Atualizado 12 de maio de 2025 por Sergio A. Loiola
Qual a natureza do Tempo? Um experimento surpreendente força a repensar a natureza do tempo. Fisicos demonstraram que a luz no espaço-tempo pode estranhamente acender ou apagar em um ponto específico no espaço e tambem no tempo, sem qualquer propagação eletromagnética aparente. Ou seja, a luz pode aparecer do nada, e desaparecer, como um passe de mágica.
Durante seus experimentos envolvendo cristais de luz e topologia, a equipe descobriu que luz pode ser levada a ficar como que “colada” a um ponto específico no espaço-tempo. Pulando de um lugar no espaço, para outro momento no tempo.
Na pesquisa realizada por Físicos das universidades de Rostock (Alemanha) e Birmingham (Reino Unido) emissões de luz parecem surgir do nada e igualmente desaparecem no nada.
O artigo foi publicado na Revista Nature Photonics
Surpreso, o coordenador da pesquisa relatou:
no princípio, não havia nada. Então a física diz: ‘Haja luz!’, e de fato há luz – em um momento preciso no tempo e em um ponto específico no espaço,” entusiasma-se o professor Alexander Szameit, coordenador da equipe.
Tal feito faz questionar novamente a natureza do tempo
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Seria possível se mover no tempo assim como no espaço?
À primeira vista parece mágica, mas as profundas raízes matemáticas da descoberta quebram um paradigma da física e vai exigir que os cientistas repensem o papel que a dimensão do tempo desempenha na nossa realidade.
E a descoberta também tem efeitos práticos, abrindo caminho para aplicações fotônicas protegidas contra todos os tipos de perturbações externas, o que é particularmente interessante para a computação quântica.
Embora Einstein tenha unificado as dimensões do tempo e do espaço em um espaço-tempo – na teoria da relatividade especial, publicada em 1905 – o tempo continua guardando suas idiossincrasias, escapando das nossas interpretações.
Por exemplo, enquanto podemos nos mover livremente no espaço, o tempo é uma via de mão única – o relógio só anda para frente, nunca para trás.
Talvez por causa dessa sua singularidade, o tempo como uma dimensão tem recebido muito menos atenção do que o espaço.
Isso só começou a mudar há pouco anos, graças aos cristais do tempo, e, ainda mais recentemente, aos cristais espaço-temporais, objetos com padrões repetitivos no tempo e no espaço, que estão inspirando uma releitura do papel que o tempo deve desempenhar em nossa compreensão da física.
É aí que entra a nova descoberta anunciada agora.
Flashes fugazes de luz, que aparecem e somem como que por encanto, têm raízes matemáticas profundas, no campo da topologia
Pense assim: No espaço, a luz pode se mover de um ponto para outro; no tempo, ela pode acender em um momento e apagar noutro; mas no espaço-tempo ela faz as duas coisas, acendendo ou apagando em um ponto específico no espaço e no tempo, sem qualquer propagação aparente.
b , A topologia temporal (topo) depende de bandas de momento separadas por lacunas de momento (meio). Estados temporais-topológicos associados à topologia de lacunas de momento podem surgir que são localizados em interfaces temporais (embaixo). c , A topologia espaço-temporal (topo) depende de bandas que são separadas em energia e momento (meio). Eventos espaço-temporais-topológicos, onde estados topológicos são localizados em interfaces espaço-temporais (embaixo). Figura do artigo
Mas não tem nada de milagroso, e esses flashes fugazes de luz, que aparecem e somem como que por encanto, têm raízes matemáticas profundas, no campo da topologia, que tem a ver com as propriedades globais de um material que não podem ser alteradas sem alterá-lo fundamentalmente
A Topologia é um ramo fundamental da matemática que estuda as propriedades dos espaços que são preservadas por deformações contínuas, como alongamentos, torções e dobras, sem rasgar ou colar.
