No Mundo Quântico, O Futuro Afeta O Passado

[Joselmo Salvatore]

Informações da Universidade de Washington - 24/02/2015

 

 

O futuro afeta o passado

 

É muito comum usar dados do passado, as chamadas séries temporais, para prever o futuro. Mas, no mundo quântico, o futuro pode prever o passado com muito mais precisão.

 

Em uma espécie de jogo de adivinhação jogado com um qubit supercondutor, físicos da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, descobriram uma maneira de aumentar muito as chances de adivinhar corretamente o estado de um sistema de dois estados - algo como acertar caras e coroas ao jogar uma moeda.

 

Combinando informações sobre a evolução do qubit depois de um tempo determinado, com informações sobre a sua evolução até aquele momento, a equipe conseguiu aumentar as chances de acerto dos tradicionais 50-50 para 90-10.

 

Mesmo se você souber tudo o que a mecânica quântica pode dizer sobre uma partícula quântica, explica o professor Kater Murch, você não pode prever com certeza o resultado de um experimento simples para medir o estado dessa partícula. Tudo o que a mecânica quântica pode nos oferecer são probabilidades estatísticas para os possíveis resultados.

 

Neste experimento, contudo, é como se o que fizemos hoje mudasse o que fizemos ontem. E, como esta analogia sugere, este resultado experimental tem implicações assustadoras sobre o nosso conceito de tempo e de causalidade - pelo menos no mundo microscópico onde a mecânica quântica se aplica.

 

No mundo quântico, o futuro afeta o passado

Vários experimentos, dos mais diversos tipos, têm questionado a noção tradicional de causa e efeito. [imagem: IQOQI/Vienna]

Adivinhação quântica

 

O dispositivo usado no experimento é um circuito supercondutor simples - um qubit - que passa a obedecer as regras do mundo quântico quando é resfriado até perto do zero absoluto. A equipe usou dois níveis de energia desse qubit - o estado fundamental e um estado excitado - como modelo do sistema quântico. Entre estes dois estados, há um número infinito de estados quânticos que são superposições, ou combinações, dos estados fundamental e excitado.

 

O estado quântico do circuito é detectado colocando-o dentro de uma caixa de micro-ondas. Uns poucos fótons de micro-ondas são enviados para a caixa, onde os seus campos interagem com o circuito supercondutor. Então, quando os fótons saem da caixa, eles possuem informações sobre o sistema quântico.

 

Essas "medições fracas" não perturbam o qubit, ao contrário das "medições fortes", feitas com fótons que são ressonantes com a diferença de energia entre os dois estados, que fazem o circuito colapsar em um ou outro estado.

 

É algo como um jogo de adivinhação quântica, no qual os estados do qubit fazem as vezes da cara e coroa de uma moeda.

 

Previsão retrospectiva

 

"Nós começamos cada rodada colocando o qubit em uma superposição dos dois estados," explica Murch. "Então nós fazemos uma medição forte, mas escondemos o resultado, e continuamos monitorando o sistema com medições fracas. Calculando para a frente, usando a equação de Born que expressa a probabilidade de encontrar o sistema em um estado particular, suas chances de acertar são apenas de 50-50."

 

"Mas você também pode calcular para trás usando algo chamado matriz de efeito. Basta pegar todas as equações e invertê-las. Elas ainda funcionam e você pode simplesmente rastrear a trajetória rumo ao passado.

 

No mundo quântico, o futuro afeta o passado

Os físicos têm debatido intensamente se o futuro pode afetar o passado se o tempo é real ou é uma ilusão e até mesmo se o futuro do Universo pode estar influenciando o presente. [imagem: Cortesia Shutterstock/Sam72]

"Portanto, há uma trajetória indo em um curso para trás e uma trajetória indo para a frente, e, se olharmos as duas juntas e pesarmos a informação em ambas igualmente, temos algo que chamamos de uma previsão retrospectiva, ou 'retrodição'," diz Murch.

 

O espantoso sobre essa espantosa "retrodição" é que ela tem uma precisão de 90%. Quando a equipe tenta prever o resultado da medição forte que feita inicialmente e armazenada, o cálculo acerta nove vezes em cada 10 tentativas.

 

Em outras palavras, diz Murch, o futuro prevê o passado no mundo quântico.

 

Flecha do tempo e causalidade

 

Isto tem implicações para problemas muito profundos da física e da interpretação da realidade, incluindo a tradicional "lei de causa e efeito".

 

O resultado sugere, por exemplo, que, no mundo quântico o tempo roda tanto para trás quanto para a frente, enquanto que, no mundo clássico em que interagimos, o tempo parece só correr para a frente.

 

"Não está claro por que no mundo real, o mundo constituído por muitas partículas, o tempo só vai para a frente e a entropia sempre aumenta," disse Murch. "Mas muitas pessoas estão trabalhando nesse problema e eu espero que isso seja resolvido em poucos anos".

[predestinado]

interessante, no mundo quântico, as coisas acontecem desordenadamente, como nas loterias, os resultados presentes, é o mundo quantico, tudo desordenado, mas qdo observamos o todo, fica equilibrado.

