Tempo na física

Em física, o tempo é definido por sua medição: tempo é o que um relógio mede.^[1] Na física clássica não-relativística, é uma grandeza escalar (frequentemente denotada pelo símbolo ${\displaystyle t}$) e, como comprimento, massa e carga elétrica, é geralmente descrita como uma grandeza fundamental. O tempo pode ser combinado matematicamente com outras grandezas físicas para derivar outros conceitos como movimento, energia cinética e campos dependentes do tempo. A é um complexo de questões tecnológicas e científicas, e parte da fundação da manutenção de registros.

Antes de existirem relógios, o tempo era medido por aqueles processos físicos^[2] que eram compreensíveis para cada época de civilização:^[3]

• a primeira aparição (ver: nascimento helíaco) de Sírio para marcar a inundação do Nilo a cada ano^[3]
• a sucessão periódica da noite e do dia, aparentemente eternamente^[4]
• a posição no horizonte da primeira aparição do sol ao amanhecer^[5]
• a posição do sol no céu^[6]
• a marcação do momento do meio-dia durante o dia^[7]
• o comprimento da sombra projetada por um gnômon^[8]

Eventualmente,^[9][10] tornou-se possível caracterizar a passagem do tempo com instrumentação, usando definições operacionais. Simultaneamente, nossa concepção de tempo evoluiu, como mostrado abaixo.^[11]

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de tempo é o segundo (símbolo: s). Ele foi definido desde 1967 como "a duração de 9 192 631 770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133", e é uma unidade básica do SI.^[12] Esta definição é baseada na operação de um relógio atômico de césio. Esses relógios tornaram-se práticos para uso como padrões de referência primários após cerca de 1955, e estão em uso desde então.

O carimbo de tempo UTC em uso mundial é um padrão de tempo atômico. A precisão relativa de tal padrão de tempo está atualmente na ordem de 10^−15[13] (correspondendo a 1 segundo em aproximadamente 30 milhões de anos). O menor passo de tempo considerado teoricamente observável é chamado de tempo de Planck, que é aproximadamente 5,391×10⁻⁴⁴ segundos – muitas ordens de magnitude abaixo da resolução dos padrões de tempo atuais.

O relógio atômico de césio tornou-se prático após 1950, quando avanços na eletrônica permitiram a medição confiável das frequências de micro-ondas que ele gera. À medida que novos avanços ocorreram, a pesquisa em relógios atômicos progrediu para frequências cada vez mais altas, que podem fornecer maior exatidão e maior precisão. Relógios baseados nessas técnicas foram desenvolvidos, mas ainda não estão em uso como padrões de referência primários.

Ver artigo principal: Tempo

Galileu, Newton e a maioria das pessoas até o século 20 pensavam que o tempo era o mesmo para todos em todos os lugares. Esta é a base para , onde o tempo é um parâmetro. A compreensão moderna do tempo é baseada na teoria da relatividade de Einstein, na qual as taxas de tempo funcionam de forma diferente dependendo do movimento relativo, e espaço e tempo são fundidos no espaço-tempo, onde vivemos em uma linha de mundo em vez de uma linha do tempo. Nesta visão, o tempo é uma coordenada. De acordo com o modelo cosmológico predominante da teoria do Big Bang, o próprio tempo começou como parte de todo o Universo há cerca de 13,8 bilhões de anos.

Para medir o tempo, pode-se registrar o número de ocorrências (eventos) de algum fenômeno periódico. As recorrências regulares das estações, os movimentos do sol, lua e estrelas foram notados e tabulados por milênios, antes das leis da física serem formuladas. O sol era o árbitro do fluxo do tempo, mas o tempo era conhecido apenas até a hora por milênios, daí o uso do gnômon ser conhecido em a maior parte do mundo, especialmente na Eurásia, e pelo menos até o sul das selvas do Sudeste Asiático.^[15]

Em particular, os observatórios astronômicos mantidos para fins religiosos tornaram-se precisos o suficiente para verificar os movimentos regulares das estrelas e até mesmo alguns dos planetas.

