(Phys.org) — Os filósofos debateram a natureza do tempo muito antes de Einstein e da física moderna. Mas nos 106 anos desde Einstein, a visão predominante na física tem sido que o tempo serve como a quarta dimensão do espaço, uma arena representada matematicamente como 4D Minkowski spacetime. No entanto, alguns cientistas, incluindo Amrit Sorli e Davide Fiscaletti, fundadores do Space Life Institute na Eslovénia, argumentam que o tempo existe completamente independente do espaço. Num novo estudo, Sorli e Fiscaletti demonstraram que dois fenómenos de relatividade especial – dilatação do tempo e contracção do comprimento – podem ser melhor descritos no âmbito de um espaço 3D com o tempo como a quantidade utilizada para medir a mudança (ou seja, movimento fotónico) neste espaço.

Os cientistas publicaram o seu artigo num número recente de Physics Essays. O trabalho baseia-se nos seus artigos anteriores, nos quais investigaram a definição do tempo como uma ordem numérica de mudança material.

Os principais conceitos de relatividade especial – que a velocidade da luz é a mesma em todos os quadros de referência inercial, e que não existe um quadro de referência absoluto – são tradicionalmente formulados no âmbito do espaço-tempo Minkowski. Neste quadro, as três dimensões espaciais são intuitivamente visualizadas, enquanto que a dimensão temporal é matematicamente representada por uma coordenada imaginária, e não pode ser visualizada de uma forma concreta.

No seu artigo, Sorli e Fiscaletti argumentam que, embora os conceitos de relatividade especial sejam sólidos, a introdução de 4D Minkowski espaço-tempo criou um mal-entendido de um século de tempo como a quarta dimensão do espaço que carece de qualquer suporte experimental. Argumentam que experiências bem conhecidas de dilatação do tempo, tais como as que demonstram que os relógios funcionam de facto mais lentamente em aviões de alta velocidade do que em repouso, apoiam a relatividade especial e a dilatação do tempo, mas não necessariamente o espaço-tempo Minkowski ou a contracção do comprimento. De acordo com a visão convencional, os relógios funcionam mais devagar a alta velocidade devido à natureza do próprio espaço-tempo de Minkowski como resultado tanto da dilatação do tempo como da contracção do comprimento. Mas Sorli e Fiscaletti argumentam que os relógios lentos podem ser melhor descritos pela velocidade relativa entre os dois quadros de referência, que os relógios medem, e não dos quais os relógios fazem parte. Nesta visão, espaço e tempo são duas entidades separadas.

Com relógios medimos a ordem numérica do movimento no espaço 3D, disse Sorli ao Phys.org. O tempo é ‘separado’ do espaço no sentido de que o tempo não é uma quarta dimensão do espaço. Em vez disso, o tempo como uma ordem numérica de mudança existe num espaço 3D. O nosso modelo sobre o espaço e o tempo baseia-se na medição e corresponde melhor à realidade física.

Para ilustrar a diferença entre as duas visões do tempo, Sorli e Fiscaletti consideram uma experiência envolvendo dois relógios de luz. O mecanismo de tiquetaque de cada relógio consiste em um fotão ser reflectido para a frente e para trás entre dois espelhos, de modo que o percurso de um fotão de um espelho para o outro representa um tique do relógio. Os relógios estão dispostos perpendicularmente um ao outro sobre uma plataforma, com o relógio A orientado horizontalmente e o relógio B verticalmente. Quando a plataforma é movida horizontalmente a alta velocidade, então, de acordo com o fenómeno de contracção do comprimento no espaço-tempo 4D, o relógio A deve encolher para que o seu fotão tenha um trajecto mais curto a percorrer, fazendo com que marque mais rapidamente do que o relógio B.

