Na nossa experiência, as coisas nunca realmente chegam a um fim definitivo. Quando morremos, nossos corpos se decompõem e a matéria de que são feitos retorna à terra e ao ar, ajudando a formar nova vida. Então, de certa forma, vivemos através do que acontece depois. Mas poderia haver um tempo em que não haverá um “depois”? Infelizmente, segundo a física moderna, isso pode acontecer. O próprio tempo poderia parar, tudo congelaria e não haveria mais novos começos ou recuperações. O fim do tempo significaria o fim de todos os finais.

Essa ideia assustadora não era algo sobre o qual as pessoas pensavam antes da teoria da relatividade de Einstein, que explica a gravidade na ciência moderna. Antes disso, a maioria dos cientistas e pensadores acreditava que o tempo era como uma batida constante que o universo seguia sem mudar. Mas Einstein mostrou que o universo é mais como uma grande jam session musical, com ritmos diferentes. O tempo pode desacelerar, acelerar ou agir de maneiras inesperadas quando sentimos a gravidade nos puxando. Estamos realmente experimentando o tempo se movendo em um ritmo diferente. Objetos caem em áreas onde o tempo se move mais devagar.

O tempo não apenas passa, ele reage ao que está acontecendo ao seu redor, como músicos tocando juntos em um ritmo animado. Mas, às vezes, as coisas podem ficar caóticas e o tempo pode parecer desaparecer, como um baterista que se empolga demais e se esgota.

Quando o tempo atinge seus limites, os cientistas chamam esses momentos de singularidades. Essas podem marcar o início ou o fim do próprio tempo. A singularidade mais famosa é o Big Bang, que aconteceu cerca de 13,7 bilhões de anos atrás, dando início ao universo e ao tempo como o conhecemos. Se o universo algum dia parar de se expandir e começar a colapsar, isso poderia levar a uma reversão do Big Bang, chamada de Big Crunch, onde o tempo pararia. No entanto, o tempo não necessariamente termina em todos os lugares. Dentro de buracos negros, de acordo com a relatividade, o tempo chega ao fim enquanto continua fora no universo.

Buracos negros são notórios por sua natureza destrutiva, mas são ainda mais extremos do que comumente pensamos. Se você caísse em um buraco negro, não apenas seria dilacerado, mas eventualmente alcançaria um ponto chamado de singularidade no centro, onde sua linha do tempo cessaria. Não haveria renascimento de seus restos; eles não seriam reciclados. É como chegar ao fim de uma história, não apenas enfrentando a morte, mas vivenciando um colapso existencial.

Os físicos lutaram com a ideia perturbadora de que a relatividade prevê tal destino sombrio sem qualquer esperança de renovação. Mesmo hoje, eles não têm certeza de como interpretar isso. Singularidades são uma das principais razões pelas quais os físicos visam desenvolver uma teoria unificada da física, misturando a teoria de Einstein com a mecânica quântica para criar uma teoria da gravidade quântica. Parte desse esforço é motivada pela esperança de explicar as singularidades. No entanto, essa busca vem com cautela.

Embora o fim do tempo seja difícil de imaginar, a ideia de o tempo não terminar pode ser igualmente intrigante. Antes das contribuições de Albert Einstein, filósofos debatiam há muito tempo se o tempo poderia ter um fim. Emanuel Kant o via como uma antinomia, um conceito com argumentos de ambos os lados, deixando as pessoas incertas. Em termos filosóficos, uma antinomia refere-se a uma situação onde ambos os lados de um argumento têm pontos aparentemente válidos e contraditórios, levando a um estado de incerteza.

Kant, reconhecendo a complexidade do conceito de tempo, via isso como um tópico que poderia dar origem a perspectivas conflitantes. De um lado, argumentos poderiam ser feitos sugerindo que o tempo é infinito e contínuo, sem um fim concebível. Por outro lado, havia argumentos convincentes propondo que o tempo poderia ter limitações ou um fim concebível. Aristotle também lutou com essa ideia, sugerindo que o tempo não poderia ter um começo ou um fim. Cada momento marca tanto o fim de um período quanto o início de outro; cada evento é causado por algo e leva a algo mais, então como o tempo poderia algum dia parar? O que impediria o último evento de levar a outro?

