Tempo em física - Time in physics

O pêndulo de Foucault no Panteão de Paris pode medir o tempo e também demonstrar a rotação da Terra .

O tempo na física é definido por sua medição : o tempo é o que um relógio lê. Na física clássica, não relativística, é uma quantidade escalar (freqüentemente denotada pelo símbolo ) e, como comprimento , massa e carga , é geralmente descrita como uma quantidade fundamental . O tempo pode ser combinado matematicamente com outras quantidades físicas para derivar outros conceitos, como movimento , energia cinética e campos dependentes do tempo . A cronometragem é um complexo de questões tecnológicas e científicas e parte da base da manutenção de registros .

Marcadores de tempo

Antes que houvesse relógios, o tempo era medido por aqueles processos físicos que eram compreensíveis para cada época da civilização:

  • a primeira aparição (ver: aumento helíaco ) de Sirius para marcar a inundação do Nilo a cada ano
  • a sucessão periódica de noite e dia , aparentemente eternamente
  • a posição no horizonte da primeira aparição do sol ao amanhecer
  • a posição do sol no céu
  • a marcação do momento do meio-dia durante o dia
  • o comprimento da sombra projetada por um gnômon

Eventualmente, tornou-se possível caracterizar a passagem do tempo com a instrumentação, a partir de definições operacionais . Simultaneamente, nossa concepção de tempo evoluiu, conforme mostrado a seguir.

A unidade de medida de tempo: o segundo

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de tempo é a segunda (símbolo:) . É uma unidade de base do SI e tem sido definida desde 1967 como "a duração de 9.192.631.770 [ciclos] da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133". Esta definição é baseada na operação de um relógio atômico de césio . Esses relógios tornaram-se práticos para uso como padrões de referência primários depois de cerca de 1955 e estão em uso desde então.

O estado da arte em cronometragem

Pré-requisitos

O carimbo de data / hora UTC em uso em todo o mundo é um padrão de tempo atômico. A precisão relativa de tal padrão é actualmente um tempo da ordem de 10 -15 (correspondente a 1 segundo em aproximadamente 30 milhões de anos). O menor intervalo 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 depois de 1950, quando os avanços na eletrônica permitiram a medição confiável das frequências de microondas que ele gera. À medida que mais avanços ocorreram, a pesquisa do relógio atômico 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.

Concepções de tempo

A galáxia de Andrômeda ( M31 ) está a dois milhões de anos-luz de distância. Assim, estamos vendo a luz de M31 de dois milhões de anos atrás, uma época antes da existência dos humanos na Terra.

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 cronogramas , onde o tempo é um parâmetro . A compreensão moderna de tempo é baseado no Einstein 's teoria da relatividade , em que as taxas de tempo de execução de forma diferente dependendo do movimento relativo, e espaço e tempo são fundidos em espaço-tempo , onde vivemos em uma linha do 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.

Regularidades na natureza

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 , da lua e das estrelas foram anotados e tabulados por milênios, antes que as leis da física fossem formuladas. O sol era o árbitro do fluxo do tempo, mas o tempo era conhecido apenas até a hora por milênios , portanto, o uso do gnômon era conhecido na maior parte do mundo, especialmente na Eurásia , e pelo menos tão ao sul quanto nas selvas de Sudeste Asiático .

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

No início, a cronometragem era feita à mão por padres e, depois, para o comércio, com vigias para registrar as horas como parte de seus deveres. A tabulação dos equinócios , da ampulheta e do relógio de água tornou-se cada vez mais precisa e, finalmente, confiável. Para os navios no mar, os meninos costumavam virar as sandálias e marcar o horário.

Relógios mecânicos

Richard de Wallingford (1292–1336), abade da abadia de St. Alban, construiu a famosa construção de um relógio mecânico como um orrery astronômico por volta de 1330.

