Os físicos têm-se esforçado por compreender a natureza do tempo desde o início da sua atividade. Mas um novo estudo teórico sugere que o tempo pode ser uma ilusão tecida a nível quântico.
O tempo pode não ser um elemento fundamental do universo, mas antes uma ilusão que emerge do entrelaçamento quântico, sugere um novo estudo.
O tempo é um problema espinhoso para os físicos; o seu comportamento inconsistente entre as nossas melhores teorias do universo contribui para um impasse que impede os investigadores de encontrarem uma “teoria de tudo”, ou um quadro que explique toda a física do universo.
Mas no novo estudo, os investigadores sugerem que podem ter encontrado uma pista para resolver esse problema: fazer do tempo uma consequência do emaranhamento quântico, a estranha ligação entre duas partículas distantes.
A equipa apresentou as suas descobertas num artigo publicado na revista Physical Review A.
“Existe uma forma de introduzir o tempo que é consistente tanto com as leis clássicas como com as leis quânticas, e é uma manifestação de emaranhamento”, disse o primeiro autor Alessandro Coppo, físico do Conselho Nacional de Investigação de Itália, ao Live Science.
“A correlação entre o relógio e o sistema cria a emergência do tempo, um ingrediente fundamental nas nossas vidas”, explica Coppo.
Na mecânica quântica, a nossa melhor teoria do mundo microscópico, o tempo é um fenómeno fixo – um fluxo inexorável e unidirecional do passado para o presente.
O tempo permanece externo aos sistemas quânticos bizarros e em constante mudança que mede e só pode ser visto através da observação de mudanças em entidades externas, como os ponteiros de um relógio.
No entanto, de acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, que descreve objetos maiores, como os nossos corpos, estrelas e galáxias, o tempo está entrelaçado com o espaço e pode ser deformado e dilatado a altas velocidades ou na presença da gravidade.
Isto deixa as duas melhores teorias que temos para explicar a realidade num impasse fundamental. Sem a sua resolução, uma teoria coerente de tudo continua fora de alcance.
“Parece que existe uma inconsistência grave na teoria quântica“, disse Coppo. “É a isto que chamamos o problema do tempo“.
Para resolver este problema, os investigadores recorreram a uma teoria chamada mecanismo de Page e Wootters.
Proposta pela primeira vez em 1983, esta teoria sugere que o tempo surge para um objeto através do seu emaranhamento quântico com outro objeto, que atua como relógio. Para um sistema não emaranhado, por outro lado, o tempo não existe, e o sistema percebe o universo como congelado e imutável.
Ao aplicarem o mecanismo de Page e Wootters a dois estados quânticos teóricos emaranhados mas que não interagem – um deles um oscilador harmónico vibrante e o outro um conjunto de ímanes minúsculos que funcionam como um relógio – os físicos descobriram que o seu sistema podia ser perfeitamente descrito pela equação de Schrödinger, que prevê o comportamento dos objetos quânticos.
No entanto, em vez do tempo, a sua versão da famosa equação funcionava de acordo com os estados dos pequenos ímanes que funcionavam como relógio.
Esta descoberta não é nova, mas o passo seguinte da equipa foi: repetiram os seus cálculos duas vezes, assumindo primeiro que o relógio magnético e depois o oscilador harmónico eram objectos macroscópicos (maiores).
As suas equações foram simplificadas para as da física clássica, sugerindo que o fluxo do tempo é uma consequência do entrelaçamento, mesmo para objectos em grandes escalas.
“Acreditamos firmemente que a direção correta e lógica é partir da física quântica e compreender como chegar à física clássica, e não o contrário”, disse Coppo.
Outros físicos mostraram-se cautelosos. Apesar de considerarem o mecanismo de Page e Wootters uma ideia fascinante para as origens quânticas do tempo, disseram que ainda não produziu nada testável.
“Sim, é matematicamente consistente pensar no tempo universal como o emaranhamento entre campos quânticos e estados quânticos do espaço 3D”, disse Vlatko Vedral, professor de ciência da informação quântica na Universidade de Oxford que não esteve envolvido no trabalho, ao Live Science.
“No entanto, ninguém sabe se algo de novo ou frutífero sairá deste quadro — como modificações à física quântica e à relatividade geral, e os correspondentes testes experimentais.”
Apesar destas dúvidas, a construção de teorias do tempo a partir da mecânica quântica pode, no entanto, ser um ponto de partida promissor — desde que possam ser moldadas para se adaptarem às experiências.
“Talvez haja algo sobre o emaranhamento em que ele desempenha um papel”, diz Adam Frank, físico teórico da Universidade de Rochester, em Nova Iorque, que não esteve envolvido no estudo, ao Live Science.
“Talvez a única forma de entender o tempo não seja de uma perspetiva divina, mas de dentro, de uma perspetiva de perguntar o que há na vida que manifesta essa aparência do mundo”, conclui Frank.
