‘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 em um instante mais breve?…

John Baez… — matemático da Universidade da Califórnia                                 (UCR) e moderador da ‘sci.physics.research’ nos 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’, na qual a gravidade é representada por ‘laços espaciais‘… sugerem que pode haver uma maneira de se fazer algo aproximado nesse sentido, sem envolver uma unidade mínima de tempo, mas sim uma quantidade mínima de área para qualquer superfície bidimensional, além de um volume mínimo para qualquer região tridimensional no espaço… e até, talvez, um mínimo ‘hipervolume‘ para qualquer região ‘tetradimensional’… 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 ligeiramente diferente. Juntando G (constante da gravidade newtoniana)… h (constante de Planck),     e c (velocidade da luz)…consegue-se derivar uma quantidade mínima significativa 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.

Em outras palavras, para intervalos de tempo menores do que este,           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, 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.

Esta mudança acontece…   conforme sua magnitude aumenta com a distância.

Porém… se os ‘redshifts’ fossem causados apenas pelo alongamento da luz devido à lei de Hubble de expansão do universo, como se costuma supor…   eles então, deveriam assumir uma distribuição harmoniosa de valores. – Mas na verdade, parece que os redshifts assumem ‘valores discretos‘…algo impossível, se fossem somente, devido à expansão cósmica.

Esta observação sugere que há algo muito fundamental                               sobre o “espaço/tempo”… – que ainda não descobrimos.

A luz desviada para o vermelho que vemos é formada por fótons — partículas discretas de energia luminosa. 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.

planck

Portanto … 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 — é 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…  —  em consistência com as teorias físicas atuais.  

O modelo no qual estamos trabalhando, não só prevê redshifts, como também permite o cálculo básico das ‘energias de massa’ das partículas fundamentais – assim como das propriedades das forças fundamentais. E, como consequência…o tempo (assim como o espaço) parece ser tridimensional… (o que – para o universo…poderia representar a   sua ‘matriz fundamental‘…3×3)

Desse modo, as partículas fundamentais e objetos (até a escala de galáxias) podem ser representadas como…discretas estruturas quantizadas de tempo tridimensional … – incorporadas dentro de uma matriz geral de tempo 3D.

As estruturas parecem estar ‘evaporando’ radialmente … a partir de um ponto de origem (t= 0), ou seja, um big-bang, no tempo 3D. Qualquer pedaço escolhido, por exemplo, a nossa galáxia, estaria evoluindo no tempo 3d ao longo de sua faixa unidimensional, uma linha de tempo 1D… Dentro de nossa parte (quantizada), sentimos apenas o tempo fluir unidimensionalmente, do nosso pedaço de tempo global.

“sobre o Tempo” – Salvador Dali

Agora, podemos finalmente tentar responder à pergunta inicial, se… o tempo é quantizado.

O fluxo do tempo que sentimos corresponde ao fluxo do nosso pedaço de tempo  3d  através da matriz geral de tempo 3D, provavelmente, não quantizado.

Tanto o espaço – quanto o tempo (operacional) normal podem ser contínuos… Por outro lado, a estrutura de intervalos de tempo (frequências e energias) que formam os pedaços de tempo 3D,   chamados galáxias (ou partículas fundamentais) parece ser quantizada em unidades compatíveis     à escala de Planck.

No modelo de tempo 3d, o espaço é uma entidade local. – Galáxias estão separadas em tempos 3D…  (erroneamente 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) *******************(nas cordas c/ humor)***************************

Questionado sobre sua célebre frase “Deus não joga dados!” … Einstein assim respondeu…”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 “macro” e quântico… – 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. **************************(texto complementar)*************************************

Espaçotempo gerado pelo entrelaçamento quântico!?  –  jun/2015

O trabalho de uma equipe de físicos e matemáticos deu um passo significativo em direção à unificação da relatividade geral com a mecânica quântica. – Para a equipe…além de não haver incompatibilidade entre as 2 teorias – o próprio ‘espaçotempo‘ – emerge daquele estranho comportamento das partículas quânticas… — o ‘emaranhamento quântico‘.

