“Um tempo de aventuras no domínio Infinitesimal”

“O tempo é como um aquário … mergulhado em alto-mar“… (Sérgio Cohn)mec quântica

Será que o tempo é quantizado?…Ou, em outras palavras, existirá uma unidade fundamental de tempo, que não possa ser dividida num instante mais breve?              John Baez, matemático da UCR e moderador da sci.physics.research responde:

A resposta imediata para esta pergunta é… “Ninguém sabe“… Certamente não há nenhuma evidência experimental a favor de uma tal unidade mínima. Por outro lado,     não há nenhuma evidência contra ela, exceto que ainda não foi encontrada De fato,    não existem teorias físicas usuais, incorporando uma unidade fundamental de tempo,         e existem grandes obstáculos para se fazer isto de modo compatível aos princípios da Relatividade Geral. Recentes trabalhos de Lee Smolin sobre a ‘teoria da gravidade quântica em Loop’, onde a gravidade é representada por ‘laços espaciais‘, sugerem      que pode haver uma forma de se fazer algo aproximado nesse sentidosem envolver    uma unidade mínima de tempo, mas uma quantidade mínima de área para qualquer superfície bidimensional…além de um volume mínimo para qualquer região espacial      3d, e até talvez um hipervolume mínimo para qualquer região 4d do espaçotempo. *******************************************************************************  Já William Unruh, professor da Universidade British Columbia dá a seguinte resposta:

William Unruh

William Unruh

Não existe…certamente… nenhuma evidência experimental de que o tempo (ou espaço) seja quantizado… Então – a questão é… ‘se pode        existir uma teoria onde o tempo é quantizado.      

Embora pesquisadores tenham formulado algumas teorias em que existe a necessária “quantização” de tempo… – nenhuma… – que eu saiba… jamais foi seriamente considerada como uma teoria viável da realidade – pelo menos … não por mais pessoas do     que seu proponente original… Pode-se, no entanto,  questionar de uma forma diferente. — Juntando G (constante newtoniana), h (constante de Planck) e    c (velocidade da luz)  obtém-se certa quantidade  mínima de tempo… – cerca de 10 e(-44) segundos.

Nessa escala temporal (de Planck)… – supõe-se que ‘efeitos quânticos‘ passem a dominar a gravidade…e, portanto…como a teoria de Einstein relaciona gravidade e tempo, a dominar também a noção comum de tempo. Ou seja, para estes intervalos… – seria de se esperar que toda “noção de tempo“…perca seu significado.

O maior obstáculo para, definitivamente, responder esta pergunta é que, não há nenhuma teoria realmente aceitável para descrever este modelo, onde a mecânica quântica se une à gravidade. Nos últimos anos, um ramo da física teórica chamado “teoria das cordas” tem levado adiante esta ideia – mas a teoria ainda está muito longe de um modelo em que seja possível utilizá-la… – para descrever a ‘natureza do tempo‘… – em um intervalo tão breve. ************************************************************************************ Uma outra perspectiva um tanto “iconoclasta” sobre esta questão vem de William Tifft, professor de astronomia da Universidade do Arizona Para ele há 3 formas de responder esta pergunta: 1ª) Não há nenhuma evidência conclusiva de que o tempo seja quantizado, mas…2ª) alguns estudos teóricos sugerem que… – para unificar a gravitação (relatividade geral) com teorias da física quântica, pode ser necessário quantizar o espaço, e até, talvez, o próprio tempo – considerado assim, sempre, uma quantidade unidimensional; 3ª) Meu próprio trabalho – combinando novas ideias teóricas… com observações de propriedades galáticas, partículas e forças fundamentais, sugere que – em certo sentido…o tempo pode ser quantizado…mas, com uma condição… nesse caso  já não seria unidimensional.

redshift

Temos observado que redshifts galáticos (Intensidade x Angstrons) parecem, de fato, ser quantizados.

O “desvio para o vermelho”… representa uma variação aparente na frequência da luz das galáxias distantes. Tal mudança se dá conforme sua magnitude aumenta com a distância.  Porém… se os “redshifts” fossem causados apenas pelo alongamento da luz devido à “lei de Hubble“… como se supõe — teriam então uma “distribuição harmoniosa” de valores.    Mas na verdade, parece que os redshifts assumem ‘valores discretos‘; algo impossível,  se fossem apenas devido à expansão cósmica…Esta observação sugere que há algo muito fundamental sobre o espaçotempo que ainda não descobrimos. A luz desviada para o vermelho que vemos é formada por…fótons… A energia de um fóton (E) é o produto da ‘constante de Planck’ (h) pela ‘frequência’ da luz (f) – definida como o inverso do tempo.

planckPortanto…se apenas ‘redshifts discretos’ são possíveis, então apenas certas energias estão presentes – e, apenas certas frequências (ou, inversamente… “intervalos de tempo”)… são permitidos. Na medida em que ‘redshifts’ de galáxias se relacionam à estrutura do tempo, fica subtendida uma “quantização” inerente.

Em nossos modelos teóricos aprendemos a prever as energias envolvidas – e, deduzimos que os tempos envolvidos são sempre determinados múltiplos do “tempo de Planck“;  menor intervalo de tempo possível – de acordo com as teorias físicas atuais. Já o modelo    no qual estamos trabalhando – não só prevê ‘redshifts’…como também permite o cálculo básico das “energias de massa” das partículas fundamentais…bem como “propriedades” das forças fundamentais… – Como consequência…o tempo (além do espaço) parece ser tridimensional… (o que, no cosmo, representaria sua ‘matriz fundamental‘…3×3.)

