Tempo

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Para outros usos deste termo, veja-se Tempo (desambiguación).

Um relógio é qualquer dispositivo que pode medir o tempo decorrido entre dois eventos que sucedem respecto de um observador.

O Tempo é a magnitude física com a que medimos a duração ou separação de acontecimentos sujeitos a mudança, dos sistemas sujeitos a observação, isto é, o período que decorre entre o estado do sistema quando este aparentaba um estado X e o instante no que X regista uma variação perceptible para um observador (ou aparelho de medida). É a magnitude que permite ordenar os acontecimentos em sequências, estabelecendo um passado, um presente e um futuro, e dá lugar ao princípio de causalidad, um dos axiomas do método científico.

O tempo não tem podido ser observado como uma entidade física, isto é, não existe prova alguma obtida de algum experimento realizado somente com o propósito do detectar fisicamente. As variadas opiniões encontradas nas diferentes teorias que assumem um tempo absoluto ou um tempo flexível, são ideias baseadas em pensamentos filosóficos. Relativo à ciência, o tempo como magnitude física, seguirá sendo um conceito abstrato e subjetivo, a como o são a longitude, o volúmen, a massa, a densidade, a temperatura, a velocidade, a aceleração e a energia.

Sua unidade básica no Sistema Internacional é o segundo, cujo símbolo é s (como é um símbolo e não uma abreviatura, não se deve escrever com maiúscula, nem como "seg", nem agregando um ponto posterior).

O conceito físico do tempo

Vejam-se também: Causalidad (física), paradoxo dos gémeos e espaço tempo

Dados dois eventos pontuas E₁ e _{E 2}, que ocorrem respectivamente em instantes de tempo t₁ e t₂, e em pontos do espaço diferentes P₁ e P₂, todas as teorias físicas admitem que estes podem cumprir uma e só uma das seguintes três condições:

É possível para um observador estar presente ao evento E₁ e depois estar no evento E₂, e nesse caso afirma-se que E₁ é um evento anterior a E ₂. Ademais, se isso sucede, esse observador não poderá verificar 2.
É possível para um observador estar presente ao evento E₂ e depois estar no evento E₁, e nesse caso afirma-se que E₁ é um evento posterior a E ₂. Ademais se isso sucede, esse observador não poderá verificar 1.
É impossível, para um observador pontual, estar presente simultaneamente nos eventos E₁ e _{E 2}. .

Dado um evento qualquer, o conjunto de eventos pode se dividir segundo essas três categorias anteriores. Isto é, todas as teorias físicas permitem, fixado um evento, classificar aos eventos em: (1) passado, (2) futuro e (3) resto de eventos (nem passados nem futuros). A classificação de um tempo presente é debatible pela pouca durabilidade deste intervalo que não se pode medir como um estado actual senão como um dado que se obtém em uma contínua sucessão de eventos. Em mecânica clássica esta última categoria está formada pelos acontecimentos chamados simultâneos, e em mecânica relativista, pelos eventos não relacionados causalmente com o primeiro evento. No entanto, a mecânica clássica e a mecânica relativista diferem no modo concreto em que pode se fazer essa divisão entre passado, futuro e outros eventos e no facto de que dito carácter possa ser absoluto ou relativo com respeito ao conteúdo dos conjuntos.

O tempo em mecânica clássica

Na mecânica clássica, o tempo concebe-se como uma magnitude absoluta, isto é, é um escalar cuja medida é idêntica para todos os observadores (uma magnitude relativa é aquela cujo valor depende do observador concreto). Esta concepção do tempo recebe o nome de tempo absoluto. Essa concepção está de acordo com a concepção filosófica de Kant , que estabelece o espaço e o tempo como necessários por qualquer experiência humana. Kant asímismo concluiu que o espaço e o tempo eram conceitos subjetivos. A cada observador fará uma divisão tripartita dos eventos classificando-os em: (1) eventos passados, (2) eventos futuros e (3) eventos nem passados e nem futuros, a mecânica clássica e a física pré-relativista assumem:

Fixado um acontecimento concreto todos os observadores seja qual seja seu estado de movimento dividirão o resto de eventos nos mesmos três conjuntos (1), (2) e (3), isto é, dois observadores diferentes coincidirão em que eventos pertencem ao passado, ao presente e ao futuro, por isso o tempo em mecânica clássica se qualifica de "absoluto" porque é uma distinção válida para todos os observadores (enquanto em mecânica relativista isto não sucede e o tempo se qualifica de "relativo").
Em mecânica clássica, a última categoria, (3), está formada por um conjunto de pontos tridimensional, que de facto tem a estrutura de espaço euclídeo. Dados dois eventos chamam-se simultâneos fixado um deles o segundo é um evento da categoria (3).

Ainda que dentro da teoria especial da relatividad e dentro da teoria geral da relatividad, a divisão tripartita de eventos segue sendo válida, não se verificam as últimas duas propriedades:

O conjunto de eventos nem passados nem futuros não é tridimensional
Não existe uma noção de simultaneidad indepediente do observador como em mecânica clássica.

O tempo em mecânica relativista

Em mecânica relativista a medida do transcurso do tempo depende do sistema de referência onde esteja situado o observador e de seu estado de movimento, isto é, diferentes observadores medem diferentes tempos decorridos entre dois eventos causalmente conectados. Por tanto, a duração de um processo depende do sistema de referência onde se encontre o observador.