No início, a cronometragem era feita manualmente por sacerdotes e, em seguida, para o comércio, com vigilantes para anotar o tempo como parte de suas funções. A tabulação dos equinócios, a ampulheta, e o relógio de água tornaram-se cada vez mais precisos e, finalmente, confiáveis. Para navios no mar, ampulhetas marítimas eram usadas. Esses dispositivos permitiam aos marinheiros chamar as horas e calcular a velocidade de navegação.

Ricardo de Wallingford (1292–1336), abade da Abadia de St. Albans, construiu famosamente um relógio mecânico como um planetário astronômico por volta de 1330.^[16][17]

Na época de Ricardo de Wallingford, o uso de catracas e engrenagems permitiu que as cidades da Europa criassem mecanismos para exibir o tempo em seus respectivos relógios de torre; na época da revolução científica, os relógios tornaram-se miniaturizados o suficiente para as famílias compartilharem um relógio pessoal, ou talvez um relógio de bolso. No início, apenas reis podiam comprá-los. Relógios de pêndulo foram amplamente usados nos séculos 18 e 19. Eles foram amplamente substituídos no uso geral por relógios de quartzo e digitais. Relógios atômicos podem teoricamente manter o tempo preciso por milhões de anos. Eles são apropriados para padrões e uso científico.

Em 1583, Galileu Galilei (1564–1642) descobriu que o movimento harmônico de um pêndulo tem um período constante, o que ele aprendeu cronometrando o movimento de uma lâmpada balançando em movimento harmônico simples na missa na catedral de Pisa, com seu pulso.^[18]

Em suas Duas Novas Ciências (1638), Galileu usou um relógio de água para medir o tempo necessário para uma bola de bronze rolar uma distância conhecida em um plano inclinado; este relógio era:^[19]

A configuração experimental de Galileu para medir o literal fluxo do tempo, a fim de descrever o movimento de uma bola, precedeu a declaração de Isaac Newton em seu Principia, "Eu não defino tempo, espaço, lugar e movimento, como sendo bem conhecidos por todos."^[20]

As transformações galileanas assumem que o tempo é o mesmo para todos os referenciais.

Ver artigo principal: Física clássica

Por volta de 1665, quando Isaac Newton (1643–1727) derivou o movimento de objetos caindo sob gravidade, a primeira formulação clara para a física matemática de um tratamento do tempo começou: tempo linear, concebido como um relógio universal.

O mecanismo de relógio de água descrito por Galileu foi projetado para fornecer fluxo laminar da água durante os experimentos, fornecendo assim um fluxo constante de água para as durações dos experimentos, e incorporando o que Newton chamou de duração.

Nesta seção, as relações listadas abaixo tratam o tempo como um parâmetro que serve como um índice para o comportamento do sistema físico em consideração. Como os fluxos de Newton tratam um fluxo linear do tempo (o que ele chamou de tempo matemático), o tempo poderia ser considerado um parâmetro que varia linearmente, uma abstração da marcha das horas na face de um relógio. Calendários e diários de bordo poderiam então ser mapeados para a marcha das horas, dias, meses, anos e séculos.

Ver artigo principal: Seta do tempo

Em 1798, Benjamin Thompson (1753–1814) descobriu que o trabalho poderia ser transformado em calor sem limite – um precursor da conservação de energia ou

• 1ª lei da termodinâmica

Em 1824, Sadi Carnot (1796–1832) analisou cientificamente a máquina a vapor com seu ciclo de Carnot, um motor abstrato. Rudolf Clausius (1822–1888) observou uma medida de desordem, ou entropia, que afeta a quantidade continuamente decrescente de energia livre que está disponível para um motor de Carnot na:

• 2ª lei da termodinâmica

Assim, a marcha contínua de um sistema termodinâmico, de menor para maior entropia, a qualquer temperatura dada, define uma seta do tempo. Em particular, Stephen Hawking identifica três setas do tempo:^[22]

• Seta psicológica do tempo – nossa percepção de um fluxo inexorável.
• Seta termodinâmica do tempo – distinguida pelo crescimento da entropia.
• Seta cosmológica do tempo – distinguida pela expansão do universo.

