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Você achou a mecânica quântica estranha: verifique o tempo emaranhado

E se o emaranhamento também ocorrer entre Tempo ? Existe não localidade temporal?

Foto de Tristan Gassert no Unsplash

No verão de 1935, os físicos Albert Einstein e Erwin Schrödinger se envolveram em uma correspondência rica, multifacetada e às vezes preocupada sobre as implicações da nova teoria da mecânica quântica. O foco de sua preocupação era o que Schrödinger mais tarde apelidou emaranhamento : a incapacidade de descrever dois sistemas quânticos ou partículas de forma independente, após terem interagido.

Até sua morte, Einstein permaneceu convencido de que o emaranhamento mostrava como a mecânica quântica era incompleta. Schrödinger pensava que o emaranhamento era a característica definidora da nova física, mas isso não significa que ele a aceitou levianamente. “Sei, é claro, como o hocus pocus funciona matematicamente”, escreveu ele a Einstein em 13 de julho de 1935. “Mas não gosto dessa teoria.” O famoso gato de Schrödinger, suspenso entre a vida e a morte, apareceu pela primeira vez nessas cartas, a subproduto da luta para articular o que incomodava a dupla.

Diagrama do experimento mental do gato de Schrödinger. Baseada aproximadamente em Schroedingerscat3.jpg Por Dhatfield - Trabalho próprio, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

O problema é que o emaranhamento viola como o mundo deveria funcionar. A informação não pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz, por exemplo. Mas em 1935 papel , Einstein e seus co-autores mostraram como o emaranhamento leva ao que agora é chamado não localidade quântica , a ligação misteriosa que parece existir entre partículas emaranhadas. Se dois sistemas quânticos se encontram e se separam, mesmo a uma distância de milhares de anos-luz, torna-se impossível medir as características de um sistema (como sua posição, momento e polaridade) sem imediatamente conduzindo o outro a um estado correspondente.

Até hoje, a maioria dos experimentos testou o emaranhamento em lacunas espaciais. A suposição é que a parte 'não local' da não localidade quântica se refere ao emaranhamento de propriedades através do espaço . Mas e se o emaranhamento também ocorrer entre Tempo ? Existe não localidade temporal?

A resposta, ao que parece, é sim. Bem quando você pensava que a mecânica quântica não poderia ficar mais estranha, uma equipe de físicos da Universidade Hebraica de Jerusalém relatado em 2013, eles conseguiram emaranhar fótons que nunca coexistiram. Experimentos anteriores envolvendo uma técnica chamada 'troca de emaranhamento' já haviam mostrado correlações quânticas ao longo do tempo, atrasando a medição de uma das partículas emaranhadas coexistentes; mas Eli Megidish e seus colaboradores foram os primeiros a mostrar o emaranhamento entre fótons cujo tempo de vida não se sobrepõe em absoluto .

É assim que eles fizeram. Primeiro, eles criaram um par emaranhado de fótons, ‘1-2’ (etapa I no diagrama abaixo). Logo depois, eles mediram a polarização do fóton 1 (uma propriedade que descreve a direção da oscilação da luz) - assim, 'matando-o' (etapa II). O fóton 2 foi enviado em uma caça ao ganso selvagem enquanto um novo par emaranhado, ‘3-4’, foi criado (etapa III). O fóton 3 foi então medido junto com o fóton itinerante 2 de tal forma que a relação de emaranhamento foi 'trocada' dos pares antigos ('1-2' e '3-4') para o novo combo '2-3' ( etapa IV). Algum tempo depois (etapa V), a polarização do sobrevivente solitário, fóton 4, é medida e os resultados são comparados com aqueles do fóton 1 morto há muito tempo (de volta à etapa II).

Figura 1. Diagrama de linha do tempo: (I) Nascimento dos fótons 1 e 2, (II) detecção do fóton 1, (III) nascimento dos fótons 3 e 4, (IV) Projeção em Bell dos fótons 2 e 3, (V) detecção do fóton 4.

O resultado? Os dados revelaram a existência de correlações quânticas entre os fótons 1 e 4 'temporalmente não locais'. Ou seja, o emaranhamento pode ocorrer em dois sistemas quânticos que nunca coexistiram.

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O que isso significa? O primeiro rosto , parece tão preocupante quanto dizer que a polaridade da luz das estrelas no passado distante - digamos, maior que o dobro da vida útil da Terra - influenciou, no entanto, a polaridade da luz das estrelas caindo através de seu telescópio amador neste inverno. Ainda mais bizarro: talvez isso implique que as medições feitas por seus olhos sobre a luz das estrelas que caem através de seu telescópio neste inverno de alguma forma ditaram a polaridade dos fótons com mais de 9 bilhões de anos.

