Por que mais físicos estão começando a pensar que espaço e tempo são “ilusões”

Em dezembro passado, o Prêmio Nobel de Física foi concedido pela confirmação experimental de um fenômeno quântico conhecido há mais de 80 anos: o emaranhamento. Conforme concebido por Albert Einstein e seus colaboradores em 1935, os objetos quânticos podem ser misteriosamente relacionados mesmo que estejam separados por grandes distâncias. Mas, por mais bizarro que pareça o fenômeno, por que essa ideia antiga ainda merece o prêmio de maior prestígio da física?

Coincidentemente, apenas algumas semanas antes dos recentes laureados com o Prêmio Nobel serem homenageados em Estocolmo, uma equipe diferente de cientistas renomados de Harvard, MIT, Caltech, Fermilab e Google relataram que haviam executado um processo no computador quântico do Google que poderia explicar É uma buraco de minhoca. . Os buracos de minhoca são túneis através do universo que podem atuar como um atalho através do espaço e do tempo e são amados pelos fãs de ficção científica e, embora o túnel realizado neste último experimento exista apenas em um jogo 2D do universo, pode ser um avanço para pesquisas futuras. na vanguarda da física. .

Mas por que o emaranhamento está relacionado ao espaço e ao tempo? E como isso pode ser importante para futuras descobertas da física? O conceito de emaranhamento, entendido corretamente, significa que o universo é “monométrico”, como os filósofos o chamam, e que tudo no universo, em um nível fundamental, faz parte de um todo unificado. É uma propriedade definidora da mecânica quântica que sua realidade fundamental seja descrita em termos de onda, e o universo monádico requer uma função global. Décadas atrás, pesquisadores como Hugh Everett e Dieter Zeh mostraram como a realidade de nossas vidas diárias poderia emergir de uma descrição tão abrangente da mecânica quântica. Mas só agora pesquisadores como Leonard Susskind ou Sean Carroll estão desenvolvendo ideias sobre como essa realidade quântica oculta pode explicar não apenas a matéria, mas também o próprio tecido do espaço e do tempo.

O emaranhamento é muito mais do que apenas outro fenômeno quântico estranho. É o princípio atuante por trás de por que a mecânica quântica funde o mundo em um e por que experimentamos essa unidade fundamental como muitas coisas separadas. Ao mesmo tempo, o emaranhamento é o motivo pelo qual parecemos estar vivendo na realidade clássica. É – no sentido literal da palavra – a cola e criadora de mundos. O emaranhamento se aplica a objetos compostos de dois ou mais componentes e descreve o que acontece quando o princípio quântico de que “tudo o que pode realmente acontecer” é aplicado a esses objetos componentes. Consequentemente, o estado de emaranhamento é a superposição de todas as combinações possíveis nas quais os componentes do objeto componente podem produzir o mesmo resultado geral. Novamente, é a natureza ondulatória do campo quântico que pode ajudar a explicar como o emaranhamento realmente funciona.

Imagine um mar de vidro perfeitamente calmo em um dia de tempestade. Agora pergunte a si mesmo, como tal nível pode ser produzido pela sobreposição de dois padrões de ondas individuais? Uma possibilidade é que a superposição de duas superfícies perfeitamente planas leve novamente a um resultado perfeitamente plano. Mas outra possibilidade de que uma superfície plana possa resultar é se dois padrões de onda idênticos forem sobrepostos por um meio ciclo de oscilação um no outro, de modo que as cristas de onda de um padrão eliminem os vales de onda do outro e vice-versa. Se apenas observássemos a circunferência do vítreo, uma vez que é o resultado de duas protuberâncias juntas, não haveria como sabermos os padrões das protuberâncias individuais. O que parece absolutamente comum quando falamos de ondas tem consequências ainda mais bizarras quando aplicadas a realidades concorrentes. Se o seu vizinho lhe disser que tem dois gatos, um vivo e outro morto, isso significa que o primeiro ou o segundo gato está morto e o gato restante, respectivamente, está vivo – isso seria uma maneira estranha e assustadora de descrever animais de estimação e você pode não saber qual deles é o sortudo, mas você vai ficar à deriva do vizinho. Não é assim no reino quântico. Na mecânica quântica, a mesma afirmação indica que os dois gatos se fundiram em uma superposição de estados, incluindo o primeiro gato está vivo e o segundo está morto e o primeiro gato está morto enquanto o outro está vivo, mas também possibilidades em que ambos os gatos são metade vivos e meio mortos, ou que o primeiro gato esteja vivo. Um terço deles está vivo, enquanto os segundos gatos somam dois terços das vidas perdidas. Em um par quantitativo de gatos, o destino e as circunstâncias dos animais individuais desaparecem completamente no caso do todo. Da mesma forma, no universo quântico, não há objetos individuais. Tudo o que existe é combinado em um único “um”.

