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    Uma conexão entre correlações quânticas e geometria do espaço-tempo

    Dois observadores fictícios chamados Alice e Bob unem o espaço-tempo e a física quântica. Crédito: Informação Quântica / Harald Ritsch / ÖAW

    Pesquisadores da Academia exploram as consequências da localidade para medições distribuídas no espaço-tempo. Seu artigo já foi publicado na revista Nature Informação Quântica .

    A localidade é um princípio fundamental por trás de todas as interações físicas. Diz que cada sistema físico só pode interagir com outros sistemas em sua vizinhança imediata, de modo que as interações entre dois objetos distantes devem ser mediadas por um intermediário. Por exemplo, no caso familiar de dispositivos de comunicação de rádio e telefones celulares, que enviam e recebem informações à distância, o papel de intermediário é desempenhado por ondas eletromagnéticas. A física de partículas nos diz que as partículas elementares se comportam de maneira semelhante. Quando dois deles exercem uma força um sobre o outro, isso não acontece instantaneamente à distância, antes, por uma troca de uma partícula que medeia essa força localmente. Uma consequência importante da localidade das interações é que muitos sistemas físicos, tais como sólidos, bem como campos quânticos que descrevem partículas elementares, satisfazer a chamada propriedade da "lei da área".

    Alice e Bob

    Para explicar o que essa propriedade significa, imagine dois observadores, Alice e Bob, que realizam medições nas partes constituintes de todo um sistema físico. Alice só pode medir as partes que estão dentro de uma região do espaço separada por uma fronteira do resto do espaço; enquanto Bob pode realizar medições nas partes que estão fora da região de Alice. A "lei da área" significa aproximadamente que o grau em que os resultados das medições de Alice e Bob estão correlacionados é determinado pela área do limite que separa a região de Alice das regiões de Bob, e não pelo volume da região. Isso é um tanto surpreendente, como muitas outras quantidades termodinâmicas ou informativas, como energia ou entropia, normalmente escala com o volume e não com a área da região considerada.

    O novo estudo estende esses resultados para o espaço-tempo, em que Alice realiza suas medições durante um determinado período de tempo. O resultado:Mesmo no espaço-tempo, a lei da superfície se aplica e a força da correlação depende da área da área em que Alice realiza suas medições. Crédito:IQOQI-Viena, CC BY-NC-ND 2.0

    Mecânica quântica e gravidade

    Embora as leis de área sejam normalmente formuladas em termos de regiões do espaço (como em nosso exemplo), A teoria da relatividade de Einstein, em que espaço e tempo são unificados em um espaço-tempo, nos ensina que a descrição adequada da física deve ser em termos de interações locais no espaço-tempo. Isso levanta a questão de se a propriedade da lei de área pode ser generalizada para regiões no espaço-tempo. Em particular, imagine que agora Alice tenha acesso a uma parte do sistema confinada em uma caixa espacial por um tempo limitado na qual ela pode realizar várias medições, de modo que todas as suas medições são realizadas dentro de uma caixa de espaço-tempo quadridimensional. Bob tem permissão para acessar o sistema em qualquer ponto do espaço-tempo que esteja fora da caixa de Alice. Em uma nova publicação em Informação Quântica pesquisadores do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica de Viena da Academia Austríaca de Ciências investigam se a fronteira dessa região do espaço-tempo quadridimensional pode nos dizer algo sobre o grau de correlações entre os resultados das medições de Alice e Bob.

    No artigo, os autores mostram que uma lei de área vale para regiões do espaço-tempo se o sistema físico em consideração consiste em partículas interagindo localmente. Ĉaslav Brukner, líder do grupo no instituto da academia e coautor do estudo, comentários:"Este trabalho fornece uma conexão entre correlações quânticas e geometria do espaço-tempo. Esses insights podem ser úteis para o desenvolvimento de teorias futuras unificando a mecânica quântica e a gravidade."

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