O emaranhamento – ou ‘entrelaçamento quântico‘ – é um fenômeno no qual, estados como o spin ou a polarização de partículas localizadas em diferentes pontos do espaço não podem ser descritos de forma independente… Dessa forma – fazer uma medição em umas das partículas – vai alterar imediatamente a situação da outra ‘partícula entrelaçada’, algo que Einstein ironizou… chamando o fenômeno de “ação fantasmagórica à distância“.

universo-holografico

Físicos estão propondo que nossa realidade é uma projeção de um holograma cósmico projetado de um futuro infinito.[Imagem: Ephraim Brown]

Jennifer Lin e colegas propõem agora, que é justamente esse entrelaçamento quântico, que fabrica as “dimensões adicionais” da “teoria gravitacional”.

Esses argumentos são fundamentados no “Princípio Holográfico“, que afirma que a gravidade de um “volume tridimensional” pode ser descrita pela mecânica quântica na ‘superfície bidimensional’ que envolve esse volume, ou seja, é matematicamente possível deduzir…3 dimensões de volume a partir das duas dimensões da superfície.

Mas havia uma dificuldade… – faltava compreender os mecanismos precisos que eventualmente permitiram o surgimento do volume interno a partir da superfície externa. Foi isto que agora foi feito por Jennifer e seus colegas das universidades de Chicago, e Tóquio – que encontraram uma forma de mostrar que o “entrelaçamento quântico” é a chave para resolver esta questão.

Usando uma teoria quântica (que não inclui a gravidade), ela mostrou como calcular a densidade de energia, que é uma fonte de interações gravitacionais em 3 dimensões, usando apenas dados do entrelaçamento quântico na superfície do holograma cósmico. Isto permitiu interpretar as propriedades universais do entrelaçamento quântico como sendo condições para a densidade de energia, que precisam ser satisfeitas por qualquer teoria quântica da gravidade que se queira consistente, sem incluir explicitamente       a gravidade na teoria…E, completou o professor Hirosi Ooguri, orientador do trabalho:

“Nosso artigo lança nova luz sobre a relação entre o ‘entrelaçamento quântico’ e a estrutura microscópica do ‘espaçotempo’, por cálculos explícitos. A interface entre             a ‘gravidade quântica’ (trabalho dos físicos)…e a ciência da informação (trabalho           dos matemáticos) se faz cada vez mais importante a ambos os lados”. (texto base)  *****************************************************************************

Compactador ZIP detecta fronteira da física quântica  – abr/2016

atomo

A física quântica tem a reputação de misteriosa… – e, até fantasmagórica, sobretudo depois da confirmação do ‘Efeito do Observador’.

Isso torna ainda mais surpreendente que … uma nova técnica para detetar o comportamento quântico dependa de uma ‘ferramenta familiar’… – um programa do tipo Zip, usado para compactar arquivos – que você deve ter instalado em seu computador.

Como explica o professor Dagomir Kaszlikowski…do Centro de Tecnologias Quânticas da Universidade Nacional de Cingapura… — “Nós descobrimos uma nova maneira de ver a troca entre o mundo quântico e o clássico usando apenas um programa de compressão“.

Hou Shun Poh, aluno de Kaszlikowski descobriu que o software de compressão, quando aplicado a dados experimentais…revela quando um sistema cruza a fronteira clássica do nosso Universo convencional, para o quântico — a chamada fronteira clássico-quântica.

Teorema de Bell

Em particular, a técnica deteta a evidência do entrelaçamento quântico entre 2 partículas. Partículas entrelaçadas apresentam um comportamento “coordenado”, de uma forma que não pode ser explicada por sinais trocados entre si, ou propriedades estabelecidas a priori. Este fenômeno já foi comprovado em vários experimentos… mas, a “nova abordagem” faz isso sem uma ‘suposição prévia’ geralmente adotada nas medições…

Os experimentos geralmente são realizados com pares de partículas entrelaçadas, como pares de fótons. Medir uma das partículas de luz, causará resultados que parecem aleatórios… – com uma chance de 50% de que o fóton tenha polarização apontando pra cima ou pra baixo… por exemplo.

