Um esquecido sistema numérico inventado no século 19 pode fornecer a explicação mais simples de por que o Universo teria 10 dimensões

por John C. Baez, John Huerta

QUANDO CRIANÇAS, TODOS APRENDEMOS os números. Começamos com a contagem, seguida da adição, subtração, multiplicação e divisão. Mas os matemáticos sabem que o sistema numérico que aprendemos na escola é apenas uma de muitas possibilidades. Outros tipos de números são importantes para entender geometria e física. Entre as mais estranhas alternativas estão os octônios. Muito negligenciados desde sua descoberta, em 1843, eles têm assumido uma curiosa importância na teoria de cordas. E, certamente, se a teoria de cordas for uma representação correta do Cosmo, eles podem explicar por que o Universo tem um número surpreendente de dimensões.

Os octônios não seriam o primeiro pedaço da matemática pura mais tarde usada para melhorar nosso entendimento do Cosmos. Nem seria o primeiro sistema numérico alternativo que mostraria ter usos práticos. Para entender por que, primeiro temos de olhar o caso mais simples de números – o sistema numérico que aprendemos na escola – que os matemáticos chamam de números reais. O conjunto de todos os números reais forma uma linha, de modo que dizemos que a coleção de números reais é unidimensional. Também poderíamos dizer que: a linha é unidimensional porque especificar um ponto sobre ela requer um número real.

Antes de 1500, os números reais eram os únicos disponíveis. Então, durante a Renascença, matemáticos ambiciosos tentavam resolver formas de equações cada vez mais complexas, e até chegavam a fazer competições para ver quem conseguiria resolver os problemas mais difíceis. A raiz quadrada de -1 foi introduzida como uma espécie de arma secreta pelo matemático, físico, jogador e astrólogo italiano Gerolamo Cardano. Onde outros reclamavam, ele se permitia usar esse misterioso número como parte de cálculos mais longos nos quais as respostas eram números reais convencionais. Ele não estava certo da razão de esse truque funcionar; tudo que sabia era que fornecia as respostas corretas. Ele publicou suas ideias em 1545, deflagrando uma controvérsia que duraria séculos: a raiz quadrada de -1 existia mesmo ou era apenas um truque matemático? Aproximadamente 100 anos depois, o grande pensador René Descartes apresentou seu veredicto quando deu a esse número o depreciativo nome “imaginário”, agora abreviado por i.

Apesar disso, os matemáticos seguiram os passos de Cardano e começaram a trabalhar com números complexos – números da forma a + bi, onde a e b são números reais convencionais. Por volta de 1806, Jean-Robert Argand popularizou a ideia de que números complexos descrevem pontos em um plano. Como a + bi descreve um ponto em um plano? Simples: o número a nos diz a que distância para a esquerda ou para a direita o ponto está, enquanto b nos diz a distância do ponto para cima ou para baixo.

Desse modo, podemos pensar que qualquer número complexo é um ponto em um plano, mas Argand deu um passo a mais: mostrou que podemos fazer operações com esses números – adição, subtração, multiplicação e divisão – como manipulações geométricas no plano (ver o quadro inferior na página oposta).
Um aquecimento para entender como essas operações podem ser pensadas como manipulações geométricas é pensar, primeiramente, sobre os números reais. Adicione ou subtraia quaisquer números reais, e o resultado será como um deslizamento da linha real para a esquerda ou para a direita; e se você multiplicar ou dividir, o resultado será como esticar ou encolher a linha real. A multiplicação por 2, por exemplo, estica a linha por um fator 2; enquanto dividir por 2 a encolhe, movendo todos os pontos para duas vezes mais perto do que estavam antes. Multiplicar por -1 significa inverter a linha dos números reais.

O mesmo funciona para os números complexos, com apenas algumas modificações extras. Adicionar qualquer número complexo a + bi a um ponto no plano desliza aquele ponto por uma quantidade a para a esquerda ou para a direita e para cima ou para baixo por uma quantidade b. Multiplicar por um número complexo não só estica ou encolhe, mas também rotaciona o plano complexo. Em particular, multiplicar por i rotaciona o plano em um quarto de volta. Assim, se multiplicarmos 1 por i duas vezes, giramos o plano em meia-volta, chegando ao número -1. A divisão é o oposto da multiplicação, de modo que para dividir apenas encolhemos em vez de esticar, ou vice-versa, e então giramos o plano na direção oposta.