Assim…as partículas fundamentais e objetos (até a escala de galáxias) podem ser representadas como discretas estruturas quantizadas… de tempo tridimensional, incorporadas em uma “matriz global” de tempo 3D – a partir de um ponto de          origem (t= 0), ou seja…um “big-bang” – de onde estruturas parecem ‘evaporar’ radialmente… Qualquer pedaço escolhido…por exemplo, a nossa galáxia, estaria          evoluindo no tempo 3d ao longo de sua ‘linha temporal‘. Assim, em nossa parte (quantizada) só sentimos o fluir unidimensional de nossa parte de tempo global.

“sobre o Tempo” – Salvador Dali

Dessa forma, portanto, agora podemos finalmente tentar responder à pergunta a princípio formulada  sobre a possibilidade de…”quantização do tempo”.

O fluxo do tempo que sentimos corresponde ao de nosso pedaço de tempo (3d) … ao longo da matriz global de tempo 3D, devido à expansão acelerada, provavelmente não quantizado. — Tanto o espaço quanto o tempo operacional podem ser contínuos.  Por outro lado, a estrutura de intervalos de tempo (frequências e energias) que formam os “pedaços”  de tempo 3D (cujos elementos fundamentais, são  identificados como galáxias)…parece ‘quantizada’ em unidades compatíveis à “‘escala de Planck“. 

No modelo de tempo 3d o espaço é uma entidade local. Galáxias estão separadas em tempos 3Derroneamente interpretados como espaço.

O que importa no tempo tridimensional são os intervalos de tempo necessários para enviar sinais entre as galáxias – portanto – a separação das galáxias no tempo…e não no espaço, é fundamental. Desse modo, a matriz geral de tempo 3D parece conter discretas ‘partículas de tempo3d. Estas partículas são as ‘galáxias. Quando os fótons viajam entre as galáxias – o resultado é uma estrutura quantizada, que vemos como ‘redshifts quantizados… – Quando fótons viajam dentro de uma única estrutura temporal 3d…   vemos apenas dinâmicas espaciais comuns, onde o tempo transcorre de modo contínuo.

Acreditem, ou não… parece que podemos ter as 2 formas – a estrutura subjacente de tempo pode ser 3D quantizada… enquanto estruturas de tempo 3d fluem continuamente. SCIAM ‘Is time quantized?’ (Out, 1999) *******************************************************************

Questionado sobre sua célebre frase… “Deus não joga dados!”… Einstein poderia responder: “porque o Gato de Schrödinger teria uma 2ª chance”.

E, é justamente o que me parece acontecer analisando a 3ª resposta…vivemos, ao mesmo tempo, em um universo interno (cósmico), e um externo (cosmológico)…ou seja, vivemos em um universo “micro/macro” e…”quântico/relativístico” – ao mesmo tempo (e espaço).

Não sou fanático pela ‘Teoria das Cordas’ (muito pelo contrário)… – mas me parece que a grande dificuldade em se aceitar um espaço/tempo com 9 dimensões – pode estar com os dias contados. Neste próprio post é mostrada a possibilidade de uma matriz espaçotempo (quadrada e inversa) com 9 dimensões… (3 de tempo … – para cada dimensão de espaço).  Outra observação útil sobre esta excêntrica teoria é que uma “unidade de corda”…apenas com comprimento (na escala de Planck) teria as mesmas propriedade de um spin…que a grosso modo corresponde ao “momento angular” (‘torque‘) de uma partícula elementar. ***********************************************************************************

tempoConsiderações sobre o tempo

O que é o tempo?…Ele flui da mesma forma para todas pessoas?…Ele teve um início?… É possível viajar nele?… Ele flui de forma contínua?… A física moderna ainda tem…muitas dúvidas a responder sobre tudo isso… – Para os fascinados por tais questões a boa notícia é que, existem possibilidades reais concretas a serem investigadas.

As pesquisas na área não responderam à pergunta… – “o que é o tempo?”… mas revelaram aspectos surpreendentes dessa obscura entidade…que podem ser verificados…e estudados em laboratório – ou mesmo, observando-se o céu. Nesse sentido, uma área com aplicações bastante concretas sobre fenômenos envolvendo o…”fluxo do tempo“…é a dos aparelhos ‘GPS’ (“Global Positioning System”), bem como outros sistemas de navegação por satélite.

A Teoria da Relatividade mostrou que o “tempo físico” não flui com o mesmo ritmo, para todos os observadoresUma das situações nesse caso é quando há gravitação. Dentro de ‘campos gravitacionais’, tudo acontece mais devagar… do que fora deles… O correr dos relógios, batidas do coração, reações químicas, tudo. Esse efeito é chamado…”dilatação gravitacional do tempo“, e foi previsto pela teoria da “relatividade geral”formulada por Einstein entre 1907 e 1916, que substituiu a Lei da ‘Gravitação Universal’ de Newton.

No campo gravitacional da Terra, o efeito é muito pequeno para ser observado diretamente…Porém, deve ser levado em conta nos sistemas de navegação por              satélite, com extrema sensibilidadeSe acaso o GPS não incluísse a dilatação gravitacional do tempo…dentro de sua programação – acumularia um erro de aproximadamente 2 kms por dia. – Em poucas horas, já não serviria pra nada.

Atualmente…há pesquisas de ponta para desenvolver sistemas de navegação por satélite, cada vez mais precisos, para diversos fins, inclusive…’navegação espacial’. No campo da ciência pura, sem aplicação tecnológica imediata, a área que estuda dilatação temporal e como verificá-la é a relatividade geral, com grupos também em Astrofísica e Cosmologia.

O fim do começo do tempo                                                                                  O tempo teve um início? As equações de teorias modernas que articulam relatividade geral e mecânica quântica sugerem uma situação estranhíssima – em momentos extremamente próximos do Big Bang, da ordem de 10e–44 segundos, espaço e tempo se fundiriam numa só entidade de 4 dimensões. Seria um fenômeno cosmológico do tipo…”início dos tempos”.