Na época de Richard de Wallingford, o uso de catracas e engrenagens permitiu que as cidades da Europa criassem mecanismos para exibir a hora em seus respectivos relógios urbanos; na época da revolução científica, os relógios tornaram-se miniaturizados o suficiente para que as famílias compartilhassem um relógio pessoal, ou talvez um relógio de bolso. No início, apenas os reis podiam pagar por eles. Os relógios de pêndulo foram amplamente usados ​​nos séculos XVIII e XIX. Eles foram amplamente substituídos no uso geral por relógios de quartzo e digitais . Os relógios atômicos podem teoricamente manter o tempo preciso por milhões de anos. Eles são apropriados para padrões e uso científico.

Galileo: o fluxo do tempo

Em 1583, Galileo Galilei (1564-1642) descobriu que o movimento harmônico de um pêndulo tem um período constante, que ele aprendeu cronometrando o movimento de uma lâmpada oscilante em movimento harmônico na massa na catedral de Pisa , com seu pulso .

Em suas Duas Novas Ciências (1638), Galileu usou um relógio de água para medir o tempo que uma bola de bronze levava para rolar uma distância conhecida em um plano inclinado ; este relógio era

“um grande vaso d'água colocado em posição elevada; ao fundo deste vaso foi soldado um cano de pequeno diâmetro dando um fino jato d'água, que coletamos em um pequeno copo durante o tempo de cada descida, seja para todo comprimento do canal ou parte de seu comprimento; a água assim coletada era pesada, após cada descida, em uma balança muito precisa; as diferenças e proporções desses pesos nos davam as diferenças e proporções dos tempos, e isso com tal precisão que, embora a operação tenha sido repetida muitas e muitas vezes, não houve discrepância apreciável nos resultados. "

A configuração experimental de Galileu para medir o fluxo literal do tempo , a fim de descrever o movimento de uma bola, precedeu a declaração de Isaac Newton em seu Principia :

Não defino tempo , espaço , lugar e movimento como sendo bem conhecidos de todos.

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

Física de Newton: tempo linear

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

O tempo absoluto, verdadeiro e matemático, por si mesmo e de sua própria natureza flui uniformemente, sem consideração a nada externo, e por outro nome é chamado de duração: o tempo relativo, aparente e comum, é algum sensível e externo (seja preciso ou desigual ) medida de duração por meio de movimento, que é comumente usada em vez de tempo real; como uma hora, um dia, um mês, um ano.

O mecanismo do relógio de água descrito por Galileu foi projetado para fornecer fluxo laminar da água durante os experimentos, proporcionando assim um fluxo constante de água durante 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 fluentes de Newton tratam um fluxo linear de tempo (o que ele chamou de tempo matemático ), o tempo poderia ser considerado um parâmetro que varia linearmente, uma abstração da marcha das horas no mostrador de um relógio. Calendários e registros de navios poderiam então ser mapeados para a marcha das horas, dias, meses, anos e séculos.

Pré-requisitos

Termodinâmica e o paradoxo da irreversibilidade

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

Em 1824, Sadi Carnot (1796-1832) analisou cientificamente a máquina a vapor com seu ciclo de Carnot , uma máquina abstrata. 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 no:

Assim, a marcha contínua de um sistema termodinâmico, da menor para a maior entropia, em qualquer temperatura, define uma flecha do tempo . Em particular, Stephen Hawking identifica três setas do tempo:

  • Flecha 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" . 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 remetem à vida. Logo depois, as reações de Belousov-Zhabotinsky foram relatadas, que demonstram cores oscilantes em uma solução química. Esses ramos termodinâmicos de não-equilíbrio atingem um ponto de bifurcação , que é instável, e outro ramo termodinâmico se torna estável em seu lugar.

Eletromagnetismo e a velocidade da luz

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 de cálculo vetorial que usam o operador del ( ) são conhecidas como equações de Maxwell para eletromagnetismo .

No espaço livre (isto é, espaço que não contém cargas elétricas ), as equações assumem a forma (usando unidades SI ):

Pré-requisitos

Onde

ε 0 e μ 0 são a permissividade elétrica e a permeabilidade magnética do espaço livre ;
c = é a velocidade da luz no espaço livre, 299 792 458 m / s ;
E é o campo elétrico;
B é o campo magnético.