Com o tempo, a entropia aumenta em um sistema termodinâmico isolado. Em contraste, Erwin Schrödinger (1887–1961) apontou que a vida depende de um "fluxo de entropia negativa".^[23] Ilya Prigogine (1917–2003) afirmou que outros sistemas termodinâmicos que, como a vida, também estão longe do equilíbrio, também podem exibir estruturas espaço-temporais estáveis que se assemelham à vida. Logo depois, as reações de Belousov–Zhabotinsky^[24] foram relatadas, que demonstram cores oscilantes em uma solução química.^[25] Esses ramos termodinâmicos de não equilíbrio atingem um ponto de bifurcação, que é instável, e outro ramo termodinâmico se torna estável em seu lugar.^[26]

Ver artigo principal: Equações de Maxwell

Em 1864, James Clerk Maxwell (1831–1879) apresentou uma teoria combinada de eletricidade e magnetismo. Ele combinou todas as leis então conhecidas relacionadas a esses dois fenômenos em quatro equações. Essas equações são conhecidas como equações de Maxwell para eletromagnetismo; elas permitem soluções na forma de ondas eletromagnéticas e se propagam a uma velocidade fixa, c, independentemente da velocidade da carga elétrica que as gerou.^[27]

O fato de que a luz é prevista para sempre viajar à velocidade c seria incompatível com a relatividade galileana se as equações de Maxwell fossem assumidas como válidas em qualquer referencial inercial (referencial com velocidade constante), porque as transformações galileanas preveem que a velocidade diminui (ou aumenta) no referencial de um observador viajando paralelo (ou antiparalelo) à luz.^[27]

Esperava-se que houvesse um referencial absoluto, o do éter luminífero, no qual as equações de Maxwell mantinham-se inalteradas na forma conhecida.

O experimento de Michelson-Morley falhou em detectar qualquer diferença na velocidade relativa da luz devido ao movimento da Terra em relação ao éter luminífero, sugerindo que as equações de Maxwell, de fato, eram válidas em todos os referenciais. Em 1875, Hendrik Lorentz (1853–1928) descobriu as transformações de Lorentz, que deixavam as equações de Maxwell inalteradas, permitindo que o resultado negativo de Michelson e Morley fosse explicado. Henri Poincaré (1854–1912) observou a importância da transformação de Lorentz e a popularizou. Em particular, a descrição do vagão de trem pode ser encontrada em A Ciência e a Hipótese, que foi publicado antes dos artigos de Einstein de 1905.^[27]

A transformação de Lorentz previu contração espacial e dilatação do tempo; até 1905, a primeira foi interpretada como uma contração física de objetos em movimento em relação ao éter, devido à modificação das forças intermoleculares (de natureza elétrica), enquanto a última era pensada para ser apenas uma estipulação matemática.^[27]

Ver artigos principais: Relatividade restrita e Relatividade geral

A relatividade especial de Albert Einstein de 1905 desafiou a noção de tempo absoluto, e só poderia formular uma definição de sincronização para relógios que marcam um fluxo linear de tempo:

Einstein mostrou que se a velocidade da luz não está mudando entre referenciais, o espaço e o tempo devem ser de tal forma que o observador em movimento medirá a mesma velocidade da luz que o estacionário porque a velocidade é definida pelo espaço e tempo:

${\displaystyle \mathbf {v} ={d\mathbf {r} \over dt}{\text{,}}}$ onde r é posição e t é tempo.

De fato, a transformação de Lorentz (para dois referenciais em movimento relativo, cujo eixo x é dirigido na direção da velocidade relativa)

${\displaystyle {\begin{cases}t'&=\gamma (t-vx/c^{2}){\text{ onde }}\gamma =1/{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}\\x'&=\gamma (x-vt)\\y'&=y\\z'&=z\end{cases}}}$

pode-se dizer que "mistura" espaço e tempo de maneira semelhante à forma como uma rotação euclidiana em torno do eixo z mistura as coordenadas x e y. As consequências disso incluem a relatividade da simultaneidade.

