Enredado brinquedo universo mostra o tempo pode ser uma ilusão

Como pode tantos relógios estar errado? (Imagem: Peter Dazely / Getty)

O tempo é uma ilusão - pelo menos em um modelo de brinquedo do universo feito de duas partículas de luz. A experiência mostra que o que percebemos como a passagem do tempo pode surgir a partir da estranha propriedade deentrelaçamento quântico . A descoberta pode ajudar a resolver o problema de longa data de como unificar a física moderna.

Os físicos têm duas maneiras de descrever a realidade, a mecânica quântica para o pequeno mundo das partículas e da relatividade geral para o mundo maior dos planetas e buracos negros. Mas as duas teorias não se dão bem: tenta combinar suas equações em uma teoria unificada produzir respostas aparentemente sem sentido. Uma primeira tentativa na década de 1960 foi a equação de Wheeler-DeWitt, que conseguiu quantise relatividade geral - deixando de fora o tempo todo.

"Isso significa que o universo não deve evoluir. Mas é claro que ver a evolução", diz Marco Genovese no Instituto Nacional de Pesquisa Metrológica em Torino, na Itália.

Em 1983, os teóricos Don página e William Wootters sugeriu que o entrelaçamento quântico pode fornecer uma solução para o Wheeler-DeWitt"problema do tempo" . Quando os objectos quânticos são emaranhados, medir as propriedades de uma dessas modificações do outro.Matematicamente, eles mostraram que um relógio envolvido com o resto do universo parece assinalar quando visto por um observador dentro desse universo. Mas se um observador hipotético existiu fora do universo, quando olhei para dentro, tudo parece parado.

Relógio Photon

Pela primeira vez, Genovese e colegas demonstraram este efeito num sistema físico, embora em um "universo" que contém apenas dois fotões. A equipe começou através do envio de um par de fótons emaranhados por dois caminhos distintos. Os fótons começar polarizada, ou orientado, horizontalmente ou verticalmente, ea polarização gira como os fótons passam através de uma placa de quartzo e em uma série de detectores.

Os fótons emaranhados existir em uma superposição de estados horizontal e vertical simultaneamente até que sejam observadas. Mas o grosso da placa, o que leva mais tempo que os fótons para passar e quanto mais sua polarização evolui, afetando a probabilidade de que um ou outro vai ter um valor particular.

Num modo da experiência, um dos fotões é tratado como um relógio com uma escala que pode alternar entre polarização horizontal e vertical. Por causa do entrelaçamento, lendo este relógio irá afetar o valor de polarização do segundo fóton. Isso significa que um observador que lê o relógio influencia universo dos fótons e torna-se parte dela. O observador é então capaz de medir o valor de polarização do outro de fotões com base em probabilidades de quantum.

Desde fotões que passa através de uma experiência mais grossa placa de quartzo de um grau diferente de mudança, repetindo o ensaio com chapas de diferentes espessuras confirma que a polarização do segundo fotão varia com o tempo.

Num outro modo, o experimentador é um "super-observador" que existe fora do universo, e assim mede o estado quântico do sistema como um todo. A partir desse ponto de vista, o estado de ambos os fotões tomados em conjunto é sempre a mesma, dando a aparência de um universo estático.

Quantum cosmos?

"É muito bom essas pessoas fizeram um experimento para ilustrar este efeito e mostrar como, na prática, pode ocorrer", diz Page, que está agora na Universidade de Alberta, em Edmonton, Canadá.

Mas nem todo mundo pensa que a equação de Wheeler-DeWitt é o caminho correto para a unificação dos mundos quântico e clássico, diz Lee Smolin no Perimeter Institute em Waterloo, Ontário, Canadá. "Eles têm verificado no contexto de um sistema de laboratório que a mecânica quântica está funcionando corretamente", diz ele. Mas Smolin afirma que qualquer descrição correta do universo devem incluir o tempo.

Genovese reconhece que o resultado não cinch o problema. Em vez disso, ele vê o trabalho como um indício de que as equações quânticas pode, em alguns modos de malha com a relatividade geral, oferecendo esperança para uma teoria unificada. O próximo passo será ir além do universo de brinquedos e ver se um efeito semelhante escalas para explicar o que vemos em um nível cósmico.

"É uma visualização do fenômeno, não é uma prova", diz Genovese do experimento. "Você deve olhar para o próprio universo para isso."

Jornal de referência: arxiv.org/abs/1310.4691