Além disso, como você define o fim do tempo quando o próprio fim depende do conceito de tempo? O filósofo de Oxford Richard Swinburne argumenta que é logicamente impossível para o tempo terminar. Mas se o tempo é infinito, então o universo deve existir infinitamente, levantando questões complexas sobre o infinito que os filósofos acharam desafiadoras de compreender. A aceitação da Teoria do Big Bang e a descoberta de buracos negros inicialmente pareciam fornecer respostas. Eles sugeriram que o universo poderia enfrentar vários cenários catastróficos, do Big Crunch ao Big Rip, Big Freeze ou Big Break.

No entanto, entender o que realmente são as singularidades se tornou menos claro. Lawrence Sclar, um proeminente filósofo da física da Universidade de Michigan, observa que a física das singularidades permanece incerta e aberta à interpretação. A própria teoria que dá origem a esses fenômenos sugere que eles podem não existir de verdade. Por exemplo, no caso da Singularidade do Big Bang, segundo a Teoria da Relatividade, todo o material que eventualmente formou cada galáxia que observamos hoje foi comprimido em um único ponto matemático, um ponto com tamanho zero. Da mesma forma, dentro de um buraco negro, cada partícula de um astronauta azarado ou objeto é espremida em um ponto incrivelmente pequeno. Em ambos os cenários, os cálculos levam a dividir por um volume zero, resultando em infinito.

Há outros tipos de singularidades onde aspectos infinitos entram em jogo, embora não necessariamente densidade infinita. Enquanto os físicos modernos não evitam o infinito tanto quanto Aristóteles e Kant, eles ainda o veem como um sinal de advertência de que suas teorias podem estar alcançando seus limites. Pegue a teoria padrão da óptica dos raios, ensinada na escola, por exemplo. Embora explique lindamente coisas como prescrições de óculos e espelhos de parque de diversões, ela prevê que uma lente focaliza a luz de uma fonte distante em um único ponto matemático, criando um ponto de intensidade infinita. No entanto, na realidade, a luz se concentra em um padrão de alvo e sua intensidade, embora alta, é sempre finita. Essa discrepância surge porque a luz se comporta mais como uma onda do que como um raio.

Da mesma forma, a maioria dos físicos supõe que as singularidades cósmicas realmente têm uma densidade finita, embora muito alta. Eles acreditam que a Teoria da Relatividade falha em capturar completamente alguns aspectos importantes da gravidade ou da matéria perto das singularidades, o que, caso contrário, manteria a densidade sob controle. O físico James B. Hartle, da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, observa que muitos concordariam que essas singularidades indicam onde a teoria se quebra. Entender o que acontece nesses cenários extremos exige uma teoria mais abrangente, ou seja, uma teoria quântica da gravidade.

Os físicos ainda estão desenvolvendo essa teoria, mas esperam que ela incorpore uma percepção fundamental da mecânica quântica de que a matéria, como a luz, exibe propriedades ondulatórias. Essas propriedades devem desfocar a suposta singularidade em um pequeno pacote, em vez de um ponto, eliminando o erro matemático de dividir por zero. Se isso se mantiver verdadeiro, o tempo pode não chegar ao fim, afinal. Físicos debatem os dois lados do argumento. Alguns acreditam que o tempo realmente termina. No entanto, isso representa um desafio, porque as leis conhecidas da física operam dentro do tempo e descrevem como as coisas se movem e mudam.

Pontos finais do tempo exigiriam não apenas uma nova lei da física, mas um tipo completamente diferente de lei, uma que não dependa de conceitos temporais como movimento e mudança, mas que, em vez disso, enfatize princípios atemporais, como a simetria geométrica. Por exemplo, Brett McKinnis da Universidade Nacional de Cingapura propôs uma ideia baseada na teoria das cordas, uma líder candidata para uma teoria quântica da gravidade. Ele sugeriu que o universo primitivo pode ter tido a forma de um toro, uma estrutura semelhante a um donut. Teoremas matemáticos sobre toros ditam que ele deve ser perfeitamente uniforme e liso.

No entanto, em uma singularidade de Big Crunch ou buraco negro, o universo poderia assumir qualquer forma, e os mesmos princípios matemáticos podem não se aplicar. O universo poderia ser extremamente irregular. Tal lei geométrica da física difere das leis dinâmicas tradicionais em um aspecto crucial: ela carece de simetria no tempo. Nesse cenário, o fim não seria simplesmente o começo reproduzido ao contrário.