Mais especificamente, a transformação de Lorentz é uma rotação hiperbólica

${\displaystyle {\begin{pmatrix}ct'\\x'\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}\cosh \phi &-\sinh \phi \\-\sinh \phi &\cosh \phi \end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}ct\\x\end{pmatrix}}{\text{ where }}\phi =\operatorname {artanh} \,{\frac {v}{c}}{\text{,}}}$

que é uma mudança de coordenadas no espaço de Minkowski quadridimensional, uma dimensão do qual é ct. (No espaço euclidiano uma rotação ordinária

${\displaystyle {\begin{pmatrix}x'\\y'\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}\cos \theta &-\sin \theta \\\sin \theta &\cos \theta \end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}x\\y\end{pmatrix}}}$

é a mudança de coordenadas correspondente.) A velocidade da luz c pode ser vista como apenas um fator de conversão necessário porque medimos as dimensões do espaço-tempo em unidades diferentes; como o metro é atualmente definido em termos do segundo, ele tem o valor exato de 299 792 458 m/s. Precisaríamos de um fator semelhante no espaço euclidiano se, por exemplo, medíssemos a largura em milhas náuticas e a profundidade em pés. Na física, às vezes unidades de medida nas quais c = 1 são usadas para simplificar equações. O tempo em um referencial "em movimento" é mostrado para funcionar mais lentamente do que em um "estacionário" pela seguinte relação (que pode ser derivada pela transformação de Lorentz colocando ∆x′ = 0, ∆τ = ∆t′):

${\displaystyle \Delta t={{\Delta \tau } \over {\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$

onde:

${\displaystyle \Delta \tau }$ é o tempo entre dois eventos medido no referencial em movimento no qual eles ocorrem no mesmo lugar (por exemplo, dois tiques em um relógio em movimento); é chamado de tempo próprio entre os dois eventos; ${\displaystyle \Delta }$t é o tempo entre esses mesmos dois eventos, mas medido no referencial estacionário; v é a velocidade do referencial em movimento em relação ao estacionário; c é a velocidade da luz.

Objetos em movimento, portanto, são ditos mostrar uma passagem mais lenta do tempo. Isso é conhecido como dilatação do tempo. Essas transformações são válidas apenas para dois referenciais em velocidade relativa constante. Aplicá-las ingenuamente a outras situações dá origem a paradoxos como o paradoxo dos gêmeos. Esse paradoxo pode ser resolvido usando, por exemplo, a teoria geral da relatividade de Einstein, que usa a geometria riemanniana, geometria em referenciais acelerados e não inerciais. Empregando o tensor métrico que descreve o espaço de Minkowski:

${\displaystyle \left[(dx^{1})^{2}+(dx^{2})^{2}+(dx^{3})^{2}-c(dt)^{2})\right],}$

Einstein desenvolveu uma solução geométrica para a transformação de Lorentz que preserva as equações de Maxwell. Suas equações de campo dão uma relação exata entre as medições de espaço e tempo em uma determinada região do espaço-tempo e a densidade de energia dessa região. As equações de Einstein preveem que o tempo deve ser alterado pela presença de campos gravitacionais (ver a métrica de Schwarzschild):

${\displaystyle T={\frac {dt}{\sqrt {\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)dt^{2}-{\frac {1}{c^{2}}}\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)^{-1}dr^{2}-{\frac {r^{2}}{c^{2}}}d\theta ^{2}-{\frac {r^{2}}{c^{2}}}\sin ^{2}\theta ;d\phi ^{2}}}}}$

onde:

${\displaystyle T}$ é a dilatação gravitacional do tempo de um objeto a uma distância de ${\displaystyle r}$. ${\displaystyle dt}$ é a mudança no tempo de coordenada, ou o intervalo de tempo de coordenada. ${\displaystyle G}$ é a constante gravitacional ${\displaystyle M}$ é a massa gerando o campo ${\displaystyle {\sqrt {\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)dt^{2}-{\frac {1}{c^{2}}}\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)^{-1}dr^{2}-{\frac {r^{2}}{c^{2}}}d\theta ^{2}-{\frac {r^{2}}{c^{2}}}\sin ^{2}\theta ;d\phi ^{2}}}}$ é a mudança no tempo próprio ${\displaystyle d\tau }$, ou o intervalo de tempo próprio.