Mas Sorli e Fiscaletti argumentam que a contracção do comprimento do relógio A e a subsequente diferença nas taxas de ticking dos relógios A e B não concordam com uma relatividade especial, o que postula que a velocidade da luz é constante em todos os quadros de referência inercial. Dizem que, mantendo a velocidade do fotão a mesma para ambos os relógios, ambos os relógios devem funcionar à mesma velocidade sem contracção do comprimento para o relógio A. Demonstram matematicamente como resolver o problema desta forma, substituindo Minkowski 4D spacetime por um espaço 3D envolvendo transformações galileanas para três coordenadas espaciais X, Y, e Z, e uma equação matemática (o formalismo de Selleri) para a transformação da velocidade da mudança material, que é completamente independente das coordenadas espaciais.

Sorli explicou que esta ideia de que ambos os relógios de fóton assinalam a mesma velocidade não está em desacordo com as experiências com relógios voadores e outros testes que mediram a dilatação temporal. Esta diferença, diz ele, deve-se a uma diferença entre relógios de fotões e relógios baseados em átomos.

A velocidade dos relógios de fotões em sistemas por inércia mais rápidos não abrandará em relação aos relógios de fotões num sistema por inércia de repouso porque a velocidade da luz é constante em todos os sistemas por inércia, disse ele. A velocidade dos relógios de átomo abrandará porque a ‘relatividade’ dos fenómenos físicos começa na escala dos mésons pi.

Ele também explicou que, sem contracção do comprimento, existe dilatação do tempo mas de uma forma diferente do que normalmente se pensava.

A dilatação do tempo não existe no sentido de que o tempo como quarta dimensão do espaço se dilata e como resultado a velocidade do relógio é mais lenta, explicou ele. A dilatação do tempo significa simplesmente que, num sistema inercial mais rápido, a velocidade da mudança abranda e isto é válido para todos os observadores. O GPS confirma que os relógios nas estações orbitais têm taxas diferentes dos relógios na superfície do planeta, e esta diferença é válida para os observadores que se encontram na estação orbital e na superfície do planeta. Assim interpretado, ‘dilatação do tempo’ não requer ‘contracção do comprimento’, o que, como mostramos no nosso artigo, leva a uma contradição pelos relógios de luz posicionados de forma diferente num sistema inercial móvel.

Ele acrescentou que a definição alternativa de tempo também concorda com a noção de tempo do matemático e filósofo Kurt Gödel.

A definição de tempo como uma ordem numérica de mudança no espaço está a substituir o conceito de tempo de 106 anos como uma dimensão física na qual a mudança corre, disse Sorli. Consideramos o tempo como sendo apenas uma quantidade matemática de mudança que medimos com relógios. Isto está de acordo com uma visão de Gödel do tempo. Em 1949, Gödel tinha produzido uma prova notável: “Em qualquer universo descrito pela teoria da relatividade, o tempo não pode existir”. A nossa investigação confirma a visão de Gödel: o tempo não é uma dimensão física do espaço através da qual se poderia viajar para o passado ou futuro.

No futuro, Sorli e Fiscaletti planeiam investigar como esta visão do tempo se enquadra com o ambiente mais amplo. Observam que outros investigadores investigaram a abolição da ideia de espaço tempo em favor de entidades separadas de espaço e tempo, mas sugerem frequentemente que esta perspectiva é melhor formulada no quadro de um éter, um meio físico que permeia todo o espaço. Em contraste, Sorli e Fiscaletti pensam que a ideia pode ser melhor modelada dentro do quadro de um vácuo quântico 3D. Em vez de ver o espaço como um meio que transporta luz, a propagação da luz é governada pelas propriedades electromagnéticas (a permeabilidade e a permissividade) do vácuo quântico.

Estamos a desenvolver um modelo matemático onde a gravidade é o resultado da diminuição da densidade energética de um vácuo quântico 3D causada pela presença de um determinado objecto ou corpo material estelar, disse Sorli. A massa inercial e a massa gravitacional têm a mesma origem: diminuição da densidade de energia de um vácuo quântico. Este modelo dá cálculos exactos para a precessão do periélio de Mercúrio como cálculos da teoria geral da relatividade.