Outros pesquisadores no campo da gravidade quântica acreditam que o tempo se estende indefinidamente, sem começo ou fim. Eles veem o Big Bang como apenas uma transição significativa na vida contínua do universo. Segundo essa perspectiva, o universo pode ter começado a contrair em um Big Crunch antes de rebotar quando a densidade se tornou muito alta, um fenômeno conhecido como Big Bounce. Vestígios dessa era pré-histórica ainda podem existir hoje.

Da mesma forma, eles sugerem que o pacote singular no núcleo de um buraco negro pode se comportar como uma miniatura de estrela, fervendo e borbulhando. Se você caísse em um buraco negro, enquanto seria um fim doloroso, sua linha do tempo talvez não cessasse completamente. Em vez disso, suas partículas entrariam no pacote, deixando uma marca distinta que futuros observadores poderiam detectar na fraca luz emitida pelo buraco negro.

Ao propor que o tempo continua indefinidamente, os proponentes dessa visão evitam a necessidade de especular sobre um novo tipo de lei física. No entanto, eles encontram seus próprios desafios. Por exemplo, o universo tende a se tornar cada vez mais desordenado ao longo do tempo. Se ele existe para sempre, por que não está completamente caótico agora? Além disso, como a luz que carrega sua marca poderia escapar da intensa atração gravitacional de um buraco negro?

A luta com paradoxos e a compreensão do tempo não são exclusivas dos físicos. Filósofos têm enfrentado questões semelhantes por séculos. John Archibald Wheeler, uma figura proeminente na gravidade quântica, famosamente comentou: “A equação de Einstein diz que este é o fim e a física diz que não há fim.” Diante desse dilema, algumas pessoas concluem que a ciência pode nunca resolver definitivamente se o tempo tem um ponto final. Para eles, os limites do tempo também são os limites da razão e da observação empírica. No entanto, outros permanecem otimistas, acreditando que, com pensamento inovador, a física pode eventualmente fornecer uma resposta clara.

O físico Gary Horowitz da UC Santa Barbara afirma que não está além do domínio da física. A gravidade quântica deve ser capaz de fornecer uma solução definitiva. Enquanto físicos e filósofos lutam com o conceito do Fim do Tempo, muitos traçam paralelos com o fim da vida em si. Assim como a vida emerge de moléculas inanimadas se organizando, o tempo pode surgir de alguma substância atemporal que se auto-organiza. Um mundo com tempo é um mundo com estrutura intricada. O tempo nos ajuda a entender quando os eventos acontecem, quanto tempo duram e sua sequência. Talvez essa estrutura não seja imposta de fora, mas emergente de dentro, assim como o que é construído pode ser desmontado.

Quando essa estrutura se quebra, o tempo cessa de existir. De acordo com essa perspectiva, o fim do tempo não é mais perplexo do que a quebra de qualquer outro sistema complexo. Gradualmente, o tempo perde suas características definidoras e transita de existência para inexistência, muito como passar pelo crepúsculo.

O primeiro aspecto do tempo que pode desaparecer é sua direcionalidade unidirecional, a seta apontando do passado para o futuro. Os físicos entenderam desde meados do século XIX que essa seta não é uma propriedade inerente do próprio tempo, mas sim uma característica da matéria. O tempo, inerentemente, flui em ambas as direções. A seta que percebemos é simplesmente a progressão natural da matéria de ordem para desordem, um fenômeno familiar a qualquer pessoa que vive com animais de estimação ou crianças pequenas.

Esta ordem inicial pode decorrer dos princípios geométricos propostos por McKinnis. Se essa tendência continuar, o universo eventualmente alcançará um estado de equilíbrio conhecido como morte térmica, onde não poderá se tornar mais desordenado. Enquanto partículas individuais continuarão a se reorganizar, o universo como um todo parará de mudar e quaisquer relógios restantes oscilarão em ambas as direções. A distinção entre o futuro e o passado se turvará. Alguns físicos especularam que a seta do tempo pode se reverter, fazendo com que o universo se arrume.