Ou pode-se usar a seguinte aproximação mais simples:

${\displaystyle {\frac {dt}{d\tau }}={\frac {1}{\sqrt {1-\left({\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)}}}.}$

Ou seja, quanto mais forte o campo gravitacional (e, portanto, maior a aceleração), mais lentamente o tempo funciona. As previsões da dilatação do tempo são confirmadas por experimentos de acelerador de partículas e evidências de raios cósmicos, onde partículas em movimento decaem mais lentamente do que suas contrapartes menos energéticas. A dilatação gravitacional do tempo dá origem ao fenômeno do desvio para o vermelho gravitacional e atrasos no tempo de viagem do sinal de Shapiro perto de objetos massivos como o sol. O Sistema de Posicionamento Global também deve ajustar os sinais para levar em conta esse efeito. De acordo com a teoria geral da relatividade de Einstein, uma partícula em movimento livre traça uma história no espaço-tempo que maximiza seu tempo próprio. Este fenômeno também é referido como o princípio do envelhecimento máximo, e foi descrito por Taylor e Wheeler como:^[28]

"Princípio do Envelhecimento Extremal: O caminho que um objeto livre toma entre dois eventos no espaço-tempo é o caminho para o qual o lapso de tempo entre esses eventos, registrado no relógio de pulso do objeto, é um extremo."

A teoria de Einstein foi motivada pela suposição de que cada ponto no universo pode ser tratado como um 'centro', e que, correspondentemente, a física deve agir da mesma forma em todos os referenciais. Sua teoria simples e elegante mostra que o tempo é relativo a um referencial inercial. Em um referencial inercial, a primeira lei de Newton é válida; ele tem sua própria geometria local e, portanto, suas próprias medições de espaço e tempo; não há 'relógio universal'. Um ato de sincronização deve ser realizado entre dois sistemas, no mínimo.

Há um parâmetro de tempo nas equações da mecânica quântica. A equação de Schrödinger^[29] é

${\displaystyle H(t)\left|\psi (t)\right\rangle =i\hbar {\partial \over \partial t}\left|\psi (t)\right\rangle }$

Uma solução pode ser

${\displaystyle |\psi _{e}(t)\rangle =e^{-iHt/\hbar }|\psi _{e}(0)\rangle }$.

onde ${\displaystyle e^{-iHt/\hbar }}$ é chamado de operador de evolução temporal, e H é o Hamiltoniano. Mas a representação de Schrödinger mostrada acima é equivalente à representação de Heisenberg, que tem uma semelhança com os colchetes de Poisson da mecânica clássica. Os colchetes de Poisson são substituídos por um comutador não nulo, digamos [H, A] para o observável A, e Hamiltoniano H:

${\displaystyle {\frac {d}{dt}}A=(i\hbar )^{-1}[A,H]+\left({\frac {\partial A}{\partial t}}\right)_{\mathrm {classical} }.}$

Esta equação denota uma relação de incerteza na física quântica. Por exemplo, com o tempo (o observável A), a energia E (do Hamiltoniano H) dá:

${\displaystyle \Delta E\Delta T\geq {\frac {\hbar }{2}}}$

onde

${\displaystyle \Delta E}$ é a incerteza na energia ${\displaystyle \Delta T}$ é a incerteza no tempo ${\displaystyle \hbar }$ é a constante de Planck reduzida

Quanto mais precisamente se mede a duração de uma sequência de eventos, menos precisamente se pode medir a energia associada a essa sequência, e vice-versa. Esta equação é diferente do princípio da incerteza padrão, porque o tempo não é um operador na mecânica quântica. Relações de comutador correspondentes também valem para o momento p e a posição q, que são variáveis conjugadas uma da outra, juntamente com um princípio de incerteza correspondente em momento e posição, semelhante à relação de energia e tempo acima. A mecânica quântica explica as propriedades da tabela periódica dos elementos. Começando com o experimento de Otto Stern e Walter Gerlach com feixes moleculares em um campo magnético, Isidor Rabi (1898–1988), foi capaz de modular a ressonância magnética do feixe. Em 1945, Rabi então sugeriu que essa técnica fosse a base de um relógio^[30] usando a frequência de ressonância de um feixe atômico. Em 2021, Jun Ye do JILA em Boulder, Colorado, observou a dilatação do tempo na diferença na taxa de tiques do relógio de rede óptica no topo de uma nuvem de átomos de estrôncio, do que na parte inferior dessa nuvem, uma coluna de um milímetro de altura, sob a influência da gravidade.^[31]

Pode-se dizer que o tempo é uma parametrização de um sistema dinâmico que permite que a geometria do sistema seja manifestada e operada. Foi afirmado que o tempo é uma consequência implícita do caos (ou seja, não linearidade/irreversibilidade): o tempo característico, ou taxa de produção de entropia de informação, de um sistema. Mandelbrot introduz o tempo intrínseco em seu livro Multifractals and ruído 1/f.

