SATURNO DEVORANDO SUA FILHA (1824) pelo artista espanhol Francisco de Goya.

Saturno era o nome romano para Cronus, o deus associado na antiga mitologia grega com o tempo. Ele tragava as suas crianças depois de ter sido contado que um deles o destronaria. Somente Zeus, que mais tarde o destronou, escapou. A pintura simboliza como o tempo saqueia e destrói todos os humanos. Diferentemente de Zeus, os simples mortais não podem evadir-se do seu poder.

A irreversibilidade do tempo não vigora em pequenas escalas. Nenhuma das principais teorias da física parece escolher preferencialmente uma certa direção para o tempo. Em escalas pequenas os processos são genuinamente reversíveis. Em grandes escalas macroscópicas, os processos são inquestionavelmente irreversíveis.  Como esta mudança da irreversibilidade para reversibilidade acontece, é um mistério fundamental.

A direção irreversível do tempo não foi sempre aceita pelas civilizações antigas. O caráter cíclico do tempo era uma característica comum no pensamento cosmológico grego. Aristóteles escreveu que "há um círculo em todas as outras coisas que têm um movimento natural, entrando no ser e falecendo. Isto é porque todas as outras coisas são discriminadas pelo tempo e terminam e começam como se adaptando a um ciclo; até mesmo o tempo por si só é pensado ser um ciclo". Os Estóicos acreditaram que quando os planetas voltassem às mesmas posições relativas, como no começo do tempo, o cosmos seria renovado novamente e novamente. A razão para a aceitação das idéias de tempo-cíclico era porque a seta de tempo, uma direção única do tempo,  despertava um medo profundo, um terror mesmo, entre o pensadores das civilizações antigas. Uma direção de tempo implica instabilidade, fluxo, e mudança. Era associado com o fim do mundo e não associada com o renascimento e a renovação. 

Foi a tradição judaica-cristã que impôs um tempo irreversível linear na cultura Ocidental. Pela convicção cristã no nascimento e morte de Cristo e a crucificação como eventos únicos, foi uma direção do tempo foi aceita. Estes eventos foram assumidos não serem repetitivos. A civilização ocidental veio a considerar o tempo como um caminho linear que se estira entre o passado e o futuro. Antes dos cristãos, só os hebreu e os persas zoroastrianos tinham adotado esta visão progressiva de tempo.

Os cientistas tornaram a se envolver com o conceito de tempo quando Newton (1687) sentiu-se compelido a defini-lo como sendo necessariamente absoluto. Isto significava que todos os eventos poderiam ser considerados como tendo uma posição distinta e definida no espaço e acontecendo num momento particular do tempo. Este momento do tempo foi tomado como sendo o mesmo para todos observadores em todos lugares do universo. O tempo era uma quantidade inelástica em termos da qual, as mudanças no universo inteiro poderiam ser descritas unicamente. Newton construiu um conjunto de relações matemáticas determinísticas que permitiram a predição do comportamento futuro dos objetos se movimentando e permitiu a dedução do comportamento passado dos objetos se movimentando. Tudo o que se precisa afim de fazer isso eram os dados do presente tomados destes objetos se movimentando.

Einstein mudou totalmente estas idéias. Na sua teoria especial da relatividade e na sua teoria geral da relatividade, o tempo torna-se um conceito relativo. Isto significa que o tempo variava de lugar para lugar. O tempo era elástico.

	Na relatividade especial o tempo torna-se elástico quando você se move com qualquer velocidade. O efeito é maior quando você se move à velocidades perto de um bilhão de quilômetros por hora.
	Na relatividade geral o tempo torna-se esticado quando você se coloca dentro de um campo gravitacional. Este efeito é maior quando o campo gravitacional é forte.

Nas relatividade podemos desenhar diagramas, chamados diagrama espaço-tempo, dos caminhos que as pessoas fazem quando vão adiante no tempo. Este caminho é chamado de linha de mundo do indivíduo.

A linha de mundo de uma pessoa andando para a direita, parando e daí andando de volta para a esquerda.

Note que o deslocamento vertical do indivíduo é o tempo que decorrido desde que ele começou a viagem. O indivíduo não pode mover-se de qualquer maneira tal que a direção vertical seja percorrida na direção negativa (para baixo). Esta direção corresponderia a ir para trás no tempo.

Nos diagramas de espaço-tempo como aquele acima, raios de luz sempre viajarão ao longo de caminhos com ângulos de 45 graus com as linhas horizontal e vertical. Nada pode viajar mais rápido que estes caminhos de luz. Todos objetos tendo massa tem que se mover mais devagar que os raios de luz. Consequentemente o movimento dos objetos do cotidiano cai dentro das linhas inclinadas de 45 graus. Estas linhas de 45 graus formam o que é chamado o cone de luz. As trajetórias do lado de fora do cone de luz são proibidas. Elas representam trajetórias de objetos que correspondem a velocidades maiores do que a velocidade da luz.

