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| Uma partícula quântica pode viajar ao longo de um loop no tempo e continuamente voltar ao mesmo momento no tempo de sua interação com outra partícula, sem criar qualquer paradoxo - mas ela deve seguir algumas regras bem restritivas. [Imagem: iStockphoto/head-off/PRF] |
Paradoxo do avô
As viagens no tempo não são descartadas pela relatividade geral, embora possam criar problemas para as leis do senso comum.
Agora, uma equipe de físicos está propondo um novo modo de verificar a possibilidade ou a impossibilidade de estados quânticos que viajam para a frente e para trás no tempo.
O novo critério automaticamente desautoriza versões quânticas do "paradoxo do avô", segundo o qual uma pessoa viaja de volta no tempo e mata seu antecessor, garantindo assim a sua própria morte.
A equipe também realizou um experimento que ilustra o mecanismo de anulamento desse paradoxo.
Loops temporais
A relatividade geral, a teoria de Einstein do espaço e do tempo, permite a existência de loops temporais, as chamadas curvas temporais fechadas (CTCs na sigla em inglês: closed timelike curve) - rotas que avançam no tempo e, em seguida, voltam novamente para reconectar-se e formar circuitos fechados, também conhecidas como linhas lorentzianas do tempo.
Embora ainda não esteja claro se as CTCs podem ser criadas, os físicos têm explorado suas possíveis consequências, incluindo a sua influência na mecânica quântica.
Um evento quântico comum pode envolver duas partículas que se movem para frente no tempo, alterando-se mutuamente ao interagir em algum momento e, então, seguem caminhos separados rumo ao futuro.
No entanto, se uma das partículas, seguindo seu próprio futuro, entrar em uma CTC, ela pode voltar e reassumir sua posição como uma das partículas anteriores à interação - influenciando assim a sua própria transformação.
Estados quânticos
Em 1991, o físico David Deutsch, da Universidade de Oxford, propôs uma condição de consistência para evitar paradoxos nas viagens no tempo: uma partícula que volta no tempo desta forma, ao reaparecer no passado imediato à interação, deverá estar no mesmo estado quântico que estava quando partiu da interação para o futuro.
Para ver como essa condição funciona, imagine uma partícula quântica tendo estados chamados 0 e 1. Ela viaja em uma CTC e, em seu retorno, interage com uma partícula "externa" de tal forma que o 0 se torna 1 e o 1 se torna 0.
Tal partícula apresenta o paradoxo quântico do avô: quando ela volta pelo circuito, ela altera seu antigo "self" para o estado oposto.
No entanto, Deutsch mostrou que é possível alcançar a consistência se a partícula estiver em uma superposição- um estado que tem simultaneamente os dois valores, 0 e 1.
A interação altera o 0 em 1, mas o estado geral mantém-se inalterado. Para que isso funcione, a partícula externa também deve estar em uma superposição.
Universos paralelos
O paradoxo é evitado, mas o problema reaparece se a partícula externa for medida.
Nesse momento ela não poderá continuar em seu estado de superposição, devendo tornar-se definitivamente 0 ou 1 - o que significa que a partícula na CTC também não poderá permanecer em uma superposição.
Para preservar a coerência, Deutsch argumentou que a partícula CTC deve existir em dois universos paralelos - um "universo 0" e um "universo 1" - e continuamente alternar entre esses dois universos, de modo que nenhuma contradição ocorra em qualquer um deles.
Lorenzo Maccone e seus colegas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos EUA, e da Universidade de Pavia, na Itália, propõem uma condição mais rigorosa que evita essas dificuldades.
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A equipe descobriu que somente os fótons que não geram os paradoxos passaram incólumes pelo experimento. [Imagem: RLE/MIT] |
Impossibilidade de alterar o passado
Eles exigem que qualquer medição da partícula que está indo para o futuro produza o mesmo resultado gerado em sua medição quando ela retornar do passado.
Assim, não se permite qualquer estado que possa alterar o passado quando ela voltar no tempo, impedindo o surgimento do paradoxo do avô.
Talvez de forma surpreendentemente, Maccone afirma que "nós ainda podemos ter CTCs mesmo com essa condição forte."
De antemão, somente podem existir estados que evitem os paradoxos após a interação - por isso a equipe chama sua condição de "pós-seleção."
Simulação da viagem no tempo
Para demonstrar essas ideias, a equipe realizou um experimento com fótons, mostrando que a condição de consistência de fato escolhe estados específicos e destrói todos os demais.
Por falta de uma CTC real para realizar a pós-seleção, a equipe criou fótons em um estado quântico específico para a entrada, um estado onde a polarização não era conhecida e nem medida, mas tinha uma correlação com outra propriedade, associada com a trajetória do fóton.
Conforme o fóton atravessava o experimento, ele passou por mudanças que imitam a alternância de 0 para 1 que ocorre no imaginado arranjo da viagem no tempo.
A equipe descobriu que somente os fótons que não geram os paradoxos passaram incólumes pelo experimento.
Embora o resultado esteja de acordo com o esperado, ninguém havia simulado a viagem no tempo desta forma antes.
Detecção de futuras máquinas do tempo
Uma consequência estranha da pós-seleção é que, como a presença de um CTC anula completamente os estados paradoxais, ela pode impedir alguns estados que hoje parecem inócuos, mas que podem ter consequências inaceitáveis no futuro.
"Em princípio, pode-se detectar a existência futura de máquinas do tempo procurando-se por desvios atuais nas previsões da mecânica quântica," afirma Todd Brun, da Universidade da Califórnia do Sul, em Los Angeles.
Embora, segundo ele, seja difícil saber de antemão o que exatamente se deve medir em busca de tais desvios.
Bibliografia:
Closed Timelike Curves via Postselection: Theory and Experimental Test of Consistency
Seth Lloyd, Lorenzo Maccone, Raul Garcia-Patron, Vittorio Giovannetti, Yutaka Shikano, Stefano Pirandola, Lee A. Rozema, Ardavan Darabi, Yasaman Soudagar, Lynden K. Shalm, Aephraim M. Steinberg
Physical Review Letters
28 January 2011
Vol.: 106, 040403
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.040403
Quantum mechanics near closed timelike lines
David Deutsch
Physical Review D
15 November 1991
Vol.: 44, 3197-3217 (1991)
DOI: 10.1103/PhysRevD.44.3197
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