Gravidade explica fronteira entre mundos clássico e quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/06/2015

Ilustração de uma molécula na presença da dilatação gravitacional do tempo. A molécula está em um estado de superposição quântica - ela está em vários lugares ao mesmo tempo - mas a dilatação do tempo destrói esse fenômeno quântico. [Imagem: Igor Pikovski, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysic]

Fronteira clássico-quântico

Einstein fez história com sua teoria do espaço-tempo, voltada para as grandes dimensões, mas nunca se deu bem com a mecânica quântica, a outra bem-sucedida teoria do início do século passado, esta voltada para as pequenas dimensões.

Desde então, os físicos vêm tentando alinhavar essas duas teorias, mais especificamente, traçar a fronteira onde as esquisitices da mecânica quântica deixam de operar e passa a valer a mais intuitiva mecânica clássica.

Assim, não deixa de ser surpreendente a proposta agora feita por uma equipe das universidades de Viena (Áustria) e de Harvard (EUA).

Para Igor Pikovski e seus colegas, a força da gravidade, conforme descrita por Einstein, pode explicar a transição dos comportamentos quânticos para os comportamentos clássicos em razão do efeito que ela causa sobre o tempo, mais especificamente pela chamada dilatação temporal induzida pela gravidade de grandes massas, como planetas e estrelas.

Se eles estiverem certos, isto significa que muitos experimentos quânticos nunca poderão ser feitos com precisão adequada na superfície terrestre, devendo ser levados ao espaço para garantir resultados fiéis.

Dilatação do tempo destrói fenômenos quânticos

Segundo a teoria de Einstein, a gravidade é a manifestação da curvatura do espaço e do tempo, e o fluxo do tempo é alterado pela massa.

O que os físicos estão propondo agora é que é justamente essa dilatação do tempo causada pela gravidade que causa a supressão dos efeitos quânticos nas escalas maiores.

Eles calcularam que, conforme as partículas na dimensão dos átomos começam a se aglutinar e formar objetos maiores - das moléculas para cima - a dilatação do tempo gerada pela gravidade da Terra suprime o comportamento quântico dessas partículas.

As minúsculas partículas agitam-se continuamente, mesmo quando formam objetos maiores. E esse movimento também é afetado pela dilatação do tempo: ele é retardado no chão e acelerado em altitudes mais elevadas.

É essa assimetria, argumenta a equipe, que causa a chamada decoerência, a perda de "conexão" entre os estados quânticos que dá tanta dor de cabeça aos pesquisadores que estão trabalhando com qubits na tentativa de construircomputadores quânticos.

A equipe conseguiu demonstrar que este efeito destrói a superposição quântica e, assim, obriga os objetos maiores a se comportar de forma clássica, como esperamos na vida cotidiana, em que cada coisa fica no seu lugar, e só num lugar de cada vez.

Por exemplo, se um experimento tentar colocar 1 grama de carbono - 10²³átomos de carbono - em uma superposição de dois estados, bastará deslocar a amostra verticalmente em 1 micrômetro no campo gravitacional da Terra para que a decoerência se desfaça em 1 milissegundo.

Escalas cosmológicas

Se esses cálculos forem confirmados por experimentos - eventualmente feitos com relógios atômicos muito precisos -, obviamente pode haver outras implicações além de mandar os experimentos quânticos para a Estação Espacial ou mesmo ainda para mais longe.

"Falta ver o que esses resultados implicam em escalas cosmológicas, onde a gravidade pode ser muito mais forte," antecipou o professor Caslav Brukner, membro da equipe.

Bibliografia:

Universal decoherence due to gravitational time dilation. , 2015; DOI:
Igor Pikovski, Magdalena Zych, Fabio Costa, Caslav Brukner
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys3366