópico, não para a partícula única, tanto para o que resulta do princípio da incerteza de Heisenberg quanto para o que resulta da equação de Boltzmann .

Na mecânica estatística, a entropia é definida até uma constante, como o logaritmo natural de W, o número de microestados consistente com as condições de contorno do sistema:

é a constante de Boltzmann .

Se a entropia aumenta devido ao segundo princípio , também aumenta o número de microestados que o sistema pode assumir, sua desordem microscópica . Diante de uma configuração de partículas muito variável, pode parecer que o a o nível macroscópico tende a uma ordem crescente [ pouco claro ] .

A flecha eletromagnética do tempo

O fato de que ondas eletromagnéticas divergentes, em vez de convergentes, são tipicamente observadas cria outra flecha do tempo. [ carece de fontes? ] Por exemplo, na ausência de qualquer radiação incidente, a emissão espontânea é facilmente observada, enquanto a absorção na ausência de radiação nunca é observada. Esta seta tem muitas semelhanças com a seta termodinâmica.

Um exemplo de irreversibilidade

Considere a situação em que um grande recipiente é preenchido com dois líquidos separados, como uma tintura de um lado e água do outro. Sem barreiras entre os dois líquidos, as oscilações aleatórias das moléculas tornam os líquidos cada vez mais misturados com o passar do tempo. No entanto, uma vez que os líquidos são misturados, a tinta e a água deixadas sozinhas não devem se separar novamente.

Agora imagine que o experimento seja repetido, mas desta vez com um recipiente muito pequeno com apenas algumas moléculas (talvez apenas 10). Dado um período de tempo relativamente curto, pode-se imaginar que - por acaso - as moléculas se separam por um instante, com todas as moléculas de corante de um lado e todas as moléculas de água do outro. Este resultado é formalizado no teorema da flutuação .

A separação não é impossível para as moléculas no grande recipiente, apenas muito improvável, a ponto de nunca acontecer - mesmo que um tempo igual à idade do Universo estivesse disponível. Os líquidos começam em um estado altamente ordenado e sua entropia, ou desordem, aumenta com o tempo.

Se o recipiente grande for observado no início do processo de mistura, ele pode ser encontrado em um estado de mistura parcial. Seria razoável concluir que, sem intervenção externa, o líquido atingiu esse estado porque era mais ordenado no passado, quando havia maior separação, e será mais desordenado, ou misto, no futuro.

Contra-evidência

Existem vários argumentos contra a ideia da irreversibilidade do tempo. [ quais? ] Dada a equação hamiltoniana:

(energia, massa, velocidade da luz no vácuo, momento)

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