A Cosmologia é um campo efervescente. – A partir de 1999, começaram a proliferar teorias sobre períodos anteriores ao Big Bang. A maior parte dessas tentativas descreve uma longa época antes dele…na qual o universo teria conhecido um período de contração, até que sua matéria estivesse concentrada em uma infinitesimal região de 10e–32 mm de diâmetro…A partir de então, o movimento teria se revertido (no jargão físico: ricochete) – e passado a uma expansão (“inflacionária”). – Para verificar se algum desses modelos pode descrever adequadamente a realidade física…o principal teste é observar a…”radiação cósmica de fundo“. – Entretantoaté agora não foram encontrados sinais suficientes naCMBpara que se possa escolher algum dos modelos propostos — mas podem surgir avanços valiosos.

tempo_quantizadoViagens no tempo

Viagens para o passado não deveriam ser possíveis…pois, o que já aconteceu… – já aconteceu. Mas, a Teoria da Relatividade Geral abre uma brecha misteriosa dando sinais de ser consistente…à existência de partículas que realizam uma trajetória circular no espaço-tempo…isto é, elas “voltam” no tempo, retornando à mesma posição e instante inicial, para então refazer tudo de novo, igualmente e eternamente. Mas a matemática envolvida no processo não é simples. Ainda não se sabe se tais curvas fechadas no espaçotempo são mesmo consistentes com a teoria.

Outro tema que também desafia a intuição sobre a direção do “fluxo do tempo” são os ‘táquions‘…partículas hipotéticas…viajando sempre em velocidades superiores à luz; interpretadas como entidades com um fluxo temporal invertido, do futuro ao passado. 

O Tempo Quantizado                                                                                                                  O tempo é contínuo?… Todas teorias físicas confirmadas por experimentos pressupõem que sim…Mas, há novas hipóteses… segundo as quais – ‘as coisas’… são bem diferentes.

Essas teorias foram criadas por motivos que nada têm a ver com o tempo… São tentativas de resolver um problema fundamental na física atualreunificar a física teórica, que hoje está dividida em 2 grandes campos…de um lado, a teoria da relatividade geral, e de outro, a mecânica quântica com a relatividade especial…As duas formulações são incompatíveis, daí a necessidade de se encontrar uma terceira teoria única…que seja capaz de reproduzir as previsões de ambas, dentro de uma “Teoria Quântica de Campo”. – A tarefa não é fácil.  Há algumas tentativas, mas ainda não foi possível verificar em aceleradores de partículas, se alguma delas representa bem a realidade física. Uma dessas tentativas é a Teoria das Cordas…outra – é a Gravitação Quântica de Laços (Quantum Loop Gravity). Nesta, o ‘espaçotempo’ não é contínuo, mas uma espécie de rede… Apenas os cruzamentos dos fios dessa rede são posições e instantes de tempo possíveis… — para um espaço e  tempo considerados como quanticamente granulados. ### (Roberto Belisário) ### (abr/1988)  *********************************************************************************

Futuro do Universo pode estar influenciando o presente (ago/2011)                          Uma reformulação radical da mecânica quântica sugere que o Universo tem um destino definido já traçado, que volta no tempo para influenciar o passado ou o presente. 

Alguns cosmólogos pensam, que uma reformulação radical da mecânica quântica – onde o futuro possa afetar o passado, teria condições de resolver alguns dos maiores mistérios do Universo…dentre eles – a forma como a vida surgiu…além de explicar a fonte da “energia escurae outros enigmas cósmicos.

Mas, o que mais impressiona é que os cientistas afirmam que recentes experimentos de laboratório confirmam, de uma forma dramática, os conceitos que podem servir de base…para esta reformulação.

Ordem oculta na incerteza

Paul Davies, físico da “Universidade do Arizona” — auxiliado pelo Instituto FQXi, entidade sem fins lucrativos – cuja proposta é discutir as questões fundamentais da Cosmologia está iniciando uma pesquisa…sobre a possibilidade do futuro exercer influência no presente. O projeto vem sendo analisado há mais de 30 anos desde            que Davies ouviu falar das tentativas do físico Yakir Aharonov para chegar à raiz de        alguns paradoxos da mecânica quântica sendo que um deles, é o indeterminismo aparente da teoria, que proíbe a precisa medição do resultado de experimentos, em partículas quânticas. Enquanto a maioria dos físicos que se confrontaram com esse problema deduziram ser a realidade fundamentalmente ‘aleatória‘, para Aharonov            há uma “ordem oculta” na incerteza…mas, para entender sua origem, é preciso um          “salto de imaginação” – para além da nossa clássica visão…de tempo e causalidade.

Em sua reinterpretação radical da mecânica quântica, Aharonov argumenta que 2 partículas aparentemente idênticas comportam-se de modo diverso…sob mesmas condições porque elas são fundamentalmente diferentes. Apenas não percebemos              esta diferença, porque ela só pode se revelar por experiências realizadas no futuro.

Segundo Davies: “A abordagem de Aharonov sobre a mecânica quântica pode explicar todos os resultados normais que as interpretações convencionais também conseguem,        mas tem a vantagem adicional de explicar também o aparente…indeterminismo da natureza. Além do mais, uma teoria na qual o futuro pode influenciar o passado, pode        ter repercussões enormes, e muito necessárias, para nossa compreensão do Universo”.

Um destino cósmico

Cosmólogos – estudando as condições iniciais do Universoficam intrigados sobre o porquê do Cosmos parecer tão idealmente feito para a vida. – Mas há também outros ‘mistérios’… Por que a expansão cósmica está se acelerando? Qual a origem de ‘campos magnéticos galáticos’, e o enigma ‘matéria escura’.

