O tempo pode ser uma ilusão decorrente do emaranhamento quântico

O tempo sempre parece ser a única coisa em que a física pode confiar. A matéria muda, elas morrem, as partículas entram e saem, mas o tempo continua. Essa suposição está tão arraigada na ciência moderna que muitas vezes passa despercebida. Agora, um novo estudo teórico argumenta que o tempo pode não existir da forma como os físicos o tratam há muito tempo.

Em vez disso, o trabalho sugere que o tempo pode surgir do emaranhado quântico, das estranhas conexões que ligam sistemas separados no nível microscópico. Nesta visão, o tempo não é um estágio universal no qual os eventos se desenrolam. Isso só aparece quando um sistema quântico é usado para rastrear outro.

Artigo, publicado No exame físicoPage e Waters revisitaram o mecanismo, uma proposta apresentada pela primeira vez em 1983. A ideia tem estado à margem do debate sobre a gravidade quântica e os fundamentos da física há décadas. Ao desenvolver um modelo claro, os autores argumentam que o processo pode recuperar tanto o movimento quântico comum quanto, no limite certo, o tempo conhecido da física clássica.

Isto é importante porque a física ainda mantém duas imagens incompatíveis do tempo.

Na mecânica quântica, o tempo é considerado um parâmetro externo, algo imposto de fora do sistema. É a régua usada para medir a mudança, mas não é observável dentro da própria teoria. A relatividade geral trata o tempo de maneira diferente. Lá, o tempo está entrelaçado no espaço-tempo e pode ser esticado ou desacelerado dependendo da gravidade e da velocidade.

“Parece que há uma séria inconsistência na teoria quântica. Isto é o que chamamos de problema do tempo”, disse Alessandro Coppo, do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália.

A discrepância é mais do que um aborrecimento técnico. Isto bloqueia um dos maiores objetivos da física, uma teoria que pode conectar o mundo microscópico da mecânica quântica com a estrutura em grande escala do universo descrita pela relatividade.

A abordagem de Page e Wootters começa com um passo radical. Ele pressupõe que todo o universo pode permanecer em um estado quântico atemporal. Nada evolui globalmente. Nenhum relógio mestre funcionando em segundo plano.

O que parece movimento só aparece dentro desse todo congelado, através das inter-relações entre os subsistemas. Uma parte atua como relógio, a outra é o sistema cujas alterações são rastreadas. Se os dois estiverem interligados da maneira correta, o segundo sistema parece evoluir em relação ao primeiro.

Sem essa relação interna, não existe tempo em nenhum sentido significativo, apenas um estado quântico estático.

Para testar o conceito num cenário concreto, os autores modelaram dois sistemas não interativos, mas emaranhados. Um deles era um oscilador harmônico, um modelo físico padrão para um objeto que vibra ou oscila para frente e para trás. O outro é um sistema de rotação magnética que funciona como um relógio.

A evolução do oscilador não veio de uma variável externa de tempo. Isso vem de seu intrincado relacionamento com o sistema de relógio. Nessas condições, a dinâmica corresponde à equação de Schrödinger, a equação central da mecânica quântica.

Esse é o cerne da reivindicação. O tempo, neste filme, não é fundamental. É relacional.

O artigo também encontrou limites sobre quando essa imagem funciona.

Na versão totalmente quântica do modelo, o relógio só pode rastrear parte do comportamento possível do oscilador. Como o sistema de relógio tinha uma estrutura finita, ele não conseguia rotular os estados de toda a faixa infinita do oscilador. Isto significa que nem todo relógio quântico é bom o suficiente para produzir o tempo que a física normalmente assume.

Este acabou sendo um ponto chave. Para que o processo recupere a dinâmica normal, o relógio deve aproximar-se de um limite clássico. No modelo, isso significa tornar o relógio magnético grande o suficiente para que seu comportamento possa ser descrito mais como um objeto clássico do que como um objeto quântico intenso.

A pesquisa mostrou que quando o relógio se torna macroscópico, os parâmetros de tempo normal da equação de Schrödinger emergem mais naturalmente. A mesma estrutura também identificou um segundo parâmetro ligado à dinâmica do sistema em evolução.

“Acreditamos fortemente que a direção certa e lógica é começar pela física quântica e entender como chegar à física clássica, e não o contrário”, diz Coppo.

Essa linha capta a maior ambição do trabalho. Em vez de tratar o tempo clássico como elementar, os autores tentam mostrar como ele pode surgir a partir de uma descrição quântica mais profunda.

O modelo vai além. Quando os relógios e os osciladores são levados aos seus limites clássicos, as equações são reduzidas às equações hamiltonianas padrão que descrevem o movimento na física clássica. Em outras palavras, o fluxo familiar do tempo parecia emergir da mesma estrutura emaranhada.

Apesar de todo o seu charme, o conceito permanece especulativo.

“Sim, é matematicamente consistente pensar no tempo universal como um emaranhado entre campos quânticos e estados quânticos do espaço 3D”, disse Vlatko Vedral, professor de ciência da informação quântica. Universidade de Oxford. “No entanto, ninguém sabe se algo novo ou frutífero resultará deste quadro, como mudanças na física quântica e na relatividade geral e testes experimentais associados”.

Esta advertência reflete uma verdade maior na física fundamental. Uma teoria pode ser logicamente clara e ainda assim falhar em descrever a natureza. O mecanismo de Page e Waters gerou interesse renovado nos últimos anos devido aos avanços na teoria da informação quântica e ao trabalho em referenciais quânticos. Mas a confirmação experimental direta permanece fora de alcance.

A nova pesquisa não resolve esse problema. Isto fornece um exemplo prático, não uma prova de que o universo realmente usa o tempo dessa maneira.

Ainda assim, o artigo aguça o debate ao mostrar o que esse mundo precisa. As leis da física desde o início dos tempos não serão derramamento de material. Isto seria algo que só aparece sob certas condições, especialmente onde sistemas emaranhados podem desempenhar o papel de relógio e observador.

Adam Frank, um físico teórico Universidade de RochesterColoque o problema em termos mais humanos. “Talvez a única maneira de entender o tempo não seja da perspectiva de algum deus, mas de dentro, da perspectiva de perguntar o que há na vida que revela a aparência do mundo”, disse ele.

Esse pensamento tira a questão da equação. Se o tempo é emergente, o fluxo da experiência humana pode dizer tanto sobre a arquitectura mais profunda da realidade como sobre perspectivas e relações.

Há algo perturbador nessa possibilidade. Um universo atemporal não é aquele onde o relógio para. É aquele em que o tempo não existia como propriedade fundamental em primeiro lugar.

O que chamamos de passado, presente e futuro será menos parecido com trilhos estacionários e mais parecido com padrões decorrentes de correlações quânticas. O movimento aparente do mundo será real na experiência, mas não fundamental na descrição subjacente.

Este é um conceito difícil de testar e talvez difícil de aceitar.

Se esta abordagem se mantiver, poderá ajudar os físicos a pensar mais claramente sobre a gravidade quântica, um esforço de longa data para unificar a mecânica quântica com a relatividade geral.

Isso dá aos pesquisadores uma estrutura mais precisa para estudar relógios quânticos, referenciais e a transição do comportamento quântico para a física clássica.

Por enquanto, seu principal valor é conceitual: oferece uma forma matematicamente detalhada de perguntar se o tempo é fundamental para a natureza ou algo que só surge quando partes do universo ficam presas no caminho certo.