Poucos conceitos em física são tão familiares ou misteriosos quanto o próprio tempo. A teoria da relatividade de Einstein mostrou que o tempo não é fixo ou universal. Em vez disso, varia com a velocidade e a gravidade. No entanto, quando os cientistas combinam a teoria da relatividade com a mecânica quântica, o quadro torna-se ainda mais surpreendente. A teoria quântica sugere que o próprio tempo pode existir em superposição, o que significa que pode fluir mais rápido e mais devagar ao mesmo tempo.
Um estudo recentemente publicado sugere que os pesquisadores poderão em breve testar esta ideia surpreendente em laboratório. O artigo, intitulado “Quantum Eigentime Signatures in Optical Ion Clocks”, foi publicado em 20 de abril de 2026. Revisão de planilhas físicas. A pesquisa foi liderada pelo professor associado Igor Pikovsky, do Stevens Institute of Technology, que trabalhou com equipes experimentais lideradas por Christian Sanner, da Colorado State University, e Dietrich Leibfried, do National Institute of Standards and Technology (NIST).
Relógios atômicos e tempo quântico
Os pesquisadores exploraram como os relógios atômicos avançados poderiam revelar efeitos quânticos ocultos associados à passagem do tempo. De acordo com as suas descobertas, as mesmas tecnologias que estão a ser desenvolvidas para os relógios e computadores quânticos da próxima geração também poderão permitir aos cientistas investigar se o tempo se comporta de acordo com as regras quânticas.
Na mecânica quântica, os objetos podem existir simultaneamente em vários estados. Este conceito é famoso pela ilustração do gato de Schrödinger, um experimento mental em que um gato é considerado vivo e morto ao mesmo tempo até ser observado. Os pesquisadores acreditam que algo semelhante pode acontecer com o tempo. Um relógio que se move de acordo com regras quânticas pode experimentar múltiplos fluxos de tempo ao mesmo tempo, quase como um gato que é jovem e velho ao mesmo tempo.
“O tempo desempenha papéis completamente diferentes na teoria quântica e na relatividade”, diz Pikovsky. “Mostramos que a combinação desses dois conceitos pode revelar assinaturas quânticas ocultas do fluxo do tempo que não podem mais ser descritas pela física clássica”.
O paradoxo dos gêmeos quânticos
A teoria da relatividade já prevê que o tempo passa de forma diferente dependendo do movimento e da localização. Cada relógio mede seu próprio fluxo de tempo. Por exemplo, um relógio movendo-se a 10 m/s durante 57 milhões de anos estará cerca de um segundo atrasado em relação a um relógio estacionário. Os cientistas confirmaram tais efeitos usando dispositivos de alta precisão, como relógios de íons de alumínio no NIST.
Este fenômeno é frequentemente explicado pelo “paradoxo dos gêmeos”, onde um dos gêmeos viaja em alta velocidade e retorna mais jovem que o gêmeo restante. Novas pesquisas empurram essa ideia ainda mais para o reino quântico.
Os pesquisadores perguntaram se um único relógio poderia experimentar duas velocidades de tempo diferentes simultaneamente durante a superposição quântica. De acordo com a teoria quântica, isso deveria ser possível. Pikowski e seus colaboradores propuseram a ideia pela primeira vez há mais de uma década, mas na época o efeito era sutil demais para ser observado experimentalmente. Os avanços na tecnologia do relógio atômico podem agora mudar isso.
Relógios de íons ultrafrios e flutuações quânticas
A equipe se concentrou em relógios iônicos, como os que estão sendo desenvolvidos no NIST e na Colorado State University. Esses dispositivos prendem íons individuais, como alumínio ou itérbio, resfriam-nos a temperaturas próximas do zero absoluto e controlam seus estados quânticos com lasers.
Sua análise mostrou que a combinação de relógios de alta precisão com técnicas de computação quântica de íons aprisionados poderia tornar possível observar propriedades quânticas do tempo anteriormente ocultas.
“Os relógios atômicos são agora tão sensíveis que podem detectar pequenas diferenças no tempo causadas apenas por vibrações térmicas em temperaturas insignificantes”, diz Gabriel Sorci, candidato a doutorado no Stevens Institute of Technology e co-autor do artigo. “Mas mesmo na temperatura zero absoluto, o estado fundamental, a taxa de tique-taque ainda será afetada apenas por flutuações quânticas.”
Os pesquisadores exploraram então uma possibilidade ainda mais incomum. Em vez de simplesmente resfriar os átomos, eles propuseram manipular o próprio vácuo para criar “estados comprimidos”, estados quânticos nos quais a posição e a velocidade se comportam de maneiras incomuns.
Relógios que funcionam mais rápido e mais devagar ao mesmo tempo
Sob estas condições, a equipe descobriu que podem ocorrer efeitos quânticos completamente novos relacionados ao tempo. Um único relógio pode efetivamente funcionar mais rápido e mais devagar ao mesmo tempo e ficar emaranhado com seu próprio movimento quântico.
Os pesquisadores agora esperam demonstrar esses efeitos experimentalmente.
“Temos a tecnologia para criar a compressão necessária e a maneira de alcançar a precisão de relógio exigida em relógios iônicos para observar esses efeitos pela primeira vez”, diz Sunner, do estado do Colorado.
Para Pikovsky, as implicações mais amplas não são menos fascinantes. Seu trabalho anterior inclui mostrar que a tecnologia quântica poderia potencialmente detectar grávitons únicos, partículas hipotéticas que se acredita transportarem gravidade.
“A física ainda está cheia de mistérios em seu nível mais fundamental. A tecnologia quântica nos dá novas ferramentas para esclarecê-los.”