Essas equações permitem soluções na forma de ondas eletromagnéticas. A onda é formada por um campo elétrico e um campo magnético oscilando juntos, perpendiculares entre si e na direção de propagação. Essas ondas sempre se propagam na velocidade da luz c , independentemente da velocidade da carga elétrica que as gerou.

O fato de que a luz está prevista para sempre viajar na velocidade c seria incompatível com a relatividade galileana se as equações de Maxwell fossem consideradas como válidas em qualquer referencial inercial (referencial com velocidade constante), porque as transformações galileanas prevêem que a velocidade diminuirá (ou aumentará) no referencial de um observador viajando paralelo (ou antiparalelo) à luz.

Esperava-se que houvesse um referencial absoluto, o do éter luminífero , no qual as equações de Maxwell permaneciam 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, se mantinham em todos os quadros. Em 1875, Hendrik Lorentz (1853–1928) descobriu as transformações de Lorentz , que deixaram 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 popularizou-a. Em particular, a descrição do vagão pode ser encontrada em Science and Hypothesis , que foi publicado antes dos artigos de Einstein de 1905.

A transformação de Lorentz previu a contração do espaço e a dilatação do tempo ; até 1905, a primeira era 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 considerada apenas uma estipulação matemática.

Física de Einstein: espaço-tempo

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

Se no ponto A do espaço houver um relógio, um observador em A pode determinar os valores de tempo dos eventos nas proximidades imediatas de A, encontrando as posições dos ponteiros que são simultâneas a esses eventos. Se houver no ponto B do espaço outro relógio semelhante em todos os aspectos ao de A, é possível para um observador em B determinar os valores de tempo dos eventos na vizinhança imediata de B.

Mas não é possível, sem outras suposições, comparar, em relação ao tempo, um evento em A com um evento em B. Até agora definimos apenas um "tempo A" e um "tempo B".

Não definimos um "tempo" comum para A e B, pois o último não pode ser definido a menos que estabeleçamos por definição que o "tempo" exigido pela luz para viajar de A para B é igual ao "tempo" que ela exige para viajar de B para A. Deixe um raio de luz começar no "tempo A" t A de A em direção a B, deixe-o no "tempo B" t B ser refletido em B na direção de A, e chegue novamente em A em a “um tempo” t ' a .

De acordo com a definição, os dois relógios sincronizam se

Assumimos que esta definição de sincronismo é livre de contradições e possível para qualquer número de pontos; e que as seguintes relações são universalmente válidas: -

  1. Se o relógio em B sincronizar com o relógio em A, o relógio em A será sincronizado com o relógio em B.
  2. Se o relógio em A sincroniza com o relógio em B e também com o relógio em C, os relógios em B e C também se sincronizam entre si.
-  Albert Einstein, "On the Electrodynamics of Moving Bodies"

Einstein mostrou que, se a velocidade da luz não está mudando entre os referenciais, o espaço e o tempo devem estar de modo que o observador em movimento meça a mesma velocidade da luz que o estacionário porque a velocidade é definida pelo espaço e tempo:

onde r é a posição e t é o tempo.

Na verdade, a transformação de Lorentz (para dois referenciais em movimento relativo, cujo eixo x é direcionado na direção da velocidade relativa)

Pré-requisitos

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

O evento B é simultâneo com A no quadro de referência verde, mas ocorreu antes no quadro azul e ocorrerá mais tarde no quadro vermelho.

Mais especificamente, a transformação de Lorentz é uma rotação hiperbólica que é uma mudança de coordenadas no espaço de Minkowski quadridimensional , uma dimensão da qual é ct . (No espaço euclidiano, uma rotação comum é a mudança correspondente de coordenadas.) A velocidade da luz c pode ser vista apenas como um fator de conversão necessário porque medimos as dimensões do espaço-tempo em unidades diferentes; como o metro está 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 em que c = 1 são usadas para simplificar as equações.

