Espaço ou tempo? Descoberta luz que aparece e some do nada

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/04/2025

Nova dimens?o da luz

F?sicos das universidades de Rostock (Alemanha) e Birmingham (Reino Unido) descobriram emiss?es de luz que parecem surgir do nada e igualmente desaparecem no nada.

? primeira vista parece m?gica, mas as profundas ra?zes matem?ticas da descoberta quebram um paradigma da f?sica e vai exigir que os cientistas repensem o papel que a dimens?o do tempo desempenha na nossa realidade.

E a descoberta tamb?m tem efeitos pr?ticos, abrindo caminho para aplica??es fot?nicas protegidas contra todos os tipos de perturba??es externas, o que ? particularmente interessante para a computa??o qu?ntica.

Embora Einstein tenha unificado as dimens?es do tempo e do espa?o em um espa?o-tempo - na teoria da relatividade especial, publicada em 1905 - o tempo continua guardando suas idiossincrasias, escapando das nossas interpreta??es. Por exemplo, enquanto podemos nos mover livremente no espa?o, o tempo ? uma via de m?o ?nica - o rel?gio s? anda para frente, nunca para tr?s.

Talvez por causa dessa sua singularidade, o tempo como uma dimens?o tem recebido muito menos aten??o do que o espa?o.

Isso s? come?ou a mudar h? pouco anos, gra?as aos cristais do tempo, e, ainda mais recentemente, aos cristais espa?o-temporais, objetos com padr?es repetitivos no tempo e no espa?o, que est?o inspirando uma releitura do papel que o tempo deve desempenhar em nossa compreens?o da f?sica.

? a? que entra a nova descoberta anunciada agora.

N?o ? b?blico, ? matem?tico

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 espec?fico no espa?o-tempo.

Pense assim: No espa?o, a luz pode se mover de um ponto para outro; no tempo, ela pode acender em um momento e apagar noutro; mas no espa?o-tempo ela faz as duas coisas, acendendo ou apagando em um ponto espec?fico no espa?o e no tempo, sem qualquer propaga??o aparente.

"? quase b?blico: no princ?pio, n?o havia nada. Ent?o a f?sica diz: 'Haja luz!', e de fato h? luz - em um momento preciso no tempo e em um ponto espec?fico no espa?o," entusiasma-se o professor Alexander Szameit, coordenador da equipe.

Mas n?o tem nada de milagroso, e esses flashes fugazes de luz, que aparecem e somem como que por encanto, t?m ra?zes matem?ticas profundas, no campo da topologia, que tem a ver com as propriedades globais de um material que n?o podem ser alteradas sem alter?-lo fundamentalmente - a topologia ? um ramo fundamental da matem?tica que estuda as propriedades dos espa?os que s?o preservadas por deforma??es cont?nuas, como alongamentos, tor??es e dobras, sem rasgar ou colar.

"A topologia, um ramo da matem?tica talvez um tanto abstrato, mas muito fundamental e profundamente consequente, na verdade determina certo comportamento f?sico aqui," disse a professora Hannah Price.

"Encontramos um invariante topol?gico temporal e estabelecemos sua rela??o com os estados topol?gicos 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 espa?o-temporal, levando a estados topol?gicos localizados tanto no espa?o quanto no tempo, formando assim eventos topol?gicos espa?o-temporais," detalhou a equipe.

Eventos espa?otemporais topol?gicos

O que a equipe descobriu recebeu o nome de "eventos espa?otemporais topol?gicos".

Devido justamente ? natureza unidirecional do tempo, esses eventos apresentam uma robustez ?nica contra perturba??es externas: Os pesquisadores descobriram que eles v?m com uma prote??o inerente contra par?metros experimentais aleatoriamente bagun?ados, bem como contra qualquer luz difusa que pudesse eventualmente atrapalhar as observa??es.

Em termos mais simples, os f?tons que emergem nesses pontos espa?otemporais parecem imunes a tudo o que normalmente afeta a luz: Se os c?lculos indicam que aquela luz vai aparecer naquele local, naquele momento, ent?o ela estar? l?, quaisquer que sejam as condi??es do ambiente.

"Essa prote??o ? muito desej?vel, pois pode permitir a modelagem robusta de ondas de luz em aplica??es importantes, como gera??o de imagens, comunica??es ou lasers," disse o professor Sebastian Weidemann. De fato, uma das estrelas emergentes da computa??o qu?ntica s?o os chamados qubits topol?gicos, um novo tipo de bit qu?ntico praticamente imune a erros devido justamente ? topologia. Essa possibilidade se abre agora tamb?m para os computadores qu?nticos de luz, cujos qubits s?o f?tons.

"Essas descobertas comprovam que a reconsidera??o do papel do tempo no espa?o-tempo, na f?sica em geral, bem como em sua intera??o com a topologia, tem potencial tanto para a ci?ncia fundamental quanto para suas potenciais aplica??es. Crucialmente, elas abrem as portas para um campo muito mais amplo de potenciais descobertas, possibilitadas pelo direcionamento da pesquisa para essa nova-velha dimens?o," anunciou a equipe.

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