Poucos conceitos em física são tão familiares ou tão confusos quanto o próprio tempo. A teoria da relatividade de Einstein mostra que o tempo não é fixo ou universal. Em vez disso, muda com base na velocidade e na gravidade. No entanto, quando os cientistas combinam a relatividade com a mecânica quântica, as coisas ficam ainda mais estranhas. A teoria quântica mostra que o próprio tempo pode existir em superposição, o que significa que pode fluir mais rápido e mais devagar ao mesmo tempo.
Um estudo recém-publicado sugere que os pesquisadores poderão em breve testar essa ideia estranha em laboratório. O artigo é intitulado “Assinaturas Quânticas do Tempo Intrínseco em Relógios de Íons Ópticos” e foi publicado em 20 de abril de 2026. Cartas de revisão física. A pesquisa foi liderada por Igor Pikovski, professor assistente do Stevens Institute of Technology, em colaboração com uma equipe experimental liderada por Christian Sanner, da Colorado State University, e Dietrich Leibfried, do National Institute of Standards and Technology (NIST).
Relógios atômicos e tempo quântico
Os pesquisadores exploraram como os relógios atômicos avançados podem revelar efeitos quânticos ocultos relacionados ao fluxo do tempo. Com base nas suas descobertas, a mesma tecnologia desenvolvida para relógios e computadores quânticos da próxima geração também pode permitir aos cientistas estudar se o próprio tempo funciona de acordo com regras quânticas.
Na mecânica quântica, os objetos podem existir em vários estados ao mesmo tempo. Este conceito é ilustrado notoriamente pelo Gato de Schrödinger, um experimento mental em que um gato é percebido como estando simultaneamente vivo e morto até ser observado. Os pesquisadores acreditam que fenômenos estranhos semelhantes podem ocorrer ao longo do tempo. Um relógio que se move de acordo com regras quânticas pode experimentar vários fluxos de tempo ao mesmo tempo, como um gato que é jovem e velho ao mesmo tempo.
“O tempo desempenha papéis muito diferentes na teoria quântica e na relatividade”, disse Pikovsky. “O que mostramos é que juntar estes dois conceitos pode revelar subcaracterísticas ocultas do fluxo do tempo que não podem ser descritas pela física clássica.”
Paradoxo dos gêmeos quânticos
A teoria da relatividade já prevê que a passagem do tempo varia dependendo do movimento e da localização. Cada relógio mede seu próprio fluxo de tempo. Por exemplo, um relógio funcionando a 10 m/s durante 57 milhões de anos ficará atrasado em relação a um relógio em repouso cerca de um segundo. Os cientistas confirmaram este efeito usando equipamentos de alta precisão, como o relógio de íons de alumínio do NIST.
Este fenómeno é frequentemente explicado pelo “paradoxo dos gémeos”, em que um dos gémeos viaja a alta velocidade e regressa mais jovem do que o gémeo que ficou para trás. A nova pesquisa leva essa ideia ainda mais para o reino quântico.
Os pesquisadores perguntaram se um único relógio poderia experimentar simultaneamente duas taxas de tempo diferentes em um estado de superposição quântica. De acordo com a teoria quântica, isso deveria ser possível. Pikovsky e os seus colaboradores propuseram a ideia pela primeira vez há mais de uma década, mas os efeitos foram demasiado subtis para serem observados experimentalmente. Os avanços na tecnologia do relógio atômico podem agora mudar isso.
Relógios de íons ultrafrios e flutuações quânticas
A equipe se concentra em relógios iônicos, como os que estão sendo desenvolvidos pelo NIST e pela Colorado State University. Esses dispositivos capturam íons únicos, como alumínio ou itérbio, resfriam-nos a temperaturas próximas do zero absoluto e usam lasers para controlar seus estados quânticos.
Sua análise mostra que a combinação de relógios de alta precisão com tecnologia de computação quântica de íons aprisionados torna possível observar propriedades quânticas do tempo anteriormente ocultas.
“Os relógios atômicos são agora tão sensíveis que podem detectar pequenas diferenças no tempo causadas por vibrações térmicas em temperaturas muito baixas”, disse Gabriel Sorci, doutorando no Stevens Institute of Technology e coautor do artigo. “Mas mesmo na temperatura zero absoluto, o estado fundamental, a taxa de tick ainda é afetada apenas pelas flutuações quânticas.”
Os pesquisadores então exploraram uma possibilidade mais incomum. Em vez de simplesmente resfriar os átomos, eles propuseram manipular o próprio vácuo criando “estados comprimidos” nos quais a posição e a velocidade se comportam de maneiras incomuns.
O relógio está correndo mais rápido e mais devagar ao mesmo tempo
Nestas condições, a equipa descobriu que poderiam surgir efeitos quânticos inteiramente novos envolvendo o tempo. Um único relógio pode efetivamente acelerar e desacelerar simultaneamente, ao mesmo tempo que fica emaranhado com seu próprio movimento quântico.
Os pesquisadores agora esperam provar esses efeitos experimentalmente.
“Temos a tecnologia para gerar a compressão necessária e os meios para atingir a precisão necessária nos relógios de íons para observar esse efeito pela primeira vez”, disse Sanner, do Colorado.
Para Pikovsky, o alcance mais amplo é igualmente excitante. Seu trabalho anterior inclui mostrar que as técnicas quânticas têm o potencial de detectar grávitons individuais, partículas hipotéticas que se acredita transportarem gravidade.
“A física ainda está cheia de mistérios no seu nível mais fundamental. As tecnologias quânticas agora nos dão novas ferramentas para elucidá-los.”