Estas questões não podem ser respondidas apenas pelas condições passadas do Universo. Mas talvez, pondera Davies, se o cosmos já tiver definidas algumas ‘condições finais’ nele próprio (um “destino”) – então istocombinado com a influência das ‘condições iniciais’ estabelecidas logo no início do Universo… possa explicar perfeitamente tais “enigmas”.    É uma ideia muito boa, embora extremamente estranhaMas, haveria alguma forma de verificar sua viabilidade? Dado que ela invoca um futuro ao qual ainda não temos acesso como causa parcial do presente… isto parece ser uma tarefa no mínimo…impossível.

Todavia, recentemente, testes de laboratório engenhosamente                          elaborados…colocaram o futuro em teste – e descobriram que,                      de fato, ele poderia, de algum modo, estar afetando o passado.

Aharonov e colegas previram há algum tempo, que para certos experimentos quânticos muito específicos, realizados em 3 etapas sucessivas – o modo como a terceira e última etapa é feita pode mudar drasticamente as propriedades medidas — durante o passo intermediário. – Por conseguinte…ações realizadas no futuro (“terceira etapa”), seriam observadas, afetando resultados das medições efetuadas no passado (“segunda etapa”).  Em particular, nos últimos dois anos, grupos experimentais realizaram repetidamente experiências com lasers, mostrando que – ao ajustar o passo final do experimento…é possível introduzir “amplificações extremas“, no montante pelo qual o feixe de laser é desviado durante etapas intermediárias do experimentoSendo que, em alguns casos,      a deflexão observada nesta etapa intermediária, pode chegar a ser amplificada por um fator de 10.000…dependendo das escolhas feitas na etapa final. Este bizarro resultado  pode ser explicado por Aharonovcomo se a amplificação intermediária resultasse da combinação de ações feitas tanto no passado (1ª etapa), quanto no futuro (etapa final).

É bem mais complicado explicar estes resultados usando interpretações tradicionais da mecânica quântica, afirma Andrew Jordan, da “Universidade de Rochester”…EUA, que ajudou a conceber um dos experimentos com laser. – A situação pode ser comparada à forma como o…”modelo heliocêntrico”…do Sistema Solar – de Copérnico…e o “modelo geocêntrico” de Ptolomeuambos fornecem interpretações válidas dos mesmos dados planetários mas o “modelo heliocêntrico”… é extremamente mais simples e elegante.

passado-presente-e-futuroMemórias do futuro

Embora experimentos com laser estejam dando “boas novas” para a equipe – Davies, Aharonov, Tollaksen, e Menas Kefatos … da “Universidade Chapman”, Califórnia, estão agora à procura de alguma consequência cósmica observável sobre informações do futuro influenciando o passado. E um bom lugar para se procurar é na ‘radiação cósmica de fundo’…remanescente do ‘Big Bang’.

A CMB tem ondulações fracas de calor e frio, e 30 anos atrás, Davies desenvolveu um modelo com seu então aluno Tim Bunch, descrevendo        essas ondas…a nível quântico. Nesse momento…Davies e Tollaksen se          encontram revisando o modelo – dentro do novo arcabouço quântico.

Físicos têm ideias já bem desenvolvidas, sobre como era o ‘estado inicial’ do Universo,        e como pode acabar sendo seu ‘estado final’muito provavelmenteum vácuo, como resultado inevitávelda contínua expansão. Eles estão juntando estas ideias com o          novo modelo…na tentativa de prever … “assinaturas características” … das influências futurísticas na CMB que possam ser captadas pelo ‘telescópio espacial PlanckNesse sentido, de acordo com Bill Unruh, da “Universidade da Colúmbia Britânica”, Canadá:

“Desde que Aharonov levantou esses resultadostão estranhos                        em algumas situações… – vale a pena pensar na ‘cosmologia‘.                      Ela, com efeito…é o lugar ideal para se testar esta abordagem”.

Davies ainda não sabe se as ideias vão produzir resultados. — Mas, se o fizerem, seria revolucionário. E esta pode ser exatamente forma necessária para um grande avanço.        Pode até ser o destino de Davies, mescla de seu futuro, com seu passado. (texto base*******************************************************************************

“Influências reversas”O futuro pode afetar o passado?                                            Para descobrir isso, bastaria olhar o Universo não como um ambiente 3D normal, mas    no espaço-tempo 4Donde as 3 dimensões espaciais recebem a companhia do tempo.

big bounceO que você faz hoje pode afetar o que aconteceu ontem…Esta é a conclusão de um experimento mental de física quântica descrito em um artigo da arXiv, pela ‘Universidade de Cornell’.  É algo que pode parece…’impossível’, ao violar um dos mais fundamentais princípios da ciência: ‘causalidade‘.  Mas para os pesquisadores as regras  do mundo quântico conspiram, para preservar a causalidade, ocultando a ‘influência’ de escolhas futuras – até que estas… realmente… sejam feitas.

Ação fantasmagórica à distância

No coração da ideia está o fenômeno quântico da “não-localidade”, no qual 2 ou mais partículas existem em estados inter-relacionadas – ‘entrelaçados’ – que permanecem indeterminados até que se faça uma medição num deles. Uma vez que a medição seja        feita em uma das partículas o estado da outra partícula é instantaneamente fixado,      não importando o quão longe estivesse da 1ª. Em 1935 Einstein chamou isto de ‘ação fantasmagórica à distância‘…argumentando que a teoria quântica estaria incompleta.  Experimentos modernos confirmaram que esta ação instantânea é, de fato, real. Mas agora, Yakir Aharonov e colegas estão propondo um experimento a ser feito com um grande grupo de partículas entrelaçadas. Eles argumentam que sob certas condições,          a escolha feita pelo experimentador – quanto à medição dos “estados das partículas”,      poderia então afetar os estados em que as partículas se encontravam “no passado”.