De acordo com a teoria da relatividad, fixados dois observadores situados em diferentes marcos de referência, dois acontecimentos A e B dentro da categoria (3) (eventos nem passados nem futuros), podem ser percebidos pelos dois observadores como simultâneos, ou pode que A ocorra "dantes" que B para o primeiro observador enquanto B ocorre "dantes" da para o segundo observador. Nessas circunstâncias não existe, por tanto, nenhuma possibilidade de estabelecer uma noção absoluta de simultaneidad independente do observador. Segundo a relatividad geral o conjunto dos acontecimentos dentro da categoria (3) é um subconjunto tetradimensional topologicamente aberto do espaço tempo. Cabe aclarar que esta teoria só parece funcionar com a rígida condição de dois marcos de referência somente. Quando se agrega um marco de referência adicional, a teoria da Relatividad fica invalidada: o observador A em a terra perceberá que o observador B viaja a maior velocidade dentro de uma nave espacial girando ao redor da terra a 7,000 quilómetros por segundo. O observador B notará que o dado de tempo que dá seu relógio se tem desacelerado e conclui que o tempo se tem dilatado por causa da velocidade da nave. Um observador C localizado fora do sistema solar, notará que tanto o homem em terra como o astronauta girando ao redor da terra, estão a viajar simultaneamente -a nave espacial e o planeta terra- a 28,000 quilómetros por segundo ao redor do sol. A mais certera conclusão a respeito do comportamento do relógio na nave espacial, é que esse relógio está a funcionar mau, porque não foi calibrado nem provado para essas novas mudanças em seu ambiente. Esta conclusão está respaldada for o facto que não existe prova alguma que mostre que o tempo é objectivo.

Só se dois acontecimentos estão atados causalmente todos os observadores vêem o acontecimento "causal" dantes que o acontecimento "efeito", isto é, as categorias (1) de eventos passados e (2) de de eventos futuros causalmente unidos sim são absolutos. Fixado um evento E o conjunto de eventos da categoria (3) que não são eventos nem futuros nem passados com respeito a E pode se dividir em três subconjuntos:

(a) O interior topológico de dito conjunto, é uma região aberta do espaço tempo e constitui um conjunto acronal. Dentro dessa região dados quaisquer dois eventos resulta impossível ligar por um sinal luminosa que emitida desde o primeiro evento atinja o segundo.

(b) A fronteira do futuro ou parte da fronteira topológica do conjunto, tal que qualquer ponto dentro dela pode ser atingido por um sinal luminoso emitida desde o evento E.

(c) A fronteira do passado ou parte da fronteira topológica do conjunto, tal que desde qualquer ponto dentro dela pode se enviar um sinal luminoso que atinja o evento E.

As curiosas relações causales da teoria da relatividad, implicam a que não existe um tempo único e absoluto para os observadores, de facto qualquer observador percebe o espaço-tempo ou espaço tetradimensional segundo seu estado de movimento, a direcção paralela a sua cuadrivelocidad coincidirá com a direcção temporária, e os eventos que acontecem nas hipersuperficies espaciais perpendiculares na cada ponto à direcção temporária, formam o conjunto de acontecimentos simultâneos para esse observador.

Lamentavelmente, ditos conjuntos de acontecimentos percebidos como simultâneos diferem de um observador a outro.

Dilatación do tempo

Artigo principal: Dilatación do tempo

Se o tempo próprio é a duração de um acontecimento medido em repouso com respeito a esse sistema, a duração desse acontecimento medida desde um sistema de referência que se move com velocidade constante com respeito ao acontecimento vem dada por:

$\Delta t^\prime = \frac{\Delta t_i}{ \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$

O tempo em mecânica cuántica

Em mecânica cuántica deve distinguir-se entre a mecânica cuántica convencional, na que pode se trabalhar baixo o suposto clássico de um tempo absoluto, e a mecânica cuántica relativista, dentro da qual, ao igual que sucede na teoria da relatividad, o suposto de um tempo absoluto é inaceitável e inapropiada

A seta do tempo e a entropía

Artigo principal: Seta do tempo

Assinalou-se que a direcção do tempo está relacionada com o aumento de entropía , ainda que isso parece se dever às peculiares condições que se deram durante o Big Bang. Ainda que alguns cientistas como Penrose têm argumentado que ditas condições não seriam tão peculiares se consideramos que existe um princípio ou teoria física mais completa que explique por que nosso universo, e talvez outros, nascem com condições iniciais aparentemente improváveis, que se refletem em uma bajísima entropía inicial.

A medida do tempo

Relógio de sol, de bolsillo.

A cronología (histórica, geológica, etc.) permite datar os momentos nos que ocorrem determinados factos (lapsos relativamente breves) ou processos (lapsos de duração maior). Em uma linha de tempo pode-se representar graficamente os momentos históricos em pontos e os processos em segmentos.

As formas e instrumentos para medir o tempo são de uso muito antigo, e todas elas se baseiam na medida do movimento, da mudança material de um objecto através do tempo, que é o que pode se medir. Em um princípio, começaram-se a medir os movimentos dos astros, especialmente o movimento aparente do Sol, dando lugar ao tempo solar aparente. O desenvolvimento da astronomia fez que, de maneira paulatina, se fossem criando diversos instrumentos, tais como os relógios de sol, as clepsidras ou os relógios de areia e os cronómetros. Posteriormente, a determinação da medida do tempo foi-se perfeccionando até chegar ao relógio atómico. Todos os relógios modernos desde a invenção do relógio mecânico, têm sido construídos com o mesmo princípio do "tic tic tic". O relógio atómico está calibrado para contar 9,192,631,770 vibrações do átomo do Cesium para depois fazer um "tic".

Vejam-se também: Tempo solar, tempo sidéreo, Tempo Universal Coordenado e tempo atómico