“A topologia, um ramo da matemática talvez um tanto abstrato, mas muito fundamental e profundamente consequente, na verdade determina certo comportamento físico aqui,” disse a professora Hannah Price.
a , dois laços de fibra óptica são conectados por um divisor de feixe variável (VBS) que define o acoplamento
β . Moduladores de amplitude acústico-ópticos (AOMs) e amplificadores de fibra dopados com érbio (EDFA) permitem uma modulação de ganho-perda exp(± g ). Um pulso (círculo vermelho) que é acoplado ao laço mais longo, divide-se em dois pulsos que são atrasados por T ± Δ T . Eles mapeiam para a rede fotônica em
b onde o atraso médio de ida e volta T corresponde a passos de tempo t → t + 1, e o atraso relativo dentro de uma viagem de ida e volta determina a posição por meio de múltiplos x × Δ T . Em b , as redes fotônicas implementadas consistem em uma rede de malha de divisores de feixe e modulações de ganho-perda, com um período de quatro passos no tempo e uma periodicidade espacial de dois passos. A célula unitária de Floquet-Bloch resultante está sombreada em cinza. Figura do artigo
“Encontramos um invariante topológico temporal e estabelecemos sua relação com os estados topológicos temporais observados. Transcendendo os conceitos separados de topologia espacial e temporal, propomos e implementamos um sistema com uma lacuna energia-momento e introduzimos o conceito de topologia espaço-temporal, levando a estados topológicos localizados tanto no espaço quanto no tempo, formando assim eventos topológicos espaço-temporais,” detalhou a equipe.
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O surgimento e desaparecimento da luz foi denominado “Eventos espaçotemporais topológicos“
O que a equipe descobriu recebeu o nome de “eventos espaçotemporais topológicos”.
Devido justamente à natureza unidirecional do tempo, esses eventos apresentam uma robustez única contra perturbações externas:
Os pesquisadores descobriram que os “eventos espaçotemporais topológicos” vêm com uma proteção inerente contra parâmetros experimentais aleatoriamente bagunçados, bem como contra qualquer luz difusa que pudesse eventualmente atrapalhar as observações.
a mas sim uma interface temporal topológica (embaixo) e trivial (em cima). Um estado temporal-topológico que é localizado no tempo emerge apenas no caso de uma interface temporal não trivial descrita pelo invariante temporal-topológico. Os parâmetros da rede e o cálculo dos invariantes topológicos são detalhados nas Seções Suplementares
1 e 5 , respectivamente. Figura do artigo
Em termos mais simples, os fótons que emergem nesses pontos espaçotemporais parecem imunes a tudo o que normalmente afeta a luz:
Se os cálculos indicam que aquela luz vai aparecer naquele local, naquele momento, então ela estará lá, quaisquer que sejam as condições do ambiente.
“Essa proteção é muito desejável, pois pode permitir a modelagem robusta de ondas de luz em aplicações importantes, como geração de imagens, comunicações ou lasers,” disse o professor Sebastian Weidemann.
De fato, uma das estrelas emergentes da computação quântica são os “qubits topológicos”, um novo tipo de bit quântico praticamente imune a erros devido justamente à topologia.
Essa possibilidade se abre agora também para os computadores quânticos de luz, cujos qubits são fótons.
“Essas descobertas comprovam que a reconsideração do papel do tempo no espaço-tempo, na física em geral, bem como em sua interação com a topologia, tem potencial tanto para a ciência fundamental quanto para suas potenciais aplicações. Crucialmente, elas abrem as portas para um campo muito mais amplo de potenciais descobertas, possibilitadas pelo direcionamento da pesquisa para essa nova-velha dimensão,” anunciou a equipe.
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É Livre a reprodução de matérias mediante a citação do título do texto com link apontando para este texto. Crédito do site Nature & Space
LUZ SURGE E SOME DO NADA NO TEMPO-ESPAÇO SEM SINAL PROPAGAR
Bibliografia
Artigo: Space-time-topological events in photonic quantum walks
Autores: Joshua Feis, Sebastian Weidemann, Tom Sheppard, Hannah M. Price, Alexander Szameit
Revista: Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-025-01653-w
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