O fenômeno inusitado, segundo eles, pode ser confirmado fazendo previamente uma medição fraca, que não altere esses estados. O que acontece, segundo eles…é que a medição fraca antecipa a escolha feita do experimentador…à sua verdadeira medição (medição forte), que só será feita mais tarde…O elemento fundamental do trabalho é        ver as correlações entre as partículas no espaço-tempo 4D, e não no espaço 3D…Este          é um modo de pensar sobre o “entrelaçamento quântico” … chamado pelos físicos de “formalismo vetorial de 2 estados” E Avshalom Elitzur, coautor do estudo, explica:

“Em 3 dimensões, o fenômeno parece uma influência milagrosa entre                                      duas partículas distantes. – No espaço-tempo, como um todo…é uma                                    interação contínua…que se estende entre eventos passados e futuros”.

“Medições fracas” (Causa e efeito quânticos)                                                                      Embora a quantidade de informação obtida para cada medição fraca                                    seja muito pequena – a média de várias medições dá uma estimativa                                    exata da medição final da propriedade – sem distorcer o ‘valor final’.

A demonstração disso na prática (já há equipes trabalhando no experimento real) depende das “medições fracas” — que … ao contrário das medições tradicionais de fenômenos quânticos, não altera as partículas ao realizar medições.

A “teoria da medição fraca” permite medir “fracamente”…ou “cuidadosamente” – um sistema quântico — e assim obter algumas informações sobre certa propriedade…por exemplo… a posição — sem perturbar a propriedade complementar (o ‘momento’).

No experimento agora proposto…os resultados destas medições fracas batem com os resultados das medições fortes realizadas posteriormenteE é só durante a medição          forte que o experimentador escolhe livremente o que medirainda que o estado das partículas esteja indeterminado após as medições fracas. Diz Elitzur: “Uma partícula        entre as 2 medições possui os 2 estados, indicados tanto pelo passado quanto futuro”.  

A interpretação é que…só adicionando informações posteriores, obtidas pelas medições fortes, pode-se revelar o que as medições fracas realmente significavam. A informação      já estava lá, mas de forma ‘criptografada’…e somente revelada em retrospecto. Assim, a causalidade é preservada mesmo que não exatamente como normalmente pensamos (em causa e efeito). Por que existe essa censura é algo ainda obscuro…a não ser a partir    de uma perspectiva quase metafísica. – E Elitzur conclui “A natureza detesta parecer inconsistente…portanto, ela não vai concordar como uma ‘causalidade retrospectiva evidente’, as pessoas matando seus avós – e assim por diante”. (texto base) (ago/2012)  *******************************************************************************

Causalidade quântica questiona sequência de causa e efeito (out/2012)

causa-e-efeito-quanticos

Se eventos, como partículas quânticas, podem estar em superposição, então haverá situações onde 2 agentes vão se comunicar – mas será impossível definir quem influenciou quem. [“Viena University”]

O conceito de causalidade é indissociável – não só da ciênciamas também, de                  nossas experiências comuns do dia-a-dia. A ideia básica de causa e efeito é que os            eventos no presente são causados por acontecimentos do passado…e, por sua vez,            serão causas de eventos no futuro. Tudo parece criteriosamente ordenado, numa inexorável linha do tempo…Porém, um trio de físicos belgas e austríacos mostrou              que no reino do infinitamente pequeno onde tudo é regido por leis quânticas,          relações de causa e efeito podem ser bem mais confusas – elas podem coexistir.

Segundo eles, é possível conceber situações nas quais um evento pode ser tanto a              causa, quanto o efeito de outro. Ou seja, A pode ser a causa de B, mas, ao mesmo              tempo, pode também ser uma consequência do B, que ele próprio causou. Muito              embora ainda não esteja certo se situações assim são encontradas na natureza, o              simples fato de sua possibilidade, pode ter um grande impacto sobre a própria                mecânica quânticabem como na ‘computação quântica’, e ‘gravidade quântica’.

Superposição de eventos…(João, Maria e o gato de Schrödinger)

gatoschrödingerUma das coisas mais esquisitas, dentre as muitas esquisitices da ‘mecânica quântica’  é que uma partícula pode estar em dois lugares ao mesmo tempoesquisito, mas bem comprovado — por ‘experimentos’. Esse fenômeno é chamadosuperposição‘,  tendo por exemplo o gato de Schrodinger.

No mundo clássico que nossos sentidos detectam, Maria entra em uma sala e encontra um papel com alguma coisa escrita. Ela lê a mensagem, apaga-a, e então escreve sua própria mensagem: “Maria esteve aqui”. Mais tarde, João entra na mesma sala, encontra a mesma folha de papel, lê a mensagem, apaga-a e então escreve sua própria…“João também esteve aqui”. – Acontece que neste nosso “mundo clássico”Maria nunca poderá saber que João esteve na sala, porque até sair  João de fato nunca esteve na sala ele só chegará depois.  Mas tudo muda, se o experimento passar a ser controlado pelas leis da mecânica quântica.  Imagine que, em vez de um papel, nossos dois heróis encontrem na sala um…qubit um ‘sistema quântico’ para ler e registrar suas mensagens. – Nesse caso, o evento pode seguir as leis da mecânica quântica, e estar portanto…em ‘superposição‘. – Nosso qubit assim, conterá simultaneamente a mensagem dos 2, e ela poderá ler que João também esteve na sala, e mudar o que faria em reação a isso … mesmo que João ainda não tenha chegado lá.

Na verdade, é um pouco mais que isso, porque os físicos afirmam que são os próprios eventos que estarão em superposição… Efetivamente, o eventoMaria entra na sala primeiro e deixa a mensagem antes de João estará existindo ao mesmo tempo que o evento…“João entra na sala primeiro e deixa a mensagem antes de Maria”. — Ou seja,          uma autêntica violação quântica da…”ordem causal” — ou, da…”sequência temporal”.

