A mecânica quântica é famosa por suas ideias estranhas e muitas vezes contra-intuitivas. Em escalas muito pequenas, as partículas se comportam de maneira diferente dos objetos do cotidiano. Em vez disso, eles podem existir em vários estados simultaneamente, um conceito denominado 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 uma posição ou estado definido de cada vez. Para resolver este problema, os cientistas propõem frequentemente que quando um sistema quântico é medido ou interage com um observador, a sua função de onda colapsa num único resultado.
Agora, uma equipa internacional de físicos, apoiada pelo Instituto de Questões Fundamentais (FQxI), analisou mais de perto uma explicação alternativa chamada modelo de colapso quântico. As suas descobertas sugerem que estas ideias podem ter efeitos surpreendentes no comportamento do próprio tempo, incluindo pequenos limites na precisão das medições do tempo. O estudo foi publicado em pesquisa de revisão físicatambém fornece uma maneira possível de testar esses modelos em relação à teoria quântica padrão.
“O que fizemos foi levar a sério a ideia de que o modelo de colapso pode estar relacionado com a gravidade”, disse Nicola Bortolotti, estudante de doutoramento no Museu e Centro de Investigação Enrico Fermi (CREF) em Roma, Itália, que liderou o estudo. “Então fizemos uma pergunta muito específica: o que isso significa para o próprio tempo?”
Modelo quântico testável de colapso espontâneo
Na década de 1980, os pesquisadores começaram a desenvolver a teoria de que o colapso da função de onda ocorre espontaneamente, sem observação ou medição. Ao contrário das interpretações tradicionais da mecânica quântica, que oferecem essencialmente diferentes formas de pensar sobre as mesmas equações, as previsões feitas por estes modelos de colapso podem, em princípio, ser testadas experimentalmente.
“O que fizemos foi levar a sério a ideia de que o modelo do colapso poderia estar relacionado com a gravidade. Depois fizemos uma pergunta muito específica: o que isto significa para o próprio tempo?” disse Nicola Bortolotti.
Bortolotti e colegas Catalina Curceanu, Kristian Piscicchia, Lajos Diósi e Simone Manti estudaram duas versões principais desses modelos. Um deles é o modelo Diosi-Penrose, que há muito propõe uma ligação entre a gravidade e o colapso da função de onda. O outro é o posicionamento espontâneo contínuo. Em seu novo trabalho, os pesquisadores estabeleceram uma relação quantitativa entre o segundo modelo e as flutuações no espaço-tempo causadas pela gravidade.
Pequenas incertezas de tempo e limitações de precisão do relógio
A sua análise mostra que se estes modelos de colapso descrevem com precisão a realidade, o momento em si não pode ser completamente preciso. Em vez disso, conterá níveis muito baixos de incerteza inerente. Isto estabelecerá um limite fundamental na precisão de qualquer relógio.
“Depois que os cálculos foram feitos, a resposta foi clara e surpreendentemente tranquilizadora”, disse Bortolotti.
É importante ressaltar que o impacto é pequeno demais para afetar qualquer tecnologia atual. Mesmo os relógios atômicos mais avançados não conseguem detectá-lo. “Esta incerteza é muitas ordens de magnitude inferior a qualquer coisa que possamos medir atualmente, por isso não tem impacto real na cronometragem do dia-a-dia”, disse Curceanu. “Nossos resultados mostram claramente que a moderna tecnologia de cronometragem não foi afetada”, acrescentou Pisicchia.
Mecânica quântica, gravidade e a natureza do tempo
Os físicos vêm tentando unificar a mecânica quântica com a gravidade há décadas. Cada teoria é muito válida em seu próprio campo. A mecânica quântica descreve o comportamento das partículas em escalas microscópicas, 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 lidam com o tempo de maneiras muito diferentes.
“Na mecânica quântica padrão, o tempo é tratado como um parâmetro clássico externo 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 ser esticado e dobrado sob a influência da massa e da energia.
“Esta incerteza é muitas ordens de magnitude inferior a qualquer coisa que possamos medir atualmente, por isso não tem impacto real no calendário do dia-a-dia”, disse Catalina Curceanu.
Ao estabelecer a ideia inicial de que a mecânica quântica pode fazer parte de uma teoria mais profunda, a nova investigação aponta para possíveis conexões entre o comportamento quântico, a gravidade e o próprio fluxo do tempo.
Kurceanu enfatiza a importância de explorar ideias não convencionais em física. “Não existem muitas fundações no mundo que apoiem a investigação de questões fundamentais sobre o universo, o espaço, o tempo e a matéria”, disse Kurceanu. “Nosso trabalho mostra que mesmo ideias radicais sobre a mecânica quântica podem ser testadas com medições físicas precisas, e é uma garantia de que o tempo continua sendo um dos pilares mais estáveis da física moderna.”
Este trabalho foi parcialmente apoiado pelo Programa de Conscientização do Mundo Físico FQxI. Você pode ler mais sobre o financiamento da equipe no artigo FQxI: “Can We Feel Quantum Feelings?” por Brendan Foster.
