O tempo é chave para a gravidade quântica? Como uma propriedade 'esquecida' poderá unir Einstein à física do infinitamente pequeno

Durante mais de um século, a física teórica viveu dividida entre duas visões incompatíveis da realidade. De um lado, a Relatividade Geral de Albert Einstein descreve um cosmos suave, contínuo e determinista, onde a gravidade não é uma força invisível, mas a curvatura provocada pela massa no tecido do espaço-tempo (em quatro dimensões, as três do espaço que vivemos — altura, largura, profundidade, mais o tempo). Do outro, a Mecânica Quântica dita que o mundo subatómico é probabilístico, composto por uma dualidade de ondas/partículas e governado pelo entrelaçamento — uma ligação íntima e até misteriosa através da qual partículas distantes partilham o mesmo destino instantaneamente. O que afeta uma reflete-se imediatamente na outra, mesmo que esta esteja do outro lado do Universo.

O ponto de rutura entre estes dois monumentos científicos sempre teve um palco privilegiado: os buracos negros. Segundo a relatividade clássica, tudo o que ultrapassa o horizonte de eventos de um buraco negro é puxado para o seu centro e desaparece do universo observável. Contudo, para a física quântica, a informação nunca pode ser destruída; qualquer processo físico é reversível em princípio.

Quando Stephen Hawking demonstrou, em meados da década de 1970, que os buracos negros evaporam lentamente através da emissão de radiação quântica, o dilema agravou-se. Para devolver a informação ao cosmos, a radiação emitida teria de estar maximamente entrelaçada com o interior do buraco negro e com a radiação anterior. No entanto, o entrelaçamento no espaço obedece a uma regra rígida conhecida como "monogamia": se dois sistemas quânticos estão maximamente entrelaçados entre si, nenhum deles pode partilhar essa correlação quântica com um terceiro. Parecia assim não haver saída matemática sem violar os alicerces de uma das teorias.

Mas uma nova proposta teórica e experimental, liderada pelo físico Vlatko Vedral (Universidade de Oxford), em colaboração com Chiara Marletto (Oxford) e Marco Genovese (INRiM, Turim), sugere que a solução para conciliar as duas realidades (Relatividade e Física Quântica) esteve sempre escondida na própria estrutura relativista do espaço-tempo.

O avanço assenta no conceito de "entrelaçamento no tempo" (entanglement in time). Ao contrário da mecânica quântica tradicional — que trata o espaço como um observável maleável e o tempo como um mero relógio de fundo exterior —, o entrelaçamento pode ocorrer não apenas entre dois objetos distintos no espaço, mas num único e mesmo sistema quântico medido em instantes temporais sucessivos.

A chave conceptual surge dentro do próprio horizonte de eventos. Pela geometria de Einstein, no interior de um buraco negro as coordenadas de espaço e tempo trocam efetivamente de papéis: a progressão para o centro torna-se tão inexorável e unidirecional como a marcha do tempo para o observador exterior. Assim, ao evaporar, o buraco negro não cria apenas correlações espaciais; converte entrelaçamento espacial em entrelaçamento temporal.

A implicação tem consequências profundas: enquanto o entrelaçamento espacial é estritamente monógamo, o entrelaçamento no tempo não obedece à regra da monogamia. Uma partícula pode manter uma correlação máxima com outra no espaço e, simultaneamente, partilhar uma correlação temporal máxima consigo própria ao longo do tempo. O conflito matemático que bloqueava a unificação dissolve-se sem quebrar os princípios da mecânica quântica nem a geometria relativista.

Hipótese testável em laboratório

Esta hipótese, ao contrário de abordagens como a Teoria das Cordas — que exige a existência de dez ou onze dimensões e energias inalcançáveis para qualquer acelerador —, funciona nas "nossas" quatro dimensões habituais (três de espaço e uma de tempo). O que permite que o fenómeno seja testado diretamente em laboratório.

Através de experiências com pares de fotões, a equipa de Marco Genovese demonstrou que as partículas violam de facto a monogamia quando medidas através do tempo.

Embora isto não resolva por si só todos os enigmas pendentes da física atual — como a natureza microscópica das singularidades ou a integração de todas as forças do chamado Modelo Padrão (a melhor aproximação que temos para descrever toda a realidade, mas que ainda exige que alguns valores sejam introduzidos à mão de acordo com as medições experimentais, ou seja, não é uma teoria autossuficiente de Tudo) —, a descoberta desata o nó górdio que travava a conciliação das duas grandes teorias do século XX.

Mostra que o espaço-tempo e a informação quântica partilham a mesma gramática relacional, tratando o espaço e o tempo como duas faces rigorosamente equivalentes da mesma moeda. Fá-lo de forma elegante, como a Relatividade de Einstein, ao tratar geometricamente o tempo e o espaço como duas faces da mesma moeda, só que desta vez não no seu relacionamento com grandes objetos celestes mas no entrelaçamento de partículas infinitamente pequenas. Provavelmente o grande cientista alemão admiraria esta solução.