Este é um diagrama para a linha de mundo de uma partícula que viaja com velocidade menor que a da luz. O lugar onde os dois triângulos proibidos se encontram é chamado presente. O futuro é a região de formato triangular no topo do diagrama. O passado é o diagrama de formato triangular no fundo do diagrama. Em nenhum momento pode a partícula divergir para dentro das regiões proibidas (triângulos vermelhos) sem ir mais rápido do que a velocidade da luz. Cada ponto ao longo da linha de mundo da partícula nunca deve ser maior que 45 graus. Ir para trás no tempo porém isto é exatamente o que o observador teria que fazer. Conseqüentemente, a relatividade especial prediz que você só pode ir para trás no tempo se você viajar mais rapidamente que a velocidade de luz.

Ambas teorias da relatividade geral e especial dão um método para se viajar no tempo para o futuro. 

Na relatividade especial tudo o que se tem que fazer é deixar a Terra para trás e viajar em uma nave espacial super rápida. Seus intervalos de tempo se dilatarão, fazendo seus relógios andarem mais devagar comparados com os relógios que permanecem fixo à superfície da Terra. Quando você voltar à Terra, você terá envelhecido uma fração pequena do tempo que as pessoas que permaneceram na Terra envelheceram. Com efeito, você terá viajado ao futuro da Terra na sua rápida espaçonave "máquina do tempo".

Na relatividade geral você deixa a Terra e circula um objeto denso tal como uma estrela de nêutrons por uma pequena quantidade de tempo. Para aumentar a quantidade você viaja no futuro, você órbita mais próximo à estrela de nêutron. O campo gravitacional dilata seus intervalos de tempo. Quando você finalmente deixa as imediações da estrela de nêutrons e volta à Terra, todos os habitantes da Terra terão envelhecidos muito mais que você. Você tem efetivamente viajado ao futuro usando um campo gravitacional forte para levar a cabo a viagem no tempo. Para curtos filmes mpeg que simulam viagens às estrelas de nêutrons e buracos negros clique aqui.

As leis da física não impedem viagem no tempo. Eles parecem funcionarem independentemente da direção do tempo.

Há, entretanto, duas objeções lógicas às viagens ao passado no mesmo universo. Elas são como segue:

"Paradoxo do Grandfather"- Você não pode viajar ao passado e romper algum evento de tal um modo que você nunca existisse em primeiro lugar. Isto é chamado o paradoxo do avô porque você pode pensar em ir para trás no tempo e matar seu próprio avô. Isto é problemático, desde se você realmente matasse seu próprio avô, você não deveria absolutamente existir.

"Paradoxo do Free Lunch"- Dentro do mesmo universo, viajantes no tempo não deveriam poder trazer informações e energia ao passado que poderia ser usada para criar idéias e produtos novos. Isto não envolveria nenhuma energia criativa por parte do " inventor. Exemplo: " Imagine que o artista famoso, Pablo Picasso, tinha viajado para atrás no tempo para encontrar-se consigo mesmo mais jovem. Ele poderia dar para ao seu ego mais jovem o seu portfólio contendo cópias da sua arte. Se a versão jovem de Picasso copiasse as reproduções meticulosamente, ele poderia ter afetado o futuro da arte do século XX a uma idade muito anterior. Suas reproduções existiriam porque eles foram copiadas dos originais, e os originais existiriam porque eles foram copiados das reproduções. O artista viajante no tempo teria criado obra-primas sem alguma vez ter gasto qualquer energia na sua criação.

 

É possível construir máquinas do tempo em relatividade geral que o leva de volta ao passado. Estas máquinas normalmente envolvem objetos densos girando rapidamente que estão arrastando o espaço-tempo ao redor deles. Um exemplo é o cilindro massivo giratório mostrado abaixo. Você viaja adiante no tempo se você for no cilindro giratório massivo na sua direção de rotação. Você viaja para trás no tempo se você for no cilindro na direção oposta a que ele está girando.

Alternativamente você pode viajar no tempo usando wormholes que conectam nosso universo com si mesmo em um momento anterior (ou algum outro universo que é uma cópia de nosso universo em um momento anterior). 

Para evitar os dois problemas lógicos dados acima, é obrigatório permitir a existência de mundos múltiplos. Mostra-se que a teoria da física, chamada mecânica quântica, que governa todos os fenômenos físicos nas escalas minúsculas pode ser interpretada literalmente como uma teoria de universos paralelos. Daí, a teoria quântica é bem consistente com a idéia que viagem no tempo pode existir sem dificuldades lógicas. 

Como o tempo é visto num cenário do universo paralelo? Cada momento de tempo é visto como um universo distinto recriado do universo anterior tal que as regras de existência (as leis da termodinâmica) são obedecidas.  Abaixo está um diagrama de uma pilha de universos 2-D. O tempo procede do fundo da pilha para o topo dela. O tempo é então visto como apenas um rótulo de um universo: Tempo 1 = Universo #1, Timpo 2 = Universo #2, Timpo 3 = Universo #3, etc.