O que é um relógio? Tempo Obserável e Tempo Intrinseco.

Tempo Observável e tempo intrinseco

Podemos assim definir dois tipos de tempo;
Tempo Obserável ou Subjetivo (ou relativo a cada observador, que é composto apenas das transições de estados que estão sendo observadas de um dado sistema, envolve a comparação entre duas taxas de transição, a observada pelo sistema e a padrão do observador);Formado por transições de estados observáveis.

Tempo Intrinseco ou Próprio (composto de todas as transições de estados fisicamente existentes de um sistema, estejam elas sendo observadas ou não, como no exemplo do copo de água em repouso). Formado por transições de estados físicos que não estão sendo observados.

Deve-se frisar aqui que o termo tempo próprio empregado não se refere a existência de um tempo nos termos da física newtoniana, como um tempo fixo para qualquer referencial em qualquer tipo de movimento relativo. Tempo próprio aqui, significa um tempo que é composto de transições de estados em um sistema, estejam esses estados sendo observados ou não. A transição de estados do sistema (seu tempo) ocorre quer esteja sob observação ou não. São estados fisicamente existentes, ou seja, como no exemplo do copo de água, muitos estados podem não se revelar prontamente para um observador externo ao sistema, porém com um aparato correto, se revelam e podem ser medidos, como na utilização de um microscópio, para observar o movimento browniano, ou molecular, no copo d’água, por exemplo. Esse conceito é totalmente compatível com a relatividade de Einstein.

Definição 1: o tempo só existe em função da alteração de estados de um sistema.

Definição 2: só podemos dizer o quão rápido é a taxa de variação de estados de um sistema (seu tempo) se comparados com a taxa de variação de estados de outro sistema padrão de referência (como um relógio, por exemplo).

A definição 2 pode ser percebida, pois só podemos medir a rapidez que um sistema evolui, comparando-o com a taxa de variação de outro sistema. Geralmente o sistema utilizado para comparação de rapidez é um sistema de ciclo periódico (repetitivo) conhecido e controlado, como um relógio, porém muito frequentemente comparamos velocidades de outros sistemas com a velocidade de nosso próprio relógio biológico (cujo ciclo não é tão exato, podendo variar conforme as experiências do dia nos afetem psicológica ou organicamente), ou seja, nossos próprios ciclos internos, quer sejam orgânicos ou mentais. Descartes disse "Cogito ergo sumo", que do latin quer dizer;"Penso, logo existo". Poderíamos ainda adicionar; "Penso, logo existo, logo o tempo existe!" Isso porque nossa taxa de transição de estados mentais também serve como nosso relógio interno para percepção do tempo, embora não seja exato.

Consideremos dois sistemas distintos. Um carro em movimento e um caracol em movimento. O estado observável que varia em cada sistema é claramente a posição. Sabemos que um carro se desloca mais rápido que um caracol porque podemos observar que a taxa de variação da posição (velocidade) de um carro em movimento é muitas ordens de grandeza maior que a taxa de variação da posição de um caracol.

Porém mesmo que não pudéssemos observá-los no mesmo instante, poderíamos compará-los ( e frequentemente o fazemos ) com a taxa de variação de nossos estados orgânicos ou mentais internos. Assim, sabemos que enquanto um caracol se desloca numa determinada distância, podemos sentir ou pensar muito mais coisas do que durante o deslocamento do carro na mesma distância.

Resumo

O conceito de tempo nasce da comparação da variação de estados observáveis entre dois ou mais sistemas. Se tivermos dois sistemas, um sistema A0 e outro A1, podemos observar o estado atual de cada um, e comparar quando mudam de estado. Se temos a percepção de que o sistema A0 muda de estado mais vezes enquanto que A1 completa apenas uma transição, dizemos que A0 é mais rápido que A1. Logo temos alguns conceitos relacionados;
1-Para medir o tempo de um sistema, temos que observá-lo. Isso implica em que devemos ser capazes de obter uma informação sobre a transição de estados de tal sistema, em relação à transição de estados de um sistema padrão, que podemos chamar de relógio;
2-Devemos escolher um sistema padrão (relógio) apropriado. Esse sistema deve obedecer a um principal requisito, que é possuir uma taxa de transição de estados mais rápida que a do sistema a ser medido o tempo. Exemplo; para se medir uma corrida de 100 metros rasos numa olimpíada, não se pode usar um relógio que marca o tempo com precisão apenas de minutos, pois a corrida dura menos de 10 segundos!
3-Nosso sistema padrão de medição de tempo (relógio) deve ter uma taxa de transição de estados constante, sem atrasos ou adiantamentos.

