Desde Albert Einstein, a física sabe que o tempo não é absoluto. Ele passa mais devagar para quem se move rápido ou está perto de um campo gravitacional intenso, efeito medido, confirmado e incorporado ao GPS de qualquer smartphone.

Mas quando a relatividade encontra a mecânica quântica, a estranheza aumenta em outra ordem de grandeza.

A teoria quântica sugere que o tempo pode existir em superposição: passando mais rápido e mais devagar ao mesmo tempo.

Um estudo publicado em 20 de abril no Physical Review Letters indica que esse experimento, por décadas restrito ao papel, pode em breve ser feito num laboratório.

O 'tempo de Schrödinger'

A pesquisa foi liderada pelo professor Igor Pikovski, do Stevens Institute of Technology, em colaboração com Christian Sanner, da Colorado State University, e Dietrich Leibfried, do National Institute of Standards and Technology (NIST).

Na mecânica quântica, objetos podem existir em múltiplos estados ao mesmo tempo, o que o experimento mental do gato de Schrödinger ilustra: o animal está vivo e morto simultaneamente até ser observado.

O estudo propõe algo análogo para o tempo. Um relógio cujo movimento segue as regras quânticas poderia experimentar múltiplos fluxos de tempo no mesmo instante, como um gato que é simultaneamente jovem e velho.

"O tempo desempenha papéis muito diferentes na teoria quântica e na relatividade", disse Pikovski. "O que mostramos é que unir esses dois conceitos pode revelar assinaturas quânticas ocultas do fluxo do tempo que não podem mais ser descritas pela física clássica."

O estudo também retoma o paradoxo dos gêmeos — um dos experimentos mentais mais conhecidos da física. Se um gêmeo viaja a alta velocidade e volta, ele é mais jovem do que o irmão que ficou parado.

A nova pesquisa pergunta algo mais radical: e se um único relógio pudesse viver as duas experiências ao mesmo tempo?

Relógios mais precisos do mundo

O experimento proposto depende de relógios atômicos de íons, que são dispositivos que aprisionam átomos individuais de alumínio ou itérbio, os resfria a temperaturas próximas do zero absoluto e controlam seus estados quânticos com lasers.

São os relógios mais precisos já construídos, desenvolvidos no NIST e na Colorado State University.

Eles já são sensíveis o suficiente para detectar diferenças de tempo causadas por vibrações térmicas em temperaturas ínfimas.

Mas os pesquisadores identificaram um efeito ainda mais sutil: mesmo no estado fundamental — onde não há vibração térmica —, o ritmo do relógio ainda é afetado pelas flutuações do próprio vácuo quântico.

"Os relógios atômicos agora são tão sensíveis que podem detectar pequenas diferenças de tempo causadas apenas pelas vibrações térmicas em temperaturas minúsculas", disse Gabriel Sorci, doutorando no Stevens Institute e coautor do estudo. "Mas mesmo na temperatura de zero absoluto, o estado fundamental, a taxa de funcionamento ainda será afetada pelas flutuações quânticas."

Os pesquisadores propõem ir além. Em vez de apenas resfriar os átomos, manipular o próprio vácuo criando estados comprimidos, configurações quânticas em que posição e velocidade se comportam de formas incomuns.

Nessas condições, um único relógio poderia marcar o tempo mais rápido e mais devagar ao mesmo tempo, enquanto se torna emaranhado com seu próprio movimento quântico.

De teoria a experimento

Pikovski e seus colaboradores propuseram essa ideia pela primeira vez há mais de uma década. Na época, o efeito era sutil demais para ser observado experimentalmente.

Os avanços recentes em relógios atômicos e computação quântica mudaram esse cenário.

"Temos a tecnologia para gerar o nível de compressão necessário e um caminho para alcançar a precisão de relógio necessária em relógios de íons para observar esses efeitos pela primeira vez", disse Sanner, da Colorado State University.

Para Pikovski, as implicações vão além do experimento. "A física ainda está cheia de mistérios no nível mais fundamental. As tecnologias quânticas estão nos dando novas ferramentas para lançar luz sobre eles."