O emaranhamento quântico revela uma área totalmente nova e vasta para explorar. Ele define uma nova base para a ciência e transforma nossa busca por uma teoria de tudo em sua cabeça – para construir a cosmologia quântica em vez da física de partículas ou da teoria das cordas. Mas quão realista é para os físicos adotarem tal abordagem? Surpreendentemente, não é apenas realista – eles realmente fazem. Pesquisadores na vanguarda da gravidade quântica estão começando a repensar o espaço-tempo como consequência do emaranhamento. Um número crescente de cientistas passou a basear suas pesquisas na inseparabilidade do universo. As esperanças são altas de que, ao adotar essa abordagem, eles possam finalmente chegar a uma compreensão do espaço e do tempo, nas profundezas de sua fundação, verdadeiramente.

Quer o espaço seja mantido unido por emaranhamento, a física seja descrita por objetos abstratos além do espaço e do tempo ou o espaço de possibilidades representado pela função de onda universal de Everett, ou tudo no universo seja reduzido a um único objeto quântico – todas essas ideias compartilham uma característica distinta. sabor do monismo. No momento, é difícil julgar quais dessas ideias informarão o futuro da física e quais acabarão por desaparecer. O interessante é que, embora as ideias tenham sido originalmente desenvolvidas no contexto da teoria das cordas, elas parecem ter superado a teoria das cordas, e as cordas não desempenham mais um papel nas pesquisas mais recentes. O fio condutor agora parece ser que o espaço e o tempo não são mais essenciais. A física contemporânea não começa com o espaço e o tempo para continuar as coisas dispostas neste pano de fundo pré-existente. Em vez disso, o espaço e o tempo se veem como produtos de uma realidade projetora mais fundamental. Nathan Cyberg, um pioneiro dos teóricos das cordas no Instituto de Estudos Avançados de Princeton, não está sozinho em seu sentimento quando diz: “Tenho quase certeza de que o espaço e o tempo são ilusões. Esses são conceitos rudimentares que serão substituídos por algo mais complexo.” Além disso, na maioria dos cenários que propõem espaços-tempos emergentes, o emaranhamento desempenha o papel principal. Como o filósofo da ciência Rasmus Yaxland aponta, isso significa, em última análise, que não há mais objetos individuais no universo; Que tudo está conectado a tudo o mais: “Adotar o emaranhamento enquanto o mundo faz relação tem o preço de desistir da possibilidade de separação. Mas talvez aqueles que estão dispostos a dar esse passo devam procurar no emaranhamento a relação básica pela qual ele moldará o potencial deste mundo (e talvez de todo o outro mundo).” Assim, quando o espaço e o tempo desaparecem, surge um unificado.

Pelo contrário, do ponto de vista do monismo quântico, tais consequências incompreensíveis da gravidade quântica não estão longe. Já na teoria geral da relatividade de Einstein, o espaço não é mais uma fase estacionária. Em vez disso, é a fonte das massas de matéria e sua energia. Muito parecido com a visão do filósofo alemão Gottfried W. Leibniz, ele descreve a ordem relativa das coisas. Se agora, de acordo com a unidade quantitativa, resta apenas uma coisa, não há mais nada para organizar ou organizar e, no final, não há mais necessidade do conceito de espaço nesse nível fundamental de descrição. Ele é “o Único”, um único universo quântico que dá origem ao espaço, ao tempo e à matéria.

“GR = QM”, Leonard Susskind corajosamente afirmou em uma carta aberta aos pesquisadores da ciência da informação quântica: foi mesmo. Totalmente compreensível. Como Sean Carroll aponta, “a gravidade provavelmente estava errada de quantificar, e o espaço-tempo esteve à espreita na mecânica quântica o tempo todo”. Para o futuro, “em vez de quantificar a gravidade, talvez devêssemos tentar a mecânica quântica. Ou, de forma mais precisa, mas menos empolgante, “encontrar a gravidade dentro da mecânica quântica”, sugere Carroll em seu blog. Quântica a sério desde o início, se entendida como uma teoria que não ocorre no espaço e no tempo, mas dentro de uma realidade de dispositivo de exibição mais fundamental, muitos becos sem saída na exploração da gravidade quântica poderiam ter sido evitados. Se tivéssemos aceitado os efeitos monísticos da mecânica quântica – O legado de três mil filosofia de um ano abraçada na antiguidade, perseguida na Idade Média, revivida na Renascença, consertada no romantismo – os primeiros Everett e Zee teriam se referido a eles em vez de se ater à interpretação do influente pioneiro quântico Niels Bohr, que interrompeu sua mecânica Quantum em uma ferramenta, estaremos no caminho para desmistificar os próprios fundamentos da realidade.

Adaptado de Um: como uma ideia antiga mantém o futuro da física por Heinrich Bass. Copyright © 2023. Disponível na Basic Books, uma marca do Hachette Book Group, Inc. Todos os direitos reservados.