Mas, quando o entrelaçamento surge, a medição do 2º fóton do par produzirá um resultado – que será correspondente ao 1º…e, não mais aleatório.

Uma relação chamada “teorema de Bell”  diz que a física quântica permite esta ‘coincidência’, com maior probabilidade do que na “física clássica”…

Mas o teorema é derivado apenas para um par de partículas, enquanto os físicos precisam descobrir as probabilidades estatisticamente, ou seja, medindo muitos pares de partículas.

As situações (para cada par de partículas) são equivalentes…apenas se      são idênticas e independentes de todas as outras… – uma situação dita ‘suposição i.i.d‘… – (independentes… e… identicamente distribuídos).

Teorema ZIP

Usando o programa Zip, no entanto, as medições são realizadas da mesma forma… mas os resultados são analisados de maneira diferente…  –  Em vez de converter os resultados em probabilidades, os dados brutos (na forma de listas de 1s e 0s correspondentes aos valores medidos de cada partícula) alimentam diretamente o programa de compressão de dados… como se fossem os bits de um arquivo comum de computador.

Os algoritmos de compressão – como os do programa Zip – procuram padrões nos dados para detectar repetições e codificá-los de uma forma mais eficiente. Quando aplicados aos dados do experimento… – o algoritmo, efetivamente…deteta as correlações resultantes do ‘entrelaçamento quântico’ … – em uma forma de relação semelhante ao teorema de Bell, baseada na… “diferença de compressão normalizada”… entre os subconjuntos de dados.

funcao-onda-eletron

a função de onda hoje é considerada como uma entidade real da mecânica quântica.

Se o Universo fosse totalmente clássico – o valor gerado pela equação deveria ficar abaixo de zero. Já um comportamento quântico permite valores de até 0,24.

A equipe encontrou um valor superior a zero; (0,0494 ± 0,0076) – provando que o sistema medido cruzou a ‘fronteira clássico-quântica’.

— O valor é menor do que o máximo previsto,     pois a compressão não atinge o limite teórico,       e “estados quânticos” não podem ser gerados, nem detetados perfeitamente.

Abordagem algorítmica

Ainda não está claro se a nova técnica vai encontrar ‘aplicações práticas’ … mas, os cientistas creem que a “abordagem algorítmica” se enquadra bem no quadro maior sobre como pensar a física – uma vez que eles derivaram a equação…considerando           as ‘correlações’ entre partículas…produzidas por um algoritmo alimentado por um experimento produzido por outra máquina computacional.  ### (‘texto base’) ### ******************************************************************************

tempo_quantizado

O Tempo Quantizado

O tempo é contínuo?… Todas as teorias da física — confirmadas por experimentos, pressupõem que sim. Porém, há hipóteses, ainda não testadas… – 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 atual – reunificar a física teórica. Hoje ela está dividida em 2 grandes campos… de um lado, a teoria da relatividade geral e, de outro, a mecânica quântica com a relatividade especial (que foram fundidas na “Teoria Quântica do Campo”). As duas formulações são incompatíveis, daí a necessidade de encontrar uma terceira teoria única que seja capaz de reproduzir as previsões de ambas.

Não é uma tarefa fácil. – Há algumas tentativas, mas ainda não foi possível verificar com experimentos em aceleradores de partículas, se alguma delas representa bem a realidade física. Uma das tentativas é a Teoria das Cordas, ou ‘Supercordas’… Outra é a Gravitação Quântica de Laços (“Quantum Loop Gravity”). – Nesta…ao contrário do que diz a Teoria das Cordas…o ‘espaçotempo’ não é contínuo… – mas uma espécie de rede… – Apenas os cruzamentos dos fios dessa rede…são posições e instantes de tempo possíveis… espaço e tempo são quanticamente granulados………. — Roberto Belisário — …………. (texto base)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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Uma resposta para ‘Aventuras no Domínio Infinitesimal’

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