No entanto, para seres mortais, cuja existência depende de uma seta do tempo avançando, tal reversão sinalizaria o fim do tempo tão certamente quanto a morte térmica. Pesquisas recentes sugerem que, junto com a seta do tempo, outro aspecto fundamental que o tempo pode perder é o conceito de duração. No nosso entendimento atual, o tempo é medido em unidades como segundos, dias e anos. Sem essas unidades, ainda poderíamos perceber eventos ocorrendo em ordem cronológica, mas seríamos incapazes de determinar sua duração.

Essa ideia é proposta por Roger Penrose, físico da Universidade de Oxford, em seu livro “Cycles of Time: An Extraordinary New View of the Universe.” Ao longo de sua carreira, Penrose tem se interessado profundamente pela natureza do tempo. Em colaboração com o físico Stephen Hawking nos anos 1960, ele demonstrou que singularidades, pontos de densidade infinita, deveriam ser uma característica comum do universo, não apenas em circunstâncias especiais. Além disso, Penrose argumentou que a matéria caindo em um buraco negro deixa de existir em qualquer sentido significativo e que o tempo pode não desempenhar um papel em uma Teoria Fundamental da Física.

Em sua obra mais recente, Penrose começa examinando o Universo primitivo. Naquela época, ele se assemelhava a uma coleção desordenada de partículas, muito como uma caixa de Legos espalhada pelo chão, aguardando montagem. Esta mistura caótica incluía quarks, elétrons e outras partículas elementares. Dessa bagunça, estruturas como átomos, moléculas, estrelas e galáxias foram formadas gradualmente, uma etapa de cada vez. O primeiro passo significativo ocorreu cerca de 10 microssegundos após o Big Bang, ou Big Bounce, como algumas teorias sugerem. Esse passo envolveu a criação de prótons e nêutrons, cada um consistindo de três quarks e medindo cerca de um femtômetro de diâmetro.

Antes desse evento, não havia estruturas coerentes; nada era composto de peças unidas. Consequentemente, não havia uma estrutura para a medição do tempo. Relógios dependem de uma referência estável, como o comprimento de um pêndulo ou o tamanho de órbitas atômicas. No entanto, nesse estágio inicial, não existia tal referência. Embora aglomerados de partículas pudessem ter se formado temporariamente, eles careciam de um tamanho fixo e, portanto, não podiam servir como uma referência de tempo confiável.

Mesmo quarks e elétrons individuais, os blocos de construção da matéria, não têm tamanho discernível quando examinados de perto. Eles aparecem como meros pontos para físicos de partículas. O único atributo que se assemelha a um tamanho é seu comprimento de onda de Compton, que determina a escala dos efeitos quânticos e é inversamente proporcional à massa. No entanto, mesmo essa escala rudimentar estava ausente antes de cerca de 10 picossegundos após o Big Bang, quando o processo responsável por conferir massa ainda não havia ocorrido.

“Não há como acompanhar o tempo”, explica Penrose, “sem nada capaz de marcar intervalos de tempo regulares, seja um attosegundo ou um femtosegundo, não faz diferença para as partículas na sopa primordial.” Penrose sugere que esse cenário não apenas caracteriza o passado distante, mas também o futuro distante. Mesmo após todas as estrelas terem se apagado, o universo será deixado com uma mistura sombria de buracos negros e partículas livres. Eventualmente, até mesmo os buracos negros decairão, deixando apenas as partículas para trás.

A maioria dessas partículas será sem massa, como fótons, tornando a construção de relógios impossível mais uma vez. Em cenários alternativos, onde o universo termina em eventos como um Big Crunch, os relógios não se sairiam melhor. Você pode pensar que a duração ainda existiria conceitualmente, mesmo que não pudesse ser medida. No entanto, pesquisadores questionam se uma quantidade que não pode ser medida, mesmo em teoria, realmente existe. Para eles, a incapacidade de construir um relógio sugere que o tempo em si perdeu uma de suas características definidoras.

“Se o tempo é o que é medido em um relógio e não há relógios, então não há tempo”, diz o filósofo da física Henrik Zinkernagel da Universidade de Granada, na Espanha, que também investigou o desaparecimento do tempo no universo. Apesar de sua elegância, o cenário de Penrose tem suas fraquezas. Nem todas as partículas no futuro distante serão sem massa; alguns elétrons provavelmente sobreviverão e deveria ser possível construir um relógio usando-os. Penrose sugere que os elétrons podem de alguma forma perder sua massa, mas ele admite que essa ideia é especulativa e incerta.

