Espaço

Precisão do tempo tem limitação fundamental

Tempo fica
A imagem idealizada do espaço e do tempo na Relatividade Geral atribui um relógio ideal para cada ponto no espaço, que tiquetaqueiam uniformemente sem serem influenciados pelos relógios próximos. No entanto, quando os efeitos mecânicos quânticos e gravitacionais são levados em conta, esta imagem não mais se sustenta - os relógios afetam-se mutuamente e os ponteiros dos relógios tornam-se "difusos".[Imagem: Juan Carlos Palomino/Universidade de Viena]

Tempo desfocado

Os relógios desempenham um papel inesperado na encruzilhada onde se juntam duas das teorias fundamentais da física moderna.

Quando medimos o tempo, normalmente assumimos que os relógios não afetam o espaço ou o próprio tempo, e que o tempo pode ser medido com precisão infinita em pontos próximos no espaço.

No entanto, quando combinaram a Mecânica Quântica e a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, físicos da Universidade de Viena e da Academia Austríaca de Ciências desvendaram uma limitação fundamental para a possibilidade de medir o tempo.

Quanto mais preciso for um determinado relógio, mais ele "desfocará" o tempo medido por relógios vizinhos, que apresentarão medições, por assim dizer, "embaçadas", sem precisão. Como consequência, o tempo mostrado pelos relógios não estará mais precisamente definido.

Imprecisão quântica

Na vida cotidiana, estamos acostumados com a ideia de que as propriedades de um objeto podem ser conhecidas com a precisão que quisermos. Já na Mecânica Quântica, o princípio da incerteza de Heisenberg estabelece um limite fundamental para a precisão com que se pode conhecer pares de propriedades físicas, como a energia e o tempo de um relógio.

Tempo fica
O tempo pode ser medido sem usar um relógio. Ou também ele pode ser medido pela massa ou pelo calor. [Imagem: Pei-Chen Kuan]

Quanto mais preciso for o relógio, maior será a incerteza em sua energia. Um relógio arbitrariamente preciso teria, portanto, uma incerteza ilimitada em sua energia.

Isto se torna importante quando se inclui a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, a outra teoria-chave da física. A Relatividade Geral prediz que o fluxo de tempo é alterado pela presença de massas ou fontes de energia. Esse efeito, conhecido como "dilatação gravitacional do tempo", faz com que o tempo passe mais lentamente perto de um objeto de grande energia, em comparação com a situação na qual o objeto tenha uma energia menor.

Juntando as peças

Combinando esses princípios da Mecânica Quântica e da Relatividade Geral, o trio austríaco demonstrou um novo efeito na interação das duas teorias fundamentais.

Se temos um relógio muito preciso, a Mecânica Quântica estabelece que sua incerteza de energia é muito grande. E, quanto maior a incerteza na energia, diz a Relatividade Geral, maior será a incerteza no fluxo de tempo na vizinhança do relógio.

Juntando as peças, os físicos demonstraram que relógios colocados um ao lado do outro necessariamente se perturbam mutuamente, resultando em um fluxo de tempo "borrado", impreciso - imagine um relógio marcando a hora, com seu ponteiro em uma posição exata, e outro, nas proximidades, afetado pelo primeiro, com seu ponteiro "desfocado", podendo estar em várias posições simultaneamente.

Esta limitação na nossa capacidade de medir o tempo é universal, dizem os físicos, no sentido de que é independente do mecanismo subjacente dos relógios ou do material do qual eles são feitos.

"Nossos resultados sugerem que precisamos reexaminar nossas ideias sobre a natureza do tempo quando tanto a Mecânica Quântica quanto a Relatividade Geral são levadas em conta," disse Esteban Castro.

Bibliografia:

Entanglement of quantum clocks through gravity
Esteban Castro Ruiz, Flaminia Giacomini, Caslav Brukner
Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.1616427114




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