Circularidade causal

Ognyan Oreshkov, da Universidade de Bruxelas, um dos autores da nova teoria, comentou que…“Uma superposição assim…contudo, nunca foi considerada na formulação padrão da mecânica quântica, uma vez que a teoria sempre assume uma ordem causal definida entre os eventos”. E Fabio Costa, da Universidade de Viena, que também participou do trabalho, acrescentou…“Mas se acreditamos que a mecânica quântica governa todos fenômenos é natural esperar que a ordem dos eventos possa ser indefinida…bem como a localização de uma partícula ou sua velocidade”. Isso então significa que uma ‘seta do tempo’…voltada sempre na mesma direção (segundo um “tempo global imanente”)  é um pressuposto da teoria e não uma conclusão embora seja forçoso admitir dentro desse novo ‘quadro teórico’ que um…’pressuposto‘…e uma…”conclusão quânticas“…possam coexistir.

Mas a natureza não precisa obedecer aos postulados da teoria que tenta explicá-la…Em      vez dissoé mais razoável assumir que a natureza obedeça suas próprias leis. Por mais estranha que pareça … essa nova proposta é importante — no sentido de que possamos compreender se uma ordem causal definida é uma propriedade intrínseca da natureza,    ou apenas algo que deriva da forma como interagimos com ela. Mas, antes de qualquer conclusão, talvez seja necessário tentar descobrir na própria natureza algum indício de superposição de eventos, que embaralhe a consagrada lei de causa e efeito. (texto base*******************************************************************************

No mundo quântico, o futuro afeta o passado (fev/2015)                                                  É comum usar dados do passado, as habituais séries temporais,                                                para prever o futuro. Mas, nos domínios do mundo quântico, o                                               futuro é capaz de prever o passado — com muito mais precisão.

Predições tradicionais (esquerda) ficam no 50-50, enquanto “previsões anômalas”, ou retrodições, (à direita) o acerto é de 9 para 1. [D. Tan et al.]

Em uma espécie de jogo de adivinhação – jogado com um qubit                                                  supercondutor, físicos da Washington University descobriram                                              uma maneira de aumentar em muito as chances de “adivinhar”                                              corretamente o estado de um sistema de 2 estados – algo como                                                acertar constantemente…’caras e coroas’…ao jogar uma moeda.

Combinando informações sobre a evolução do qubit, após um certo tempo,                          com informações sobre a sua evolução… até aquele momento… foi possível                        aumentar as chances de acerto dos tradicionais 50-50 para chegar a 90-10. 

Mesmo se soubéssemos tudo o que a mecânica quântica pode nos dizer sobre                      uma partícula…não poderíamos prever com certeza o resultado de um simples                  experimento para medir o estado dessa partícula… Tudo o que ela pode nos                    oferecer são probabilidades estatísticas. Neste experimento, contudoexplica                      Kater Murch, físico da “Washington University”, é como se o que fizemos hoje                    mudasse o que fizemos ontem. E, como a analogia sugereeste resultado tem                    implicações assustadoras sobre nosso conceito de tempo e causalidade … pelo                    menosno mundo microscópico – que é aonde a mecânica quântica se aplica.

Adivinhação quântica / Previsão retrospectiva

O dispositivo usado no experimento é um circuito supercondutor simples: um qubit, que passa a obedecer regras do mundo quântico, quando resfriado até perto do zero absoluto. A equipe usou 2 níveis de energia desse qubit – o estado fundamental … e outro excitado, como modelo do sistema quântico. – Entre os estados, há um número infinito de estados quânticos que são superposições…ou combinações – dos estados fundamental e excitado.  O estado quântico do circuito é detetado…colocando-o dentro de uma caixa micro-ondas. Uns poucos fótons micro-ondas são enviados à caixa, onde seus campos interagem com    o circuito. Então, ao saírem, os fótons carregam informações sobre o sistema quântico.

Essas “medições fracas” não perturbam o qubit, ao contrário das “medições fortes”, com fótons ressonantes (sintonizados), onde a diferença de energia entre os dois estados, faz o circuito colapsar…num, ou outro estado; tipo…”jogo de adivinhação quântica” – no qual os “estados do qubit” simulam a “cara e coroa” de uma moeda.

Murch explica: “Começamos cada rodada colocando o qubit em superposição de 2 estados…Fizemos então a ‘medição forte’, escondendo o resultado – e continuamos monitorando o sistema com medições fracas. Calculando para a frente, usando a equação de Born que expressa a probabilidade de encontrar o sistema num estado particular‘…as chances de acertar são de apenas 50%…Mas também podemos calcular para trás, usando algo chamado ‘matriz de efeito’. Basta pegar todas as equações e invertê-las. Elas ainda funcionam, e podemos simplesmente rastrear a trajetória rumo ao passado. Portanto, há uma trajetória indo em um curso para trás – e outra trajetória indo para a frenteEntão, nesse caso, se olharmos as duas juntas, e pesarmos a informação em ambas igualmente, encontramos algo que chamamos de uma…’previsão retrospectiva‘…ou retrodição“.

O espantoso sobre essa espantosa…”retrodição”…é que ela tem uma precisão                        de 90%. – Quando a equipe tenta prever o resultado da medição forte – feita inicialmente e armazenada, o cálculo acerta 9 vezesem cada 10 tentativas.          Noutras palavras — no “mundo quântico” — “o futuro prevê o passado”.

Isto tem implicações para problemas profundos da física, na interpretação da realidade, incluindo a tradicionallei de causa e efeito…O resultado sugere, por exemplo…que no mundo quântico o tempo roda tanto para trás, quanto para a frente – enquanto que, no mundo clássico em que interagimos, o tempo parece só correr para a frente; a chamada seta do tempo também poderia correr do futuro para o passado…Segundo Murch: “Não está claro por que no mundo realo mundo constituído por muitas partículas, o tempo      só caminha para a frente…enquanto a entropia sempre aumenta. – Mas há muita gente trabalhando nesse problema…e espero sua resolução para breve”. texto base (fev/2015)  *********************************************************************************

O futuro já aconteceu… (jan/2018)

Existe um lugar onde o tempo passa diferente de pessoa para pessoa. Nesse lugar, nenhum relógio marca a mesma hora; e passado, presente e futuro, por terem acontecido ao mesmo tempo, se acham essencialmente congelados…Aí, todo universo, desde a sua origem, até  o seu fim — existe … ao mesmo tempo.  Nesse lugar… o que para você é futuro, pode ser memória distante… a alguém.