Khemani, Moessner e Sondhi definem um cristal de tempo como um "relógio estável, conservativo e macroscópico".^[32]:7

A sinalização é uma aplicação das ondas eletromagnéticas descritas acima. Em geral, um sinal faz parte da comunicação entre partes e lugares. Um exemplo pode ser uma fita amarela amarrada a uma árvore, ou o toque de um sino de igreja. Um sinal pode fazer parte de uma conversa, que envolve um protocolo. Outro sinal pode ser a posição do ponteiro das horas em um relógio da cidade ou uma estação de trem. Uma parte interessada pode desejar ver aquele relógio, para saber a hora. Ver: Bola do tempo, uma forma inicial de Sinal horário.

Nós, como observadores, ainda podemos sinalizar diferentes partes e lugares, desde que vivamos dentro de seu cone de luz passado. Mas não podemos receber sinais daquelas partes e lugares fora de nosso cone de luz passado. Junto com a formulação das equações para a onda eletromagnética, o campo das telecomunicações poderia ser fundado. Na telegrafia do século 19, circuitos elétricos, alguns atravessando continentes e oceanos, podiam transmitir códigos - simples pontos, traços e espaços. Disso, uma série de questões técnicas emergiram; ver Categoria:Sincronização. Mas é seguro dizer que nossos sistemas de sinalização podem ser apenas aproximadamente sincronizados, uma condição plesiócrona, da qual o jitter precisa ser eliminado. Dito isso, os sistemas podem ser sincronizados (em uma aproximação de engenharia), usando tecnologias como GPS. Os satélites GPS devem levar em conta os efeitos da gravitação e outros fatores relativísticos em seus circuitos. Ver: Sinal de auto-sincronização.

O padrão de tempo primário nos EUA é atualmente o NIST-F1, uma fonte de Cs resfriada a laser,^[33] o mais recente de uma série de padrões de tempo e frequência, desde o relógio atômico baseado em amônia (1949) até o NBS-1 baseado em césio (1952) até o NIST-7 (1993). A respectiva incerteza do relógio diminuiu de 10 000 nanossegundos por dia para 0,5 nanossegundos por dia em 5 décadas.^[34] Em 2001, a incerteza do relógio para o NIST-F1 era de 0,1 nanossegundos/dia. O desenvolvimento de padrões de frequência cada vez mais precisos está em andamento. Neste padrão de tempo e frequência, uma população de átomos de césio é resfriada a laser a temperaturas de um microkelvin. Os átomos se acumulam em uma bola moldada por seis lasers, dois para cada dimensão espacial, vertical (cima/baixo), horizontal (esquerda/direita) e frente/trás. Os lasers verticais empurram a bola de césio através de uma cavidade de micro-ondas. À medida que a bola é resfriada, a população de césio esfria até seu estado fundamental e emite luz em sua frequência natural, declarada na definição de segundo acima. Onze efeitos físicos são contabilizados nas emissões da população de césio, que são então controlados no relógio NIST-F1. Esses resultados são relatados ao BIPM. Além disso, um maser de hidrogênio de referência também é relatado ao BIPM como um padrão de frequência para o TAI (tempo atômico internacional). A medição do tempo é supervisionada pelo BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), localizado em Sèvres, França, que garante a uniformidade das medições e sua rastreabilidade ao Sistema Internacional de Unidades (SI) em todo o mundo. O BIPM opera sob a autoridade da Convenção do Metro, um tratado diplomático entre cinquenta e uma nações, os Estados Membros da Convenção, através de uma série de Comitês Consultivos, cujos membros são os respectivos laboratórios nacionais de metrologia.