“Esse é um dos aspectos mais problemáticos dessa teoria”, ele reconhece. Além disso, se o universo primitivo não tinha senso de escala, como ele conseguiu expandir, se diluir e esfriar? No entanto, se a teoria de Penrose for verdadeira, ela tem uma implicação notável. Apesar de parecerem muito diferentes, com um sendo densamente embalado e o outro sempre se esvaziando, tanto o universo primitivo quanto o futuro remoto carecem de relógios e outras medidas de escala.

“O Big Bang se assemelha muito ao futuro distante”, observa Penrose. Ele ousadamente sugere que eles podem realmente representar diferentes estágios de um grande ciclo cósmico. Segundo essa ideia, quando o tempo atinge seu fim, ele faz um loop e volta para iniciar um novo Big Bang. Assim, Penrose, que passou sua carreira argumentando que singularidades marcam o fim do tempo, pode ter descoberto uma maneira de perpetuá-lo. O suposto matador do tempo se tornou seu salvador.

Mesmo que a duração perca seu significado e attosegundos e femtosegundos se misturem, o tempo não é inteiramente extinto. Ele ainda governa a sequência de causa e efeito. Ao contrário do espaço, que permite várias disposições de objetos dentro dele sem impor uma ordem específica, eventos que ocorrem sequencialmente no tempo, como digitar em um teclado e ver letras aparecerem na tela, estão inerentemente conectados. No entanto, relacionamentos espaciais entre objetos, como um teclado e um bloco de notas, podem ser não relacionados em certas circunstâncias.

Sob certas condições, o tempo pode perder até mesmo sua função básica de ordenação e se tornar semelhante a outra dimensão do espaço. Essa ideia remonta aos anos 1980, quando Hawking e Hartle propuseram que o Big Bang marcava a diferenciação do tempo e do espaço. Inspirados pela Teoria das Cordas, que sugere que nosso universo pode ser uma membrana flutuando em um espaço dimensional superior, esses pesquisadores teorizam que, sob condições específicas, o tempo poderia se fundir com o espaço.

Imagine nosso universo como uma folha flutuando ao vento, com nós presos nela como lagartas. Embora normalmente possamos nos mover livremente em nossa prisão quadridimensional, se a folha for agitada vigorosamente o suficiente, ficamos imobilizados. Para fazer qualquer progresso ao longo da membrana, precisaríamos viajar mais rápido que a velocidade da luz, o que é impossível. Consequentemente, todos os processos cessam, pois todos requerem algum tipo de movimento, o que se torna inatingível.

Visto de uma perspectiva externa, nossas linhas do tempo da vida, formadas por momentos sucessivos, não chegam realmente ao fim, mas, em vez disso, se curvam, tornando-se linhas através do espaço. Nesse cenário, a membrana permanece quadridimensional, mas todas as quatro dimensões se tornam dimensões espaciais. Objetos são compelidos pela membrana a acelerar cada vez mais perto da velocidade da luz até que suas trajetórias se tornem superluminais, efetivamente eliminando o tempo.

Importante

mente, indivíduos que vivenciam essa transformação podem não estar cientes disso, já que todos os relógios desacelerariam e parariam. Nós não perceberíamos que o tempo estava se transformando em espaço; em vez disso, observaríamos objetos, como galáxias, parecendo acelerar, um fenômeno frequentemente atribuído à energia escura pelos astrônomos. No entanto, essa aceleração poderia realmente sinalizar a transformação do tempo em espaço.

Neste estágio avançado, pode parecer que o tempo desapareceu completamente, ainda que uma aparência de tempo persista. Mesmo que não possamos definir duração ou relações causais, ainda podemos atribuir eventos a pontos específicos no tempo e organizá-los em uma linha do tempo.

Avanços recentes por grupos de teóricos das cordas exploram como o tempo pode perder essa última característica restante. Eles investigam o que acontece com o tempo nas singularidades de buracos negros, usando um dos conceitos fundamentais da teoria das cordas, o princípio holográfico. Um holograma é um tipo único de imagem que cria uma ilusão de profundidade, apesar de ser plano. Parece que um objeto sólido está suspenso no espaço 3D. O princípio holográfico sugere que todo o nosso universo opera como uma projeção holográfica.