Noutras palavras, você não tem escolha. Deve ser chato morar em um lugar como esse, afinal de contas, não parece haver liberdadeé tudo uma ilusão. Mas que lugar é esse?      É o nosso universo! Pode parecer ficção…mas tudo isso foi descoberto por Einstein em 1905. Desde que nascemos cultivamos a ideia do tempo passando para todos no ritmo igual, e que todos na Terra viajam juntos, rumo ao futuro…Contudo, segundo Einstein, enquanto você lê esse texto, o tempo não passa. Na verdade, é você quem viaja por sua dimensão, através de um meio de transporte invisível, extremamente rápido. Tal meio      de transporte, que viaja a extraordinários 1,08 bilhão km/hora…é a ‘velocidade da luz’.

De acordo com a relatividade de Einstein, tempo e espaço são uma coisa só, chamada espaçotempo, onde nada pode viajar mais rápido do que a luz. Daí então, surge um grande problema. Se você já está na velocidade da luz agora, quando se levantar para            ir ao banheiro a 4 km/h…terá ultrapassado essa velocidade da luz?… É claro que não.          O que acontece é um desconto dessa velocidade… emprestada… pelos motores que empurram o tempo. Mas, isso tem um preçoqual seja, o tempo passa mais devagar      para você. Pouca coisa, certo?… – Sim, as velocidades experimentadas no ‘dia-a-dia’,      são extremamente insignificantes, para ter efeito perceptível na passagem no tempo.    Mas então, vamos imaginar que sua Ferrari possa atingir a velocidade de 1 bilhão de    km/h. Na rodovia que você viaja, há uma pessoa no bar. E aíum ladrão aparece do    nada, e aponta uma pistola para a cabeça do indivíduo. Você passa pela rodovia. Seu relógio marca 10:00. Porém, ao passar em frente ao bar, você não vê a pessoa sendo ameaçada de morte…Por que?… Porque o tempo passou mais devagar para você, do        que para as pessoas no bar. Seu relógio marca 10:00, mas no relógio de lá são 10:05.    Você viajou ao futuro…e vê…ou uma pessoa morta, ou a polícia prendendo o sujeito          no bar Vê algo, que para as pessoas que estavam no bar – ainda não está decidido.

Temos então um ‘paradoxo’…Tanto você, como o homem ameaçado, vivem                            o que os 2 chamam de ‘agora’. Mas para ele é futuro… algo que você já tem                        na memória…ou seja… – algo que para você… – já se encontra no passado.

Mas, por incrível que pareça… as coisas ainda podem ficar mais complicadas… – Segundo Einstein, grandes distâncias também podem distorcer a ideia de que exista um agora para todos. Em outras palavras… para um alienígena vivendo em outra galáxia, o momento em que você está em frente ao computador…lendo este artigo…pode ser um passado distante.

mundosparalelos

A Teoria dos Muitos Mundos

Chegamos aqui…a uma conclusão extraordinária. Com toda história do universo já escrita…não temos então… o que se chama de “livre arbítrio“… – O ‘amanhã‘ já está definido na “realidade” do cosmo.

Existe, porém, uma teoria que nos concede o “poder de escolha“, mesmo num universo determinístico. – São os ‘mundos paralelos‘…ainda mais bizarros do que tudo o que foi visto até aqui. Criada pelo físico Hugh Everett em 1957, a “Teoria dos Muitos Mundos” sugere que a cada ação que fazemoso Universo se divide em realidades paralelas – onde toda possível ação é executada… E assim funcionaria… A cada resultado de uma ação,  infinitos Universos seriam gerados… — com…infinitas possibilidades. (texto base*******************************(texto complementar)********************************

Fluxo quântico do tempo (set/2019)                                                                                      “Nossa proposta procurava descobrir o que acontece quando um objeto massivo o suficiente para influenciar o fluxo do tempo…é colocado em um estado quântico.” 

Físicos afirmam ter demonstrado a existência de um novo tipo de ordem quântica do tempo.  A prova veio de um experimentoque reuniu elementos das 2 grandes (mas contraditórias) teorias da física do século 20relatividade, e mecânica quânticaO experimento combina elementos-chave dessas 2 teorias…revelando que a ordem temporal entre os eventos pode mostrar “características quânticas genuínas”, muito diversas da experiência da…passagem contínua do tempo… comumente vivenciada. 

A teoria de Einstein descreve como a presença de um objeto maciço retarda a passagem do tempo…explica Magdalena Zych, da Universidade de Queensland, na Austrália… “Imagine duas naves espaciais…que devem disparar uma contra a outra em um momento específico, enquanto evitam o ataque da outra…Se uma delas disparar muito cedo – destruirá a outra. Na teoria de Einstein…um inimigo poderoso poderia usar princípios da ‘relatividade geral’, colocando um objeto massivo – como um planeta…mais próximo de uma das naves…para retardar o passar do tempo (do ponto de vista desta nave). Por causa do retardo temporal, a nave mais distante do objeto massivo dispararia mais cedo — assim destruindo a outra”.

