Astrônomos propõem local no universo onde o tempo pode fluir de forma diferente

Novos cálculos indicam que estrelas de nêutrons podem apresentar uma “seta do tempo” invertida devido aos efeitos extremos da gravidade.

Estrelas de nêutrons podem mostrar que ainda não entendemos completamente como a entropia se comporta em curvaturas extremas do espaço-tempo.

Quando pensamos nos objetos mais extremos do universo, os buracos negros normalmente são os primeiros objetos em que pensamos. Entretanto, existem outros objetos quase tão extremos quanto, mas que poucas pessoas acabam lembrando: as estrelas de nêutrons. Esses objetos surgem após o colapso gravitacional do núcleo de estrelas massivas que explodem como supernovas. O material remanescente é comprimido a densidades tão altas que prótons e elétrons se combinam formando nêutrons.

Os fenômenos mais misteriosos e complexos do universo frequentemente estão ligados às estrelas de nêutrons. Entre eles estão explosões de raios gama, magnetares e os pulsares, que emitem pulsos extremamente regulares de radiação. Quando os pulsares foram descobertos na década de 1960, os sinais eram tão precisos e incomuns que alguns pesquisadores chegaram a cogitar uma origem extraterrestre. Posteriormente, descobriu-se que o fenômeno era causado pela rotação rápida de estrelas de nêutrons.

Um estudo recente propõe algo ainda mais incomum envolvendo estrelas de nêutrons: a possibilidade de que a seta do tempo possa se comportar de forma invertida. A hipótese está relacionada à intensidade do campo gravitacional desses objetos e aos efeitos da chamada entropia gravitacional. Enquanto a entropia convencional está associada ao aumento da desordem, a gravidade tende a concentrar matéria e formar estruturas mais compactas. Os pesquisadores sugerem que isso pode alterar a forma como a evolução temporal ocorre localmente nesses sistemas.

Relatividade geral

A Relatividade Geral descreve a gravidade como a curvatura do espaço-tempo causada pela presença de massa e energia. Em vez de tratar a gravidade como uma força ou interação, a teoria mostra que objetos massivos deformam a geometria do espaço-tempo ao seu redor, e essa deformação determina como corpos e luz se movem. As equações de campo de Einstein relacionam parâmetros como massa, densidade de energia, pressão e momento angular à intensidade da curvatura.

Em regiões onde a gravidade é fraca, os resultados se aproximam da gravitação newtoniana, mas, em ambientes extremos, os efeitos relativísticos passam a dominar.

A curvatura prevista pela Relatividade Geral afeta o fluxo do tempo em campos gravitacionais intensos. Quanto mais forte a gravidade, mais lentamente o tempo anda em relação a regiões menos curvas do espaço-tempo, isso é conhecido como dilatação temporal gravitacional. Próximo a um buraco negro, por exemplo, o tempo pode parecer quase “congelado” para um observador distante. Em estrelas de nêutrons, embora menos extremos, esses efeitos ainda são muito fortes e observáveis.

Campo gravitacional extremo

Na Relatividade Geral, campos gravitacionais intensos alteram a estrutura do espaço-tempo e, consequentemente, a passagem do tempo. Quanto maior a curvatura produzida por um objeto massivo, mais lentamente o tempo transcorre em relação a outras regiões. Relógios próximos a esses objetos marcariam o tempo de forma mais lenta em comparação a observadores distantes. A propagação da luz, as órbitas e até processos físicos passam a ser influenciados pela geometria relativística.

É importante notar que, independentemente da intensidade da curvatura, o tempo sempre segue pro futuro. Nos casos mais extremos, como no interior de buracos negros, as soluções matemáticas das equações relativísticas podem indicar que coordenadas espaciais e temporais trocam seus papéis na descrição matemática. Isso apenas significa que a direção radial em direção à singularidade se torna inevitável. Em outras palavras, mover-se em direção ao centro passa a ser tão obrigatório quanto avançar para o futuro.

Matemática de estrelas de nêutrons

Embora esses efeitos sejam normalmente associados a buracos negros, estudos mostram que estrelas de nêutrons também podem apresentar comportamentos temporais diferentes. Em particular, estrelas de nêutrons instáveis foram modeladas matematicamente para investigar como a curvatura do espaço-tempo evolui. Os resultados sugerem que certos parâmetros dentro da Relatividade Geral associados à entropia diminuem ao longo da evolução do sistema. Isso contrasta com a entropia, que normalmente aumenta com o tempo.

Na Física, a direção do tempo está ligada ao aumento da entropia, chamada seta do tempo. Em sistemas comuns, a entropia cresce naturalmente, refletindo a evolução para estados mais desordenados. No entanto, o estudo sugere que, em colapsos gravitacionais de estrelas de nêutrons, a entropia gravitacional pode diminuir localmente. Isso não significa que o tempo está voltando ao passado, mas indica que a evolução temporal do sistema pode seguir uma dinâmica oposta à intuição termodinâmica clássica.

A Física ainda se mantém

A possibilidade de uma inversão local da seta do tempo em estrelas de nêutrons não representa uma violação das leis da Física. A segunda lei da Termodinâmica se aplica de forma estatística e global, descrevendo a tendência de sistemas aumentarem sua entropia total ao longo do tempo, mas flutuações locais podem ocorrer. Em cenários gravitacionais extremos, a própria definição de entropia se torna mais complexa devido à contribuição da geometria do espaço-tempo. A diminuição local de entropia gravitacional pode ser matematicamente consistente dentro da Física. 

O importante no final é que o comportamento global continue obedecendo ao aumento total de entropia. Dessa forma, a causalidade e a estrutura fundamental da física permanecem preservadas. O estudo é relevante principalmente pelos novos insights matemáticos que fornece sobre a relação entre gravidade, entropia e evolução temporal. Ao analisar quantitativamente grandezas geométricas da Relatividade Geral, os pesquisadores mostram como campos gravitacionais extremos podem alterar propriedades termodinâmicas locais.

Tempo.com