Para que esse cenário não lhe pareça muito estranho, Megidish e seus colegas não resistem a especular sobre interpretações possíveis e bastante assustadoras de seus resultados. Talvez a medição da polarização do fóton 1 na etapa II de alguma forma direcione o futuro polarização de 4, ou a medição da polarização do fóton 4 na etapa V de alguma forma reescreve o passado estado de polarização do fóton 1. Em ambas as direções, para frente e para trás, as correlações quânticas abrangem o vazio causal entre a morte de um fóton e o nascimento do outro.

No entanto, apenas uma colher de relatividade ajuda a diminuir o fantasma. Ao desenvolver sua teoria da relatividade especial, Einstein depôs o conceito de simultaneidade de seu pedestal newtoniano. Como consequência, a simultaneidade deixou de ser uma absoluto propriedade para ser um relativo 1. Não existe um cronômetro único para o Universo; precisamente quando algo está ocorrendo depende da sua localização precisa em relação ao que você está observando, conhecido como seu quadro de Referência . Portanto, a chave para evitar comportamento causal estranho ( direção o futuro ou reescrevendo passado) em casos de separação temporal é aceitar que chamar eventos de 'simultâneos' tem pouco peso metafísico. É apenas uma propriedade específica do quadro, uma escolha entre muitas alternativas, mas igualmente viáveis - uma questão de convenção ou manutenção de registros.

TA lição é transmitida diretamente para a não localidade quântica espacial e temporal. Mistérios a respeito de pares de partículas emaranhados equivalem a discordâncias sobre rotulagem, ocasionadas pela relatividade. Einstein mostrou que não sequência de eventos pode ser metafisicamente privilegiada - pode ser considerada mais real - do que qualquer outro. Somente aceitando esse insight é que se pode avançar em tais quebra-cabeças quânticos.

Os vários quadros de referência no experimento da Universidade Hebraica (o quadro do laboratório, o quadro do fóton 1, o quadro do fóton 4 e assim por diante) têm seus próprios 'historiadores', por assim dizer. Embora esses historiadores discordem sobre como as coisas aconteceram, nenhum deles pode reclamar da verdade. Uma sequência diferente de eventos se desdobra dentro de cada um, de acordo com esse ponto de vista espaço-temporal. Claramente, então, qualquer tentativa de atribuir propriedades específicas de quadro em geral, ou vincular propriedades gerais a um quadro particular, causará disputas entre os historiadores. Mas é o seguinte: embora possa haver desacordo legítimo sobre quais propriedades devem ser atribuídas a quais partículas e quando, não deve haver desacordo sobre o próprio existência dessas propriedades, partículas e eventos.

Essas descobertas geram mais uma barreira entre nossas amadas intuições clássicas e as realidades empíricas da mecânica quântica. Como aconteceu com Schrödinger e seus contemporâneos, o progresso científico vai envolver a investigação das limitações de certas visões metafísicas. O gato de Schrödinger, meio vivo e meio morto, foi criado para ilustrar como o emaranhamento de sistemas leva a fenômenos macroscópicos que desafiam nossa usual compreensão das relações entre os objetos e suas propriedades: um organismo como um gato está morto ou vivo. Não há meio-termo.

A maioria dos relatos filosóficos contemporâneos da relação entre objetos e suas propriedades abrangem o emaranhamento apenas da perspectiva da não localidade espacial. Mas ainda há um trabalho significativo a ser feito na incorporação da não localidade temporal - não apenas em discussões de objeto-propriedade, mas também em debates sobre a composição material (como a relação entre um pedaço de argila e a estátua que ele forma), e relações parte-todo (por exemplo, como uma mão se relaciona a um membro, ou um membro a uma pessoa). Por exemplo, o 'quebra-cabeça' de como as partes se encaixam em um todo geral pressupõe limites espaciais bem definidos entre os componentes subjacentes, mas a não localidade espacial adverte contra essa visão. A não localidade temporal complica ainda mais esse quadro: como alguém descreve uma entidade cujas partes constituintes nem mesmo são coexistentes?

Discernir a natureza do emaranhamento pode às vezes ser um projeto desconfortável. Não está claro qual metafísica substantiva pode emergir do escrutínio de novas pesquisas fascinantes por gente como Megidish e outros físicos. Em uma carta a Einstein, Schrödinger observa ironicamente (e empregando uma metáfora estranha): 'Tem-se a sensação de que são precisamente as declarações mais importantes da nova teoria que podem realmente ser espremidas nessas botas espanholas - mas apenas com dificuldade.' Não podemos nos dar ao luxo de ignorar espacial ou não localidade temporal na metafísica futura: quer as botas sirvam ou não, teremos que usá-las.