O que é tempo?

O tempo é um conceito abstrato, e a única maneira que podemos medir o tempo é em relação a comparação entre eventos simultâneos ao observador. Por exemplo: você sabe que é meio-dia porque o sol está a pino, e não há sombra (isso, é claro, só é válido para quem mora próximo há linha do Equador, para um europeu, mesmo ao meio-dia haverá sombra devido à inclinação da Terra), ou que o ponteiro grande e pequeno estão apontando para 12 horas, ou o relógio digital está marcando 12:00 h.

Só podemos saber quão rápido um evento é, comparando sua velocidade de acontecimento com outro. Os relógios atômicos, por exemplo, medem o tempo comparando aos ciclos de oscilação entre estados diferentes de um elemento químico. Mesmo os relógios de pulso funcionam dessa maneira, sejam ciclos mecânicos de oscilações ou voltas de engrenagem, sejam pulsos elétricos digitais. Para que o período destes ciclos não se altere devido ao amortecimento, ou forças de atrito resistivo elétrico ou mecânico, deve ser fornecida energia continuamente numa taxa que compense o decaimento pelo amortecimento. Por isso os relógios utilizam bateria, ou são dados corda, nos antigos relógios.

O tempo pode ser definido para um sistema como uma taxa de variação de estados desse sistema em relação á outro. Se um sistema possui um estado fixo, para um observador, o tempo não parece passar. Um exemplo. Se nos colocarmos numa sala fechada, sem contato com o mundo exterior, à prova de som, sem janelas e com iluminação fixa no mesmo nível, com vários objetos, e ficarmos nessa sala indefinidamente, sem nenhum relógio. Em breve nossa noção de tempo será alterada, e não saberemos mais se é dia ou noite. Ainda teremos alguma noção de tempo porque possuímos estados internos que se alteram no nosso organismo através de nosso metabolismo, nosso relógio biológico, como nosso pulso e batimentos cardíacos, o ritmo de nossa respiração. Mais ainda, nossa consciência possui estados internos, constituídos por nossos sentimentos e pensamentos. Essas alterações de estados internos estão também entre as coisas que nos proporcionam a sensação de passagem do tempo. No entanto, sem contatos externos para “acertarmos” nosso relógio biológico, ele se defasa do ciclo dia/noite padrão, como demonstram várias experiências feitas com espeleólogos em cavernas.

Para que possamos ter a noção de tempo, necessariamente essa transição de estados de um sistema deve ser observável, ou seja, deve poder ser medida e comparada. Se o sistema possuir transição de estados não observáveis, o tempo não poderá ser medido. Veja o exemplo de um copo de água em repouso. Observando-o a olho nu, não poderemos ter noção de transição de estados ou passagem de tempo. Porém sabemos que as moléculas do líquido estão em constante agitação, ou mudanças de posição e velocidades, ou seja, possuem transição de estados internos. Para observar tais transições e podermos medir o tempo desse sistema (copo d’água), teremos de usar instrumentos ou artifícios, como espalhar um soluto visível na água e observar seus movimentos aleatórios (movimentos brownianos) através do microscópio. Assim um copo d’água possuirá tempo próprio, tendo agitação de suas moléculas, pois tem uma temperatura diferente de zero. Sendo assim, existe uma conexão entre temperatura e tempo próprio.

Sistemas com temperaturas diferentes, possuirão tempos próprios diferentes. Se um sistema A possui maior temperatura que o sistema B, ele possuirá um tempo próprio mais rápdido que o tempo próprio do sistema B. Dada a tendência observada do calor fluir de corpos quentes para os frios, chegando a uma média, pode-se dizer que dois corpos com tempos próprios (temperaturas) diferentes tenderão a sintonizar seus tempos num tempo próprio intermediário.