[sniffer]

interessante, no mundo quântico, as coisas acontecem desordenadamente, como nas loterias, os resultados presentes, é o mundo quantico, tudo desordenado, mas qdo observamos o todo, fica equilibrado.

É Predestinado,  com este avatar você tem autoridade para falar :mrgreen:

[RafaelResponde]

 Pois é... Façamos uma analogia às loterias.

 

Ao olhar para o céu limpo, à noite, observamos o brilho de estrelas, mas se transpuséssemos o espaço no tempo, constataríamos que muitas delas foram astros que já morreram e sequer existem mais. É a relatividade do tempo e espaço. Pois na loteria é semelhante.

 

Quando olhamos a ocorrência no passado, ou seja, observamos o que está sob nossas vistas, os padrões estão lá. Porém, ao projetarmos para o futuro, eles desaparecem. Ao contrário, porém, se pudéssemos transpor o tempo, poderíamos prever o espaço amostral com maior previsão.

 

Diz-se que o nosso "planetinha" é assim. Tem seu prazo de validade, sua vida "curta". Mas outros zilhões de astros por aí no universo dispontam em fulgurante radiação na vastidão do infinito, e certamente tal abundância está aí, para renovar a vida eternamente.

 

Então, concluindo, nunca duvide dos seus sonhos. E, se puder ter o privilégio de sua contemplação, neles você provavelmente poderá corresponder a dados factíveis amanhã. Quando dormimos, a mente possui mecanismos que transpõem a limitação do corpo ou nosso entendimento pleno, então há algo mais que foge às nossas vistas e conhecimento tangíveis que possivelmente transpõem o espaço e o tempo. Aproveite!

 

Descanse bem... E curta depois!

Bom final-de-semana!

Edited March 7, 2015 by RafaelResponde

[iziplay]

A manchete de que "o futuro afeta o passado" é uma interpretação dramática — e conceitualmente imprecisa — da técnica física utilizada.

 

O que realmente acontece no experimento

 

Para entender o fenômeno sem cair no sensacionalismo, é preciso separar a informação da causalidade.

 

A medição forte escondida: O sistema começa em um estado quântico e sofre uma medição forte. Essa medição define o estado final do qubit (como cara ou coroa), mas esse resultado é mantido "oculto".

 

Medições fracas contínuas: Em seguida, os físicos fazem "medições fracas" (weak measurements). Essas medições extraem pouquíssima informação de cada vez sem colapsar a função de onda do qubit, permitindo rastrear sua evolução temporal.

 

A "retrodição" (retrodiction): Usando o arcabouço formal desenvolvido por Yakir Aharonov, Peter Bergmann e Joel Lebowitz em 1964 (conhecido como Two-State Vector Formalism - TSVF), os físicos combinaram:

 

A evolução do sistema do passado para o presente (vetor de estado padrão).

A informação obtida pelas medições fracas do futuro para o presente (o vetor do estado final "oculto").

Ao cruzar os dados da trajetória passada com o resultado final conhecido no futuro, a capacidade do observador de inferir o estado intermediário salta de 50% para 90%.

 

Análise Crítica: O futuro altera o passado?

Não. O que muda com o passar do tempo não é o estado físico do passado, mas sim o grau de conhecimento do observador sobre o passado.

 

Matemática da probabilidade (Bayesiana): Se você joga uma moeda e a cobre com a mão, a probabilidade do resultado ser "cara" é de 50%. Se um amigo olha embaixo da sua mão e lhe dá uma dica válida sobre a orientação da moeda, a sua chance de acertar sobe para 90%. O amigo não viajou no tempo nem alterou a moeda; ele apenas forneceu informação adicional sobre um evento que já havia acontecido.

 

Causalidade Intacta: Nenhuma informação superlumínica ou sinal do futuro é enviado para alterar o passado. Não há violação do princípio da causalidade, nem criação de paradoxos temporais (como o paradoxo do avô).

 

Simetria Temporal nas Equações: As equações fundamentais da física quântica (como a Equação de Schrödinger) são simétricas em relação ao tempo. Calcular "para trás" usando o resultado final é matematicamente equivalente a calcular "para frente" usando o estado inicial.

 

Por que esse resultado é importante?

Apesar do exagero na chamada jornalística, o experimento traz avanços científicos profundos:

Medições Fracas e Controle Quântico: O experimento demonstra com grande precisão a eficácia das medições fracas para rastrear a evolução de qubits em tempo real sem destruí-los, algo essencial para o desenvolvimento de computadores quânticos e correção de erros.

 

Fundamentos da Teoria Quântica: Reforça que o estado quântico de um sistema durante um intervalo temporal pode ser mais bem descrito se considerarmos tanto a sua preparação no passado quanto a sua medição no futuro.

 

A Flecha do Tempo: O contraste entre a microfísica (onde as equações funcionam em ambas as direções do tempo) e a macrofísica (onde a entropia impõe um fluxo irreversível do passado para o futuro) continua sendo uma das questões mais instigantes da física moderna.

 

Conclusão: O futuro não altera o passado materialmente. O que o futuro faz é fornecer a informação necessária para revelar o que permaneceu oculto no passado.