Quase tudo que podemos fazer com os números reais vale para números complexos. Na verdade, a maioria das coisas funciona melhor, como Cardano sabia, porque podemos resolver mais equações com números complexos do que com números reais. Mas se um sistema de números bidimensional fornece ao usuário um poder de cálculo superior, o que dizer de sistemas com dimensão mais elevada? Infelizmente, uma extensão simples mostrou-se impossível. Um matemático irlandês descobriria o segredo de sistemas numéricos de dimensão mais alta décadas depois. E apenas agora estamos começando a entender como eles podem ser poderosos.

A ALQUIMIA DE HAMILTON
EM 1835, COM 30 ANOS, O FÍSICO-MATEMÁTICO William Rowan Hamilton descobriu como tratar números complexos como pares de números reais. À época os matemáticos escreviam os números complexos na forma a + bi que Argand popularizou, mas Hamilton notou que somos livres para pensar no número a + bi como apenas um jeito peculiar de escrever dois números reais – como (a, b).

Essa notação torna fácil adicionar ou subtrair números complexos – apenas adicione ou subtraia os números reais correspondentes dos pares. Hamilton também veio com regras um pouco mais complicadas para a multiplicação e para a divisão, e assim ambas as operações mantivessem o belo significado geométrico descoberto por Argand.
Depois de Hamilton inventar esse sistema algébrico para números complexos, com significado geométrico, ele tentou, por muitos anos, inventar uma álgebra maior de tripletos que tivesse um papel semelhante em uma geometria tridimensional, um esforço que rendeu a ele apenas frustrações. Uma vez ele escreveu ao filho: “Toda manhã… em minha descida para o café da manhã, você e o seu então irmão menor, William Edwin, me perguntavam: ‘Bem, papai, você já consegue multiplicar tripletos?’, e eu era obrigado a responder negativamente com um triste aceno com a cabeça: ‘Não, eu posso apenas adicioná-los e subtraí-los’”. Embora ele não pudesse saber, a tarefa que ele se deu era matematicamente impossível.

Hamilton estava procurando um sistema numérico tridimensional no qual pudesse adicionar, subtrair, multiplicar e dividir. A divisão é a parte difícil: um sistema numérico em que se pode dividir é chamado álgebra de divisão. Não foi antes de 1958 que três matemáticos provaram um fato incrível de que se suspeitava havia décadas: qualquer álgebra de divisão deve ter uma dimensão (os números reais), duas dimensões (os números complexos), quatro ou oito. Para ter sucesso, Hamilton teria de mudar as regras do jogo.

O próprio Hamilton descobriu uma solução em 16 de outubro de 1843. Ele estava caminhando com a esposa pelo Royal Canal para uma reunião na Royal Irish Academy em Dublin quando teve uma súbita revelação. Em três dimensões, as rotações, a distensão e o encolhimento não poderiam ser descritos com apenas três números. Ele precisava de um quarto número, gerando, assim, um conjunto quadridimensional chamado quaternions, que tomam a forma a + bi + cj + dk. Aqui, os números i, j e k são três diferentes raízes quadradas de -1.

Hamilton escreveria mais tarde: “Naquele momento senti o circuito galvânico do pensamento se fechando; e as fagulhas que saíam dele eram as equações fundamentais entre i, j e k; exatamente como as que usei desde sempre”. E em um significativo ato de vandalismo matemático, ele esculpiu essas equações nas pedras da Brougham Bridge. Embora elas estejam agora enterradas sob grafitagem, uma placa foi colocada lá para comemorar a descoberta.

Pode parecer estranho que precisemos de pontos em um espaço quadridimensional para descrever mudanças num espaço tridimensional, mas é verdade. Três dos números devem descrever rotações, o que podemos ver rapidamente se imaginarmos um avião decolando. Para orientar o avião precisamos descrever o ângulo com a horizontal. Também precisaremos ajustar o curso, virando à esquerda ou à direita, assim como dirigir um carro. Finalmente, precisaremos ajustar o balanço: o ângulo das asas do avião. O quarto número de que precisamos é necessário para descrever a distensão ou contração.

Hamilton passou o resto de sua vida obcecado pelos quaternions e encontrou muitos usos práticos para eles. Hoje, em muitas dessas aplicações, os quaternions têm sido substituídos pelos seus primos mais simples, os vetores, que podem ser pensados como bi + cj + dk (o primeiro número, a, sendo igual a zero). Ainda assim, os quaternions têm seu nicho: permitem um modo eficiente de representar rotações tridimensionais em um computador e aparecem em todos os lugares onde são necessários: orientação de uma espaçonave a um videogame.

IMAGINÁRIOS SEM FIM
APESAR DESSAS APLICAÇÕES, poderíamos nos perguntar o que, exatamente, são j e k se já definimos a raiz quadrada de -1 como i. Essas raízes quadradas de -1 realmente existem? Podemos inventar raízes quadradas de -1 a nosso critério?

Essas questões foram levantadas por um colega de Hamilton, um advogado de nome John Graves, cujo interesse em álgebra levou Hamilton a pensar sobre os números complexos e tripletos em primeiro lugar. No dia seguinte à fatídica caminhada, no outono de 1843, Hamilton enviou a Graves uma carta descrevendo a descoberta. Graves respondeu nove dias depois, cumprimentando Hamilton pela ousadia da ideia, mas adicionando: “Ainda há algo no sistema que me atormenta. Eu ainda não tenho uma clara visão de até que ponto temos a liberdade de criar imaginários e dotá-los de propriedades sobrenaturais”. Ele perguntou: “Se com sua alquimia você pode fazer três potes de ouro, por que parar por aí?”.

Assim como Cardano antes dele, Graves pôs suas preocupações de lado tempo suficiente para conjurar algum louro para si mesmo. Em 26 de dezembro ele escreveu novamente a Hamilton, descrevendo um novo sistema numérico octodimensional que hoje é conhecido como octônios. Entretanto, Graves não foi capaz de fazer Hamilton se interessar por suas ideias. Hamilton prometeu falar sobre os octônios de Graves na Irish Royal Society, maneira como os resultados matemáticos eram tornados públicos na época. Mas Hamilton continuou deixando isso de fora e, em 1845, o jovem gênio chamado Arthur Cayley redescobriu os octônios e publicou os resultados antes de Graves. Por essa razão os octônios são, às vezes, conhecidos como números de Cayley.

Por que Hamilton não gostou dos octônios? Por um lado, ele estava obcecado com a pesquisa de sua própria descoberta, os quaternions. Mas ele também tinha uma razão puramente matemática: os octônios quebram algumas leis da aritmética.

Os quaternions já eram um pouco estranhos. Quando você multiplica números reais, não importa em qual ordem o faz: 2 vezes 3 é igual a 3 vezes 2, por exemplo. Dizemos que a multiplicação comuta. O mesmo vale para números complexos. Mas os quaternions são não comutativos, ou seja, a ordem da multiplicação interfere no resultado final.
Ordem é importante porque os quaternions descrevem rotações em três dimensões e, para essas rotações, a ordem faz diferença para o resultado final. Você mesmo pode checar isso (ver quadro abaixo). Pegue um livro, vire-o de cabeça para baixo, de modo que você agora veja a capa de trás, e depois gire um quarto de volta no sentido do relógio (faça esse giro vendo o livro de cima). Agora troque a ordem dessas operações: primeiro gire um quarto de volta, e depois vire o livro. A posição final é diferente. Porque o resultado depende da ordem, as rotações não comutam.

Os octônios são muito mais estranhos. Não apenas eles são não comutativos como quebram outra familiar lei da aritmética: a lei associativa (xy)z=x(yz). Todos nós vimos uma operação não associativa em nosso estudo em matemática: a subtração. Por exemplo, (3 – 2) -1 é diferente de 3 – (2 – 1). Mas estamos acostumados com a multiplicação sendo associativa, e a maioria dos matemáticos ainda pensa desse modo, mesmo acostumados com operações não comutativas. Rotações são associativas, embora não sejam comutativas.
Mas talvez o mais importante: na época de Hamilton não estava clara a utilidade dos octônios. Eles estão intimamente relacionados com a geometria de sete e oito dimensões, e podemos descrever rotações usando multiplicação de octônios. Mas por mais de um século isso foi um exercício puramente intelectual. Levaria tempo até o desenvolvimento da física de partículas – e da teoria de cordas, em particular – para demonstrar a utilidade dos octônios.

SIMETRIA E CORDAS
NOS ANOS DE 1970 E 1980, físicos teóricos desenvolveram uma belíssima ideia chamada supersimetria. (Mais tarde os pesquisadores aprenderiam que a teoria de cordas exige a supersimetria.) Ela afirma que nos níveis mais fundamentais, o Universo exibe uma simetria entre a matéria e as forças da Natureza. Cada partícula de matéria, como um elétron, tem uma partícula parceira que carrega a força. E cada partícula de força, como um fóton (o transmissor da força eletromagnética), tem uma partícula de matéria como gêmea.

A supersimetria também engloba a ideia de que as leis da física permaneceriam imutáveis se trocássemos todas as partículas de matéria e força. Imagine ver o Universo em um estranho espelho que, em vez de trocar o lado esquerdo pelo direito, trocasse cada partícula de força por uma de matéria e vice- versa. Se a supersimetria for verdadeira, se ela realmente descreve o Universo, esse universo espelho funcionaria do mesmo modo que o nosso. Mesmo que os físicos ainda não tenham encontrado qualquer evidência experimental que suporte a supersimetria, a teoria é tão bela e tem conduzido a tão encantadora matemática que muitos físicos acreditam que ela seja real.

Uma coisa que sabemos ser real, entretanto, é a mecânica quântica, e, de acordo com ela, as partículas são, também, ondas. Na versão padrão tridimensional da mecânica quântica, que os físicos usam no dia a dia, um tipo de número, chamado espinor, descreve o movimento ondulatório de partículas de matéria. Outro tipo de número, os vetores, descreve o movimento ondulatório de partículas de força. Se quisermos
entender as interações entre as partículas, temos de combinar esses dois tipos usando uma imitação remendada da multiplicação. Embora o sistema que usamos agora pareça funcionar bem, ele não é muito elegante.

Como alternativa, imagine um estranho universo desprovido de tempo, contendo apenas o espaço. Se esse universo tem dimensão um, dois, quatro ou oito, então ambas, partículas de matéria e força, seriam ondas descritas por um único tipo de número – ou seja, um número em uma álgebra de divisão, o único tipo de sistema que permite a adição, subtração, multiplicação e divisão. Em outras palavras, nessas dimensões os vetores e os espinores coincidiriam: eles seriam, cada um, apenas números reais, números complexos, quaternions ou octônios, respectivamente. A supersimetria emerge naturalmente, provendo uma descrição unifi cada da matéria e das forças. Uma simples multiplicação descreve as interações, e todas as partículas – não importa o tipo – usam o mesmo sistema numérico.

Ainda assim, nosso universo de brinquedo não poderia ser real porque precisamos levar em conta o tempo. Na teoria de cordas, essa consideração tem um efeito intrigante. Em qualquer momento no tempo, uma corda é um objeto unidimensional, como uma curva ou linha. Mas essa corda traça uma superfície bidimensional conforme o tempo passa (ver ilustração acima). Essa evolução muda as dimensões nas quais a supersimetria aparece, ao adicionar duas – uma para a corda e uma para o tempo. Em vez da supersimetria em dimensão um, dois, quatro ou oito, temos, com essa adição, a supersimetria em dimensão três, quatro, seis ou dez.

Coincidentemente, os teóricos de cordas vêm dizendo, há anos, que apenas as versões com dez dimensões (decadimensionais) são autoconsistentes. As demais sofrem de anomalias, nas quais o mesmo cálculo, quando efetuado de duas maneiras diferentes, dão resultados diferentes. Em qualquer outra versão que não a decadimensional a teoria de cordas falha.

Mas a decadimensional é, como acabamos de ver, a versão da teoria que usa octônios. Assim, se a teoria de cordas estiver correta, os octônios não são uma curiosidade inútil; pelo contrário, eles fornecem uma razão profunda por que o Universo deve ter dez dimensões: em dez dimensões, partículas de matéria e força estão embebidas no mesmo tipo de números – os octônios. Mas esse não é o fim da história. Recentemente os físicos começaram a ir além das cordas para considerar as membranas. Uma membrana bidimensional, por exemplo, ou 2-brana, parece com uma folha a cada instante. Conforme o tempo passa, ela traça um volume tridimensional no espaço-tempo.

Enquanto na teoria de cordas tínhamos de adicionar duas dimensões à nossa coleção padrão de uma, duas, quatro ou oito, agora temos de adicionar três. Assim, quando lidamos com membranas, esperaríamos que a supersimetria emergisse naturalmente em dimensão quatro, cinco, sete e onze. E, como na teoria de cordas, temos uma surpresa na história: pesquisadores nos dizem que a teoria-M (o “M” geralmente significa membrana) requer 11 dimensões – o que implica que ela deveria fazer, naturalmente, uso dos octônios. Infelizmente, ninguém entende a teoria-M bem o suficiente até mesmo para escrever suas equações básicas (de onde poderíamos pensar que “M” significa misteriosa). É difícil dizer precisamente que forma ela deve tomar no futuro.

Nesse ponto devemos enfatizar que a teoria de cordas e a teoria- M não fi zeram nenhuma predição experimentalmente testável. Elas são belos sonhos – mas até agora apenas sonhos. O Universo em que vivemos não parece ter 10 ou 11 dimensões, e ainda não vimos qualquer simetria entre partículas de matéria e de força. David Gross, um dos maiores especialistas em teoria de cordas, colocou as estatísticas de detectar alguma evidência de supersimetria no LHC do Cern em 50%. Céticos dizem que é muito menos que isso. Apenas o tempo dirá.

Devido a essa incerteza ainda estamos distantes de saber se os estranhos octônios são imprescindíveis para o entendimento do mundo que vemos ou se são apenas um ramo da matemática. É claro que a beleza matemática compensa por si só, mas seria melhor se os octônios estivessem, de fato, incorporados ao tecido da Natureza.

John C. Baez, John Huerta John C. Baez, físico-matemático, trabalha no Centro para Tecnologias Quânticas de Cingapura. Antes disso, explorou questões em física fundamental.
John Huerta está terminando seu Ph.D. em matemática na University of Califórnia em Riverside. Seu trabalho aborda os fundamentos da supersimetria.

Fonte : SCIAM.BR

SSDs

Pesquisadores da Universidade da Califórnia apresentaram o protótipo de um novo tipo de memória que poderá se tornar a próxima geração dos SSDs.

SSDs (Solid-State Drives) são discos de estado sólido, ou seja, não possuem partes móveis, como os discos rígidos tradicionais.

A nova memória, batizada de Moneta, usa células de memória de alteração de fase, que são milhares de vezes mais rápidas do que os discos rígidos e até sete vezes mais rápidas do que os SSDs atuais.

As memórias de alteração de fase, ou PCM (Phase-Change Memory), armazenam dados na estrutura cristalina de uma liga metálica chamada calcogeneto.

Memória de alteração de fase

Como seu próprio nome indica, um material de alteração de fase alterna entre as fases cristalina e amorfa. Essa alternância é induzida por calor, por sua vez gerado através da aplicação de um pulso elétrico.

Para gravar na memória, é enviado um pulso SET, que coloca o material na sua forma cristalina. Um pulso RESET leva-o de volta para a fase amorfa, apagando o dado.

A leitura é feita fazendo com que uma pequena corrente elétrica atravesse o material, o que permite determinar se ele está em sua fase cristalina ou amorfa.

As memórias PCM são mais rápidas e mais simples de usar do que as memórias flash, a tecnologia que domina o mercado de SSD hoje e equipa os iPads e vários notebooks.

A nova memória de alteração de fase supera largamente todas as memórias atuais, mas parece ser demais para os softwares atuais. [Imagem: Moneta Group]

Moneta

A memória Moneta usa os chips PCM de primeira geração da empresa Micron Technology e pode ler grandes conjuntos de dados a uma taxa de 1,1 gigabyte por segundo e gravar dados a até 371 megabytes por segundo.

Para acessar agrupamentos menores (por exemplo, 512 Bytes), a Moneta pode ser lida a 327 megabytes por segundo e escrita a 91 megabytes por segundo.

Isto fica entre duas e sete vezes mais rápido do que um SSD estado-da-arte, baseado em memória flash.

A nova memória também oferece uma menor latência para cada operação, o que deverá reduzir as exigências de energia para aplicações mais intensivas.

Os pesquisadores anunciaram que deverão construir a segunda geração da memória Moneta nos próximos seis a nove meses, e esperam que a tecnologia esteja pronta para o mercado em poucos anos – o que irá depender de avanços na tecnologia de fabricação das memórias de mudança de fase.

Repensar o armazenamento de dados do futuro

Ao testar esta primeira geração, contudo, já foi possível detectar um outro problema: não basta construir dispositivos de memória mais rápidos; será necessário também atualizar os softwares.

“Os sistemas de armazenamento evoluíram ao longo dos últimos 40 anos para atender aos discos, e os discos são muito, muito lentos,” explicou Steven Swanson, coordenador de desenvolvimento da memória Moneta.

“Projetar sistemas de armazenamento que possam tirar proveito total de tecnologias como as memórias de alteração de fase vai exigir que se repense quase todos os aspectos de como o software gerencia e acessa o sistema de armazenamento de dados,” prossegue.

“[A nova memória] nos abre uma janela para o futuro dos sistemas de armazenamento, e nos dá a oportunidade de repensar agora a forma como iremos projetar esses sistemas no futuro,” conclui Swanson.

Protótipo de sistema de armazenamento de dados, onde se pode ver os módulos Moneta, feitos com memórias de alteração de fase.[Imagem: UC San Diego/Steve Swanson]

Fonte : Inovação Tecnológica

Planetas sem estrelas

Astrônomos anunciaram a descoberta de uma nova classe de planetas – planetas solitários, sem estrelas.

São corpos celestes escuros, com massa semelhante à de Júpiter, flutuando sozinhos no espaço, fora da órbita de qualquer estrela.

Os cientistas acreditam que o mais provável é que esses planetas órfãos tenham se formado em torno de estrelas e, mais tarde, sido expulsos de seu sistema planetário por alguma conjunção de forças gravitacionais.

A descoberta resultou da análise dos dados coletados durante uma série de observações do bojo central da Via Láctea, realizadas entre 2006 e 2007 por um grupo de astrônomos do Japão e da Nova Zelândia.

Planetas solitários

A análise fornece indícios do que parecem ser 10 “planetas flutuando livremente”, em locais distintos, todos aproximadamente do tamanho de Júpiter – o equipamento usado na pesquisa não é preciso o suficiente para localizar planetas menores.

“Nossos resultados sugerem que os sistemas planetários frequentemente tornam-se instáveis, com os planetas sendo expulsos de seus locais de nascimento ao passarem perto demais de outros planetas,” explica David Bennett, um dos membros da equipe.

A descoberta não apenas confirma que existem planetas flutuando isoladamente no espaço, mas também indica que eles são bastante comuns – como detectá-los é muito difícil, o fato de um único rastreio ter localizado 10 deles indica que deve haver muitos mais não detectados.

Segundo os astrônomos, essa população inesperadamente grande também descarta a ideia de que os planetas livres formem-se isoladamente, e não ao redor de estrelas – se esse fosse o caso, deveria haver muito menos deles.

Censo planetário

A equipe estima que pode haver duas vezes mais planetas isolados do que estrelas, o que equivale a dizer que os planetas sem estrelas podem ser tão comuns quanto os planetas ao redor de estrelas.

“Nossa pesquisa é como um censo da população – nós amostramos uma parte da galáxia e, com base nesses dados, pode-se estimar o número total da galáxia,” explica Bennett.

“A pesquisa não é sensível a planetas solitários com massa menor do que Júpiter ou Saturno, mas as teorias sugerem que planetas de menor massa, como a Terra, devem ser expulsos de suas estrelas com mais frequência, sendo assim, mais comuns do que os gigantes gasosos isolados,” completou ele.

A NASA tem planos de enviar ao espaço um novo observatório – o WFIRST (Wide-Field Infrared Survey Telescope) – que usará o método de microlentes, capaz de fazer estimativas mais precisas de quantos planetas solitários há na Via Láctea.

Com a vantagem de que esse futuro telescópio terá a capacidade para detectar planetas solitários do tamanho da Terra.

Os planetas solitários são corpos celestes escuros, flutuando sozinhos no espaço, fora da órbita de qualquer estrela.[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Fonte : Inovação Tecnológica

Fiquei sabendo somente hoje que o projeto SETI está em hibernação por falta de FUNDOS !

É ridículo saber como estamos voltando nossos olhos para os nossos umbigos e ficando cada vez menores.

http://www.mercurynews.com/ci_17926565?nclick_check=1

http://www.seti.org/

Se o experimento mental do gato de Schrodinger já não fosse estranho o suficiente, agora cientistas conseguiram complicar tudo um pouco mais.

A equipe do Dr. Noriyuki Lee e seus colegas da Universidade de Tóquio, no Japão, descobriram uma forma de teletransportar o gato de Schrodinger.

Teletransporte

O teletransporte quântico já foi demonstrado com átomos e até mesmo com moléculas de DNA.

No teletransporte quântico, a informação (como o spin de uma partícula ou a polarização de um fóton) é transferida de um local para o outro, sem que ocorra o deslocamento por um meio físico.

Não há transferência de energia nem de matéria.

Gato de Schrodinger

Já o famoso gato morto/vivo foi idealizado por Erwin Schrodinger para explicar o fenômeno quântico da superposição, em que uma partícula fica em dois estados simultaneamente, somente se decidindo entre um deles – ou colapsando, como dizem os físicos – quando se tenta medir esse estado.

Schrodinger explicou isto em termos de objetos em escala macro: um gato fechado em uma caixa contendo um frasco de veneno. O frasco estará aberto se uma partícula quântica estiver em um estado, e fechado se a partícula estiver em outro estado.

Em termos quânticos, o gato estará vivo e morto simultaneamente. Somente quando alguém abrir a caixa – o equivalente a medir o estado quântico da partícula – a partícula colapsará e conheceremos o real estado do gato – vivo ou morto.

Depois de ser teletransportado, gato de Schrodinger chega do outro lado no seu paradoxal estado de vivo/morto. [Imagem: Science/AAAS]

Teletransporte do gato de Schrodinger

Os pesquisadores descobriram uma forma de teletransportar um quanta de luz, ou um fóton, que está em um estado de superposição, ou seja, no chamado estado do gato de Schrodinger.

A partícula quântica superposta é destruída em um local e integralmente reconstruída em outro local, sem perder nenhuma de suas sensíveis propriedades quânticas – ou seja, o gato de Schrodinger chega do outro lado no seu paradoxal estado de vivo/morto.

Os pesquisadores começaram construindo um estado de entrelaçamento, no qual duas partículas compartilham propriedades qualquer que seja a distância entre elas.

Em outro ponto, eles construíram o gato de Schrodinger, a partícula em superposição, que deveria ser teletransportada.

O funcionamento do sistema de teletransporte propriamente dito dificilmente poderia ser descrito em linguagem não-matemática – veja na imagem o aparato necessário para executá-lo.

O processo envolve uma sequência de passos que combinam múltiplos fenômenos quânticos, incluindo compressão e subtração de fótons, entrelaçamento e detecção homódina.

O estado do gato de Schrodinger deve ser destruído em um lugar para que ele reapareça em outro – não foi uma clonagem, mas um teletransporte real. [Imagem: Science/AAAS]

Limite da não-clonagem

Apesar da complexidade do processo e da fragilidade dos estados quânticos envolvidos, os cientistas conseguiram comprovar o teletransporte usando uma ferramenta matemática conhecida como Função de Wigner, que descreve o quão “quântico” um pulso de luz é.

Essa função apresenta valores negativos que funcionam como uma medição da qualidade do teletransporte. Esta qualidade é medida por um número, chamado fidelidade, que deve ser maior do que 2/3 em uma operação de teletransporte feita com sucesso.

Esse valor de 2/3 é o chamado limite da não-clonagem, que garante que não existe mais nenhuma cópia da partícula quântica na origem – o estado do gato de Schrodinger deve ser destruído em um lugar para que ele reapareça em outro.

Ou seja, a partícula superposta de fato foi destruída em um ponto e recriada exatamente igual em outro – ela foi realmente teletransportada.

Transferência instantânea de informação

O experimento demonstra um mecanismo que poderá ser usado para projetar computadores quânticos que serão capazes de transportar informações com precisão e com absoluta segurança – e instantaneamente.

Em vez de disparar os bits através de fibras ópticas, onde há sempre o risco de que eles sejam monitorados por bisbilhoteiros, esses bits poderão ser teletransportados diretamente para o destino.

O mecanismