"Se alguém fizesse um pedido de bolsa de pesquisa para trabalhar em viagem no tempo, ele seria imediatamente rejeitado, "escreve o físico Stephen Hawking em seu livro póstumo Respostas breves às grandes questões . Ele estava certo. Mas ele também estava certo ao dizer se a viagem no tempo é possível é uma "questão muito séria" que ainda pode ser abordada cientificamente.

Argumentando que nosso entendimento atual não pode descartá-lo, Hawking, parece, estava cautelosamente otimista. Então, onde isso nos deixa? Não podemos construir uma máquina do tempo hoje, mas poderíamos no futuro?

Vamos começar com nossa experiência cotidiana. Consideramos natural a capacidade de ligar para nossos amigos e familiares onde quer que estejam no mundo para descobrir o que estão fazendo agora mesmo . Mas isso é algo que nunca podemos realmente saber. Os sinais que transportam suas vozes e imagens viajam incompreensivelmente rápido, mas ainda leva um tempo finito para que esses sinais cheguem até nós.

Nossa incapacidade de acessar o "agora" de alguém distante está no cerne das teorias de espaço e tempo de Albert Einstein.

Velocidade da luz

Einstein nos disse que o espaço e o tempo são partes de uma coisa - o espaço-tempo - e que devemos estar tão dispostos a pensar sobre as distâncias no tempo quanto o somos no espaço. Por mais estranho que pareça, felizmente respondemos "cerca de duas horas e meia", quando alguém pergunta a que distância Birmingham está de Londres. O que queremos dizer é que a viagem leva tanto tempo a uma velocidade média de 50 milhas por hora.

Matematicamente, nossa declaração equivale a dizer que Birmingham fica a cerca de 125 milhas de Londres. Como os físicos Brian Cox e Jeff Forshaw escrevem em seu livro Por que E =mc² ?, tempo e distância "podem ser trocados usando algo que tem a moeda de uma velocidade". O salto intelectual de Einstein foi supor que a taxa de câmbio de um tempo para uma distância no espaço-tempo é universal - e é a velocidade da luz.

A velocidade da luz é a mais rápida que qualquer sinal pode viajar, colocar um limite fundamental em quanto tempo podemos saber o que está acontecendo em outras partes do universo. Isso nos dá "causalidade" - a lei de que os efeitos sempre devem vir depois de suas causas. É um sério espinho teórico nas costas dos protagonistas que viajam no tempo. Para mim, viajar de volta no tempo e colocar em movimento eventos que impedem meu nascimento é colocar o efeito (eu) antes da causa (meu nascimento).

Agora, se a velocidade da luz é universal, devemos medi-lo para ser o mesmo - 299, 792, 458 metros por segundo no vácuo - por mais rápido que nós mesmos estejamos nos movendo. Einstein percebeu que a consequência da velocidade da luz ser absoluta é que o espaço e o próprio tempo não podem ser. E acontece que os relógios em movimento devem funcionar mais devagar do que os estacionários.

Quanto mais rápido você se move, mais devagar seu relógio avança em relação àqueles pelos quais você está passando. A palavra "relativo" é a chave:o tempo parecerá passar normalmente para você. Para todos que estão parados, Contudo, você estará em câmera lenta. Se você fosse se mover na velocidade da luz, você pareceria congelado no tempo - no que lhe diz respeito, todos os outros estariam em avanço rápido.

E daí se viajássemos mais rápido do que a luz, será que o tempo retrocederia como a ficção científica nos ensinou?

Infelizmente, é preciso energia infinita para acelerar um ser humano à velocidade da luz, muito menos além disso. Mas mesmo se pudéssemos, o tempo não iria simplesmente correr para trás. Em vez de, não faria mais sentido falar sobre avançar e retroceder. A lei da causalidade seria violada e o conceito de causa e efeito perderia seu significado.

Buracos de minhoca

Einstein também nos disse que a força da gravidade é uma consequência da maneira como a massa deforma o espaço e o tempo. Quanto mais massa comprimimos em uma região do espaço, quanto mais o espaço-tempo é distorcido e os relógios próximos mais lentos marcam. Se espremermos massa suficiente, o espaço-tempo torna-se tão deformado que nem mesmo a luz consegue escapar de sua atração gravitacional e um buraco negro é formado. E se você se aproximasse da borda do buraco negro - seu horizonte de eventos - seu relógio marcaria infinitamente devagar em relação aos que estão longe dele.

Então, poderíamos distorcer o espaço-tempo da maneira certa para fechá-lo sobre si mesmo e viajar de volta no tempo?

A resposta é talvez, e a deformação de que precisamos é um buraco de minhoca percorrível. Mas também precisamos produzir regiões de densidade de energia negativa para estabilizá-la, e a física clássica do século 19 impede isso. A moderna teoria da mecânica quântica, Contudo, pode não.

De acordo com a mecânica quântica, o espaço vazio não está vazio. Em vez de, está cheio de pares de partículas que entram e saem da existência. Se pudermos fazer uma região onde menos pares podem entrar e sair do que em qualquer outro lugar, então esta região terá densidade de energia negativa.

Contudo, encontrar uma teoria consistente que combine a mecânica quântica com a teoria da gravidade de Einstein continua sendo um dos maiores desafios da física teórica. Um candidato, a teoria das cordas (mais precisamente a teoria M) pode oferecer outra possibilidade.

A teoria M exige que o espaço-tempo tenha 11 dimensões:uma do tempo e três do espaço em que nos movemos e mais sete, enrolado invisivelmente pequeno. Poderíamos usar essas dimensões espaciais extras para reduzir o espaço e o tempo? Hawking, pelo menos, estava esperançoso.

Salvando histórico

Então, a viagem no tempo é realmente uma possibilidade? Nosso entendimento atual não pode descartar isso, mas a resposta provavelmente é não.

As teorias de Einstein falham em descrever a estrutura do espaço-tempo em escalas incrivelmente pequenas. E embora as leis da natureza muitas vezes possam estar completamente em desacordo com nossa experiência cotidiana, eles são sempre autoconsistente - deixando pouco espaço para os paradoxos que abundam quando mexemos com causa e efeito na abordagem da ficção científica sobre a viagem no tempo.

Apesar de seu otimismo brincalhão, Hawking reconheceu que as leis desconhecidas da física que um dia substituirão as de Einstein podem conspirar para impedir que objetos grandes como você e eu saltemos casualmente (não causalmente) para a frente e para trás no tempo. Chamamos esse legado de "conjectura de proteção da cronologia".

Quer o futuro tenha ou não máquinas do tempo guardadas, podemos nos consolar com o conhecimento de que quando escalamos uma montanha ou corremos em nossos carros, nós mudamos como o tempo passa.

Então, este "dia de fingir ser um viajante do tempo" (8 de dezembro), lembre-se que você já é, apenas não da maneira que você espera.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.