Ver artigo principal: Cosmologia física

As equações da relatividade geral preveem um universo não estático. No entanto, Einstein aceitou apenas um universo estático e modificou a equação de campo de Einstein para refletir isso adicionando a constante cosmológica, que ele mais tarde descreveu como seu "maior erro". Mas em 1927, Georges Lemaître (1894–1966) argumentou, com base na relatividade geral, que o universo se originou em uma explosão primordial. Na quinta conferência de Solvay, naquele ano, Einstein o dispensou com "Vos calculs sont corrects, mais votre physique est abominable."^[35] ("Sua matemática está correta, mas sua física é abominável"). Em 1929, Edwin Hubble (1889–1953) anunciou sua descoberta do universo em expansão. O modelo cosmológico atualmente aceito, o modelo Lambda-CDM, tem uma constante cosmológica positiva e, portanto, não apenas um universo em expansão, mas um universo em expansão acelerada. Se o universo estava se expandindo, então ele deve ter sido muito menor e, portanto, mais quente e mais denso no passado. George Gamow (1904–1968) hipotetizou que a abundância dos elementos na Tabela Periódica dos Elementos poderia ser explicada por reações nucleares em um universo quente e denso. Ele foi contestado por Fred Hoyle (1915–2001), que inventou o termo 'Big Bang' para ridicularizá-lo. Fermi e outros observaram que esse processo teria parado depois que apenas os elementos leves fossem criados e, portanto, não explicava a abundância de elementos mais pesados.

A previsão de Gamow era uma temperatura de radiação de corpo negro de 5–10 kelvin para o universo, depois que ele esfriou durante a expansão. Isso foi corroborado pela descoberta de Penzias e Wilson em 1965. Experimentos subsequentes chegaram a uma temperatura de 2,7 kelvins, correspondendo a uma idade do universo de 13,8 bilhões de anos após o Big Bang. Este resultado dramático levantou questões: o que aconteceu entre a singularidade do Big Bang e o tempo de Planck, que, afinal, é o menor tempo observável. Quando o tempo pode ter se separado da espuma do espaço-tempo;^[37] há apenas pistas baseadas em simetrias quebradas (ver Quebra espontânea de simetria, Cronologia do Big Bang, e os artigos em Categoria:Cosmologia física). A relatividade geral nos deu nossa noção moderna do universo em expansão que começou no Big Bang. Usando relatividade e teoria quântica, fomos capazes de reconstruir aproximadamente a história do universo. Em nossa época, durante a qual as ondas eletromagnéticas podem se propagar sem serem perturbadas por condutores ou cargas, podemos ver as estrelas, a grandes distâncias de nós, no céu noturno. (Antes desta época, houve um tempo, antes que o universo esfriasse o suficiente para que elétrons e núcleos se combinassem em átomos cerca de 377.000 anos após o Big Bang, durante o qual a luz das estrelas não teria sido visível a grandes distâncias.)

A reprise de Ilya Prigogine é "O Tempo precede a existência". Em contraste com as visões de Newton, de Einstein e da física quântica, que oferecem uma visão simétrica do tempo (como discutido acima), Prigogine aponta que a física estatística e termodinâmica pode explicar fenômenos irreversíveis,^[38] assim como a seta do tempo e o Big Bang.

• Dinâmica relativística
• Categoria:Sistemas de unidades
• Tempo na astronomia

• Boorstein, Daniel J., The Discoverers. Vintage. 12 de fevereiro de 1985. ISBN 0-394-72625-1
• Dieter Zeh, H., The physical basis of the direction of time. Springer. ISBN 978-3-540-42081-1
• Kuhn, Thomas S., The Structure of Scientific Revolutions. ISBN 0-226-45808-3
• Mandelbrot, Benoît, Multifractals and 1/f noise. Springer Verlag. Fevereiro de 1999. ISBN 0-387-98539-5
• Prigogine, Ilya (1984), Order out of Chaos. ISBN 0-394-54204-5
• Serres, Michel, et al., "Conversations on Science, Culture, and Time (Studies in Literature and Science)". Março de 1995. ISBN 0-472-06548-3
• Stengers, Isabelle, and Ilya Prigogine, Theory Out of Bounds. University of Minnesota Press. Novembro de 1997. ISBN 0-8166-2517-4

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