A segunda teoria, a mecânica quântica, diz que qualquer objeto pode estar em um estado de “superposição“. Isso significa que pode ser encontrado em diferentes estados assim como o gato de Schrodinger. Isto é…usando a mecânica quântica…se o inimigo colocar o planeta num estado de superposição quântica, o tempo também sofrerá com isso. Assim, quando um objeto massivo for colocado em uma ‘superposição quântica’…próximo a um conjunto de relógiossua “ordem temporal” poderá se tornar “genuinamente quântica”, desafiando qualquer descrição clássica. Desse modo, haveria uma nova forma da ordem dos eventos se desenrolar, com nenhum dos eventos sendo o 1º ou 2º…mas num estado quântico genuíno de ser simultaneamente…primeiro e segundo… – Nesse sentido… por exemplo…’reverter causa e efeito‘ não será problema para os “computadores quânticos”.

Propriedades quânticas do tempo

Embora colocar 2 planetas em superposição provavelmente seja possível, o ‘experimento  matemático’ sem se utilizar da gravidade, permitiu…simular”…o funcionamento do tempo no mundo quânticomostrando que    o assim chamado “tempo quântico” pode ser tão, ou mais bizarro … do que os demais fenômenos pertencentes à “escala atômica”.

E isso pode ser relevante para futuras tecnologias: computadores quânticos que tirem proveito dessaordem temporal quântica, para executar operações, poderão superar dispositivos que operem usando apenas sequências fixas…E implementações práticas      da ordem temporal quântica não requerem condições extremas … (como planetas em superposição), podendo ser simuladas sem gravidade. — Ou seja…esta descoberta de propriedades quânticas do tempo pode desenvolver equipamentos…numa emergente computação quântica; foi o que concluiu o professor Fabio Costa, membro da equipe:

“Mesmo que tal experimento nunca possa ser realizadoseu estudo é relevante para tecnologias futuras. – Atualmente, estamos trabalhando em direção a computadores quânticos que, a grosso modo, poderiam efetivamente pular no tempo para executar      suas operações com muito mais eficiência…do que os aparelhos que operam em uma sequência fixa no tempo… como o conhecemos em nosso mundo usual”. (texto base*******************************************************************************

Ondas temporais podem emergir da dilatação quântica do tempo

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Ilustração artística da deslocalização das moléculas massivas usadas em um experimento de puperposição quântica. [Yaakov Fein/Universidade de Viena]

O fenômeno dasuperposição quânticaé ótimo para a próxima geração computacional…pois permite aos qbits guardarem mais de um dado    ao mesmo tempo. Mas talvez essa superposição possa também atrapalhar o “registro do tempo” nos relógios de altíssima precisão chamadosrelógios atômicos‘…utilizados para sincronizar comunicações via satélite — controlar sistemas GPS, etcSuspeita-se que a superposição gere uma…dilatação quântica do tempo, algo que  mexeria com a própria natureza do tempo.

Noutras palavras…assim como a gravidade emerge da geometria do tecido do espaço-tempo…e ondas gravitacionais movem-se por esse tecido – parece existir um grau de liberdade do tempo, onde “ondas temporais” são criadas pela dilatação do tempo, ou        por um encurtamento dele, conforme o caso…E, o pesquisador Alexander Smith…do “Dartmouth College” — sobre isso…comentou: “Sempre que desenvolvemos relógios melhores, aprendemos algo novo sobre o mundo. A dilatação quântica do tempo é          consequência tanto da mecânica quântica quanto da ‘relatividade geral’, e…portanto, oferece uma nova possibilidade de testar a física fundamental – na interseção das 2.”

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A “ampulheta de Einstein”, onde os vetores não funcionam mais para descrever o “grau de liberdade do tempo”. [Smith/Ahmadi]

Cronometragem quântica

Einstein apresentou um quadro revolucionário – do espaço e do tempo…mostrando que o tempo experimentado … pelo relógio, é dependente – de sua velocidade.

Conforme a velocidade aumenta,  a taxa de batida diminuiO que significa a ‘ruptura’ com a noção de ‘tempo absoluto’, em Newton.

Acontece que a mecânica quântica permite que um relógio se mova…como se viajasse simultaneamente em duas velocidades diferentes – numa “superposição” quântica de velocidadesLevando essa possibilidade em consideração, Smith e seu colega Mehdi Ahmadi então desenvolveram uma teoria probabilística da contagem do tempo, que          levou à previsão da tal dilatação do tempo quântico. Para isso…combinaram técnicas        da ciência da informação quântica com uma teoria desenvolvida na década de 1980,      que diz como o tempo pode surgir de uma “gravidade quântica”. – E Ahmadi explica:

“Os físicos sonham acomodar a natureza dinâmica do tempo na teoria quântica faz tempo. Em nosso trabalho, prevemos correções à dilatação relativística do tempo que se originam do fato dos relógios para medição desse efeito serem mecanismos quânticos por natureza.”

Dilatação do tempo

Assim como a datação por carbono se baseia em decaimento de átomos para assim determinar a idade de objetos orgânicos, o tempo de vida de um átomo energizado            atua como um relógio. Se esse átomo se mover, numa superposição de velocidades diferentes … seu tempo de vida aumentará ou diminuirá – conforme a natureza da “superposição” – em relação a um átomo – se movendo a uma velocidade definida.              A correção para o tempo de vida desse átomo é tão pequena – que, provavelmente,          não faça diferença na escala humana. Mas a capacidade de explicar tal efeito, pode          permitir um teste de dilatação quântica do tempo usando os relógios atômicos…Se confirmada ela exigiria uma prova da correção adequada desses relógios atômicos,            para garantir sua precisão extrema — Como poderíamos aplicar isso na prática?

Assim como a utilidade quântica para imagens médicas, computação e microscopia, dificilmente poderia ser prevista … quando a teoria estava sendo desenvolvida no              início do século 20… – é muito cedo para imaginar todas as implicações práticas da dilatação do tempo quântico; como dizem os pesquisadores. (texto base) nov/2020

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
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Uma resposta para “Um tempo de aventuras no domínio Infinitesimal”

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