A mecânica quântica é famosa por suas ideias estranhas e muitas vezes contraditórias. Em escalas muito pequenas, as partículas não se comportam como objetos do cotidiano. Em vez disso, eles podem existir simultaneamente em vários estados, um conceito conhecido como superposição. Os físicos descrevem esse comportamento usando um objeto matemático chamado função de onda. No entanto, esta imagem entra em conflito com o que observamos na vida quotidiana, onde os objectos ocupam um espaço ou estado específico num determinado momento. Para resolver isto, os cientistas geralmente propõem que quando um sistema quântico é medido ou interage com um observador, a sua função de onda colapsa num único resultado.
Agora, com a ajuda do Foundational Questions Institute, FQXI, uma equipa internacional de físicos analisou mais de perto explicações alternativas conhecidas como modelo de colapso quântico. As suas descobertas sugerem que estes conceitos podem ter consequências surpreendentes na forma como o próprio tempo se comporta, com pequenos limites na precisão com que pode ser medido. Pesquisa, publicada Estudos de revisão físicaTambém oferece uma maneira possível de testar esses modelos em relação à teoria quântica padrão.
“O que fizemos foi levar a sério a ideia de que os modelos de colapso poderiam estar ligados à gravidade”, disse Nicola Bortolotti, estudante de doutoramento no Museu e Centro de Investigação Enrico Fermi (CREF) em Roma, Itália. “E então fizemos uma pergunta muito específica: o que isso significa para o próprio tempo?”
Colapso espontâneo e modelos quânticos testáveis
Na década de 1980, os pesquisadores começaram a desenvolver teorias onde o colapso das funções de onda ocorre espontaneamente, sem a necessidade de observação ou medição. Ao contrário das interpretações tradicionais da mecânica quântica, que oferecem essencialmente diferentes formas de pensar sobre a mesma equação, estes modelos de colapso fazem previsões que podem, em princípio, ser testadas experimentalmente.
“O que fizemos foi levar a sério a ideia de que os modelos de colapso poderiam estar ligados à gravidade. E depois fizemos uma pergunta muito específica: o que isso significa para o próprio tempo?” Nicola Bortolotti diz.
Bortolotti e seus colegas Catalina Carsenu, Cristian Psicchia, Lazos DOC e Simone Manti testaram duas versões de alto nível desses modelos. Um deles é o modelo Diósi-Penrose, que há muito propõe uma ligação entre a gravidade e o colapso da ação das ondas. A outra é a localização espontânea contínua. No seu novo trabalho, os investigadores estabeleceram uma relação quantitativa entre este segundo modelo e as flutuações no espaço-tempo causadas pela gravidade.
Pequena incerteza temporal e limites de precisão dos relógios
A sua análise mostra que se estes modelos de colapso descrevem com precisão a realidade, o tempo em si pode não ser completamente preciso. Em vez disso, terá um nível extremamente pequeno de incerteza inerente. Isto estabelecerá um limite fundamental para a precisão de qualquer relógio.
“Depois de fazer as contas, a resposta é clara e surpreendentemente reconfortante”, disse Bortolotti.
É importante ressaltar que este efeito é demasiado pequeno para afetar qualquer tecnologia atual. Mesmo os relógios atômicos mais avançados não conseguem detectar isso. “A incerteza está muitas ordens de magnitude abaixo de tudo o que podemos medir atualmente, por isso não tem consequências práticas para a cronometragem do dia-a-dia”, disse Kursenu. “Nossos resultados mostram claramente que as modernas tecnologias de cronometragem não são completamente afetadas”, acrescenta Piscia
Mecânica quântica, gravidade e a natureza do tempo
Durante décadas, os físicos têm tentado unificar a mecânica quântica com a gravidade. Cada teoria funciona extremamente bem dentro de seu próprio domínio. A mecânica quântica descreve o comportamento das partículas em escala microscópica, enquanto a relatividade geral explica como a gravidade molda a estrutura em grande escala do universo, incluindo estrelas e galáxias. No entanto, as duas estruturas comportam-se de maneiras muito diferentes ao longo do tempo.
“Na mecânica quântica padrão, o tempo é tratado como um parâmetro externo clássico que não é afetado pelo sistema quântico que está sendo estudado”, explica Curceanu. Em contraste, a relatividade geral descreve o tempo como algo que pode esticar-se e dobrar-se sob a influência da massa e da energia.
“A incerteza é uma ordem de grandeza menor do que podemos medir atualmente, por isso não tem consequências práticas para a cronometragem diária”, diz Catalina Carsenu.
Com base em ideias anteriores de que a mecânica quântica pode fazer parte de uma teoria mais profunda, novas pesquisas apontam para possíveis conexões entre o comportamento quântico, a gravidade e o fluxo do tempo.
Curceanu enfatizou a importância de explorar ideias não convencionais na física. “Não existem muitas fundações no mundo que apoiem a investigação sobre este tipo de questões fundamentais sobre o universo, o espaço, o tempo e a matéria”, disse Karsenu. “Nosso trabalho mostra que mesmo ideias radicais sobre a mecânica quântica podem ser testadas contra medições físicas precisas, e que, de forma tranquilizadora, a cronometragem é um dos pilares mais estáveis da física moderna.”
Este trabalho foi apoiado em parte pelo programa Consciência no Mundo Físico da FQxI. Você pode ler mais sobre a contribuição da equipe no artigo FQxI: “O que podemos experimentar do quantum?” Por Brendan Foster.