Nessa analogia, um sistema complexo de partículas quânticas interagindo pode criar uma percepção de profundidade, adicionando uma dimensão espacial extra que não é inerente ao sistema original. No entanto, nem toda imagem pode ser um holograma; um padrão específico é necessário. Se um holograma for danificado ou arranhado, a ilusão é arruinada. Da mesma forma, nem todo sistema de partículas pode gerar um universo como o nosso; o sistema precisa de um padrão preciso.

Quando o sistema carece das regularidades necessárias inicialmente e depois as desenvolve, uma dimensão espacial emerge. Inversamente, se o sistema perde sua ordem, a dimensão desaparece. Considere o colapso de uma estrela em um buraco negro; enquanto a estrela parece tridimensional para nós, ela corresponde a um padrão em algum sistema de partículas 2D. À medida que a gravidade da estrela aumenta, o sistema plano correspondente vibra mais intensamente. Quando uma singularidade se forma, a ordem se quebra totalmente.

Esse processo é semelhante ao derretimento de um cubo de gelo; a disposição ordenada das moléculas de água se transforma no caos desordenado de um líquido. Assim, a terceira dimensão essencialmente se dissolve, e o tempo segue o mesmo caminho. Se você caísse em um buraco negro, o tempo exibido em seu relógio variaria dependendo de sua distância do centro do buraco, que é determinada dentro da dimensão espacial em colapso. À medida que essa dimensão se desintegra, seu relógio começaria a girar descontroladamente, tornando impossível determinar quando os eventos ocorrem ou onde os objetos estão localizados.

O conceito convencional de espaço-tempo deixa de existir. Em termos práticos, isso significa que espaço e tempo não fornecem mais uma estrutura para entender o mundo. Tentativas de medir as posições dos objetos revelam que eles parecem ocupar múltiplos locais simultaneamente; as distâncias espaciais perdem seu significado, pois os objetos podem aparentemente se teleportar de um lugar para outro sem atravessar o espaço intermediário.

Esse fenômeno até permite que a marca de um astronauta infeliz, que cruza o horizonte de eventos de um buraco negro — o ponto de não retorno — escape para fora. Se espaço e tempo desaparecem perto de uma singularidade, o horizonte de eventos perde sua definição clara.

Em essência, a Teoria das Cordas não apenas suaviza a suposta singularidade, substituindo-a por um conceito mais aceitável, enquanto deixa o resto do universo inalterado. Em vez disso, revela um colapso mais amplo das ideias de espaço e tempo, cujos efeitos se estendem muito além da própria singularidade. No entanto, a teoria ainda depende de uma noção fundamental de tempo dentro do sistema de partículas. Cientistas estão atualmente se esforçando para desenvolver um conceito de dinâmica que não pressuponha a existência de tempo. Até então, o tempo persiste obstinadamente; está profundamente enraizado na física e os cientistas ainda não conseguiram vislumbrar seu desaparecimento completo.

A ciência aborda o incompreensível ao decompor em etapas gerenciáveis; o mesmo se aplica ao Fim do Tempo. Refletir sobre o tempo leva a uma compreensão mais profunda do nosso lugar no universo como seres mortais. As qualidades que o tempo perderá gradualmente são essenciais para nossa existência: dependemos da unidirecionalidade do tempo para desenvolvimento e evolução, duração e escala para construir estruturas complexas, ordenação causal para que processos se desenrolem, e separação espacial para criar bolsões de ordem no mundo. À medida que essas qualidades se erodem, também se erode nossa capacidade de prosperar.

Enquanto podemos imaginar o fim do tempo, ninguém o experimentará diretamente, assim como não podemos estar conscientes no momento de nossa própria morte. À medida que nossos distantes descendentes se aproximam do fim do tempo, enfrentarão desafios crescentes em um universo hostil, e seus esforços apenas acelerarão o inevitável. Não somos vítimas passivas do declínio do tempo; contribuímos para ele através de nossa existência, convertendo energia em calor residual, contribuindo para a degeneração do universo. O tempo deve cessar para continuarmos vivendo.