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Ondas temporais podem emergir da dilatação quântica do tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/11/2020

Ondas temporais podem emergir da dilatação quântica do tempo
Os físicos estão tentando criar uma régua de luz para melhorar as medições do espaço e do tempo.
[Imagem: Petra Korlevic]

Dilatação quântica do tempo

O fenômeno da superposição quântica é ótimo para a próxima geração da computação porque permite que os bits dos computadores quânticos guardem mais de um dado ao mesmo tempo.

Mas os físicos estão desconfiando que essa mesma superposição quântica possa atrapalhar o registro do tempo nos relógios de altíssima precisão, os chamados relógios atômicos, usados para sincronizar as comunicações via satélite, controlar os sistemas de GPS e uma infinidade de outros usos, na tecnologia e no laboratório.

A suspeita é que a superposição possa gerar o que os físicos estão chamando de "dilatação quântica do tempo", algo que mexe com a própria natureza do tempo - ou do que entendemos que o tempo seja.

Em outras palavras, assim como a gravidade emerge da geometria do tecido do espaço-tempo, e as ondas gravitacionais movem-se por esse mesmo tecido, parece existir um grau de liberdade do tempo, onde "ondas temporais" são criadas por uma dilatação do tempo ou por um encurtamento do tempo, conforme o caso.

"Sempre que desenvolvemos relógios melhores, aprendemos algo novo sobre o mundo," disse Alexander Smith, do Dartmouth College, nos EUA. "A dilatação quântica do tempo é uma consequência tanto da mecânica quântica quanto da relatividade de Einstein e, portanto, oferece uma nova possibilidade de testar a física fundamental na interseção das duas."

Cronometragem quântica

Einstein apresentou um quadro revolucionário do espaço e do tempo, mostrando que o tempo experimentado por um relógio depende de quão rápido ele está se movendo - conforme a velocidade de um relógio aumenta, a taxa em que ele bate diminui. Isso representou um afastamento radical da noção absoluta de tempo de Isaac Newton.

Acontece que a mecânica quântica, a teoria do movimento que governa o reino atômico, permite que um relógio se mova como se estivesse viajando simultaneamente em duas velocidades diferentes: uma "superposição" quântica de velocidades.

Ao levar essa possibilidade em consideração, Smith e seu colega Mehdi Ahmadi desenvolveram uma "teoria probabilística da contagem do tempo", que levou à previsão da tal dilatação do tempo quântico.

Para isso, a dupla combinou técnicas modernas da ciência da informação quântica com uma teoria desenvolvida na década de 1980, que explica como o tempo pode surgir de uma teoria quântica da gravidade.

"Os físicos sonham em acomodar a natureza dinâmica do tempo na teoria quântica há décadas," disse Ahmadi. "Em nosso trabalho, prevemos correções para a dilatação relativística do tempo que se originam do fato de que os relógios usados para medir esse efeito são mecânicos quânticos por natureza."

Ondas temporais podem emergir da dilatação quântica do tempo
A famosa "ampulheta de Einstein", onde os vetores não funcionam mais para descrever o "grau de liberdade do tempo".
[Imagem: Smith/Ahmadi - 10.1038/s41467-020-18264-4]

Dilatação do tempo

Da mesma forma que a datação por carbono se baseia em átomos em decaimento para determinar a idade dos objetos orgânicos, o tempo de vida de um átomo energizado atua como um relógio. Se esse átomo se mover em uma superposição de velocidades diferentes, seu tempo de vida aumentará ou diminuirá, dependendo da natureza da superposição em relação a um átomo que se move a uma velocidade definida.

A correção para o tempo de vida do átomo é tão pequena que ela provavelmente nunca fará diferença na escala humana. Mas a capacidade de explicar esse efeito pode permitir um teste de dilatação quântica do tempo usando os relógios atômicos - se confirmada, ela exigiria que se provesse esses relógios atômicos de correções adequadas para garantir sua precisão extrema.

Como podemos usar isso na prática? Assim como a utilidade da mecânica quântica para as imagens médicas, a computação e a microscopia dificilmente poderia ser prevista quando essa teoria estava sendo desenvolvida, no início dos anos 1900, é muito cedo para imaginar todas as implicações práticas da dilatação do tempo quântico, dizem os dois pesquisadores.

Bibliografia:

Artigo: Quantum clocks observe classical and quantum time dilation
Autores: Alexander R. H. Smith, Mehdi Ahmadi
Revista: Nature Communications
Vol.: 11, Article number: 5360
DOI: 10.1038/s41467-020-18264-4





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