O tempo em um referencial "móvel" é mostrado para correr mais lentamente do que em um "estacionário" pela seguinte relação (que pode ser derivada pela transformação de Lorentz colocando ∆ x ′ = 0, ∆ τ = ∆ t ′):

Onde:

  • τ é o tempo entre dois eventos medidos no referencial móvel em que ocorrem no mesmo lugar (por exemplo, dois tiques em um relógio em movimento); é chamado de tempo adequado entre os dois eventos;
  • t é o tempo entre esses mesmos dois eventos, mas medido no referencial estacionário;
  • v é a velocidade do referencial móvel em relação ao estacionário;
  • c é a velocidade da luz .

Objetos em movimento, portanto, mostram uma passagem mais lenta do tempo . Isso é conhecido como dilatação do tempo .

Essas transformações são válidas apenas para dois quadros em velocidade relativa constante . Aplicá-los 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 não inerciais. Empregando o tensor métrico que descreve o espaço de Minkowski :

Einstein desenvolveu uma solução geométrica para a transformação de Lorentz que preserva as equações de Maxwell . Suas equações de campo fornecem uma relação exata entre as medidas de espaço e tempo em uma determinada região do espaço - tempo e a densidade de energia dessa região.

As equações de Einstein prevêem que o tempo deve ser alterado pela presença de campos gravitacionais (ver a métrica de Schwarzschild ):

Onde:

é a dilatação do tempo gravitacional de um objeto a uma distância de .
é a mudança no tempo das coordenadas ou o intervalo do tempo das coordenadas.
é a constante gravitacional
é a massa gerando o campo
é a mudança no tempo adequado , ou o intervalo de tempo adequado .

Ou pode-se usar a seguinte aproximação mais simples:

Ou seja, quanto mais forte o campo gravitacional (e, portanto, quanto maior a aceleração ), mais lentamente o tempo corre. As previsões de dilatação do tempo são confirmadas por experimentos de aceleração de partículas e evidências de raios cósmicos , onde as partículas em movimento decaem mais lentamente do que suas contrapartes menos energéticas. A dilatação do tempo gravitacional 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 compensar 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 adequado. Este fenômeno também é conhecido como o princípio do envelhecimento máximo e foi descrito por Taylor e Wheeler como:

"Princípio do envelhecimento extremo: o caminho que um objeto livre percorre 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 uma estrutura inercial . Em uma estrutura inercial, a primeira lei de Newton é válida; tem sua própria geometria local e, portanto, suas próprias medidas de espaço e tempo; não existe um 'relógio universal' . Um ato de sincronização deve ser executado entre dois sistemas, pelo menos.

Tempo na mecânica quântica

Existe um parâmetro de tempo nas equações da mecânica quântica . A equação de Schrödinger é

Pré-requisitos

Uma solução pode ser

.

onde é chamado de operador de evolução no tempo e H é o hamiltoniano .

Mas a imagem de Schrödinger mostrada acima é equivalente à imagem de Heisenberg , que tem uma semelhança com os colchetes de Poisson da mecânica clássica. Os colchetes de Poisson são substituídos por um comutador diferente de zero , digamos [H, A] para o observável A e o hamiltoniano H:

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:

Onde
é a incerteza na energia
é a incerteza no tempo
é a constante de Planck

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.

As relações de comutador correspondentes também valem para o momento p e a posição q , que são variáveis ​​conjugadas entre si, junto com um princípio de incerteza correspondente no momento e na 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 usando a frequência ressonante de um feixe atômico.

Sistemas dinâmicos

Veja sistemas dinâmicos e teoria do caos , estruturas dissipativas

Pode-se dizer que o tempo é uma parametrização de um sistema dinâmico que permite que a geometria do sistema se manifeste e opere. 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 1 / f noise .

Sinalização

Pré-requisitos

A sinalização é uma aplicação das ondas eletromagnéticas descritas acima. Em geral, um sinal faz parte da comunicação entre as partes e locais. 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 no relógio da cidade ou na estação ferroviária. Uma parte interessada pode desejar ver aquele relógio, para saber que horas são. Veja: Bola do tempo , uma forma inicial de sinal do tempo .

Evolução de uma linha mundial de uma partícula massiva acelerada. Esta linha de mundo está restrita às seções superior e inferior, semelhantes ao tempo, desta figura do espaço - tempo ; esta linha mundial não pode cruzar o cone de luz superior ( futuro ) ou inferior ( passado ) . As seções esquerda e direita (que estão fora dos cones de luz) são semelhantes a espaços .

Nós, como observadores, ainda podemos sinalizar diferentes grupos e lugares, contanto que vivamos dentro de seu antigo cone de luz . Mas não podemos receber sinais dessas partes e lugares fora de nosso antigo cone de luz.

Junto com a formulação das equações para a onda eletromagnética, o campo das telecomunicações poderia ser fundado. Na telegrafia do século 19 , os circuitos elétricos , alguns abrangendo continentes e oceanos , podiam transmitir códigos - pontos simples, travessões e espaços. A partir disso, uma série de questões técnicas surgiram; veja Categoria: Sincronização . Mas é seguro dizer que nossos sistemas de sinalização só podem ser sincronizados aproximadamente , uma condição plesiocrônica , 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 consideração os efeitos da gravitação e outros fatores relativísticos em seus circuitos. Veja: Sinal de auto-clock .

Tecnologia para padrões de cronometragem

O principal padrão de tempo nos EUA é atualmente o NIST-F1 , uma fonte Cs resfriada a laser , a última em uma série de padrões de tempo e frequência, do relógio atômico baseado em amônia (1949) ao NBS-1 baseado em césio ( 1952) a NIST-7 (1993). A respectiva incerteza do relógio diminuiu de 10.000 nanossegundos por dia para 0,5 nanossegundos por dia em 5 décadas. Em 2001, a incerteza do relógio para 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 agrupam em uma bola formada por seis lasers, dois para cada dimensão espacial, vertical (para cima / para baixo), horizontal (esquerda / direita) e para frente / para trás. Os lasers verticais empurram a bola de césio através de uma cavidade de microondas. Conforme a bola é resfriada, a população de césio resfria ao seu estado fundamental e emite luz em sua frequência natural, indicada 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 reportados ao BIPM .

Além disso, um maser de hidrogênio de referência também é relatado ao BIPM como um padrão de frequência para 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 Medidor , um tratado diplomático entre cinquenta e uma nações, os Estados Membros da Convenção, por meio de uma série de Comitês Consultivos, cujos membros são os respectivos laboratórios nacionais de metrologia .

Tempo na cosmologia

As equações da relatividade geral predizem 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 o maior erro de sua vida. 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 Solvay , naquele ano, Einstein o rejeitou com " Vos calculs sont corrects, mais votre physique est abominable. " ("Sua matemática está correta, mas sua física é abominável"). Em 1929, Edwin Hubble (1889–1953) anunciou sua descoberta do universo em expansão . O atual modelo cosmológico geralmente aceito, o modelo Lambda-CDM , tem uma constante cosmológica positiva e, portanto, não apenas um universo em expansão, mas um universo em expansão em aceleração.

Se o universo estava se expandindo, então deve ter sido muito menor e, portanto, mais quente e mais denso no passado. George Gamow (1904-1968) formulou a hipótese de que a abundância dos elementos na Tabela Periódica dos Elementos pode ser explicada por reações nucleares em um universo denso e quente. Ele foi contestado por Fred Hoyle (1915-2001), que inventou o termo ' Big Bang ' para denegri-lo. Fermi e outros notaram que esse processo teria parado depois que apenas os elementos leves foram criados e, portanto, não levou em conta a abundância de elementos mais pesados.

Predição de Gamow era um 5-10- kelvin radiação de corpo negro de temperatura para o universo, depois arrefeceu-se durante a expansão. Isso foi corroborado por 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.

Esse 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 ; há apenas dicas baseadas em simetrias quebradas (consulte Quebra espontânea de simetria , Linha do tempo do Big Bang e os artigos na Categoria: Cosmologia física ).

A relatividade geral nos deu nossa noção moderna do universo em expansão que começou no Big Bang. Usando a relatividade e a 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 dessa época, houve um tempo, antes de o universo resfriar 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 seria visível a grandes distâncias.)

Reprise

A repetição 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 , bem como a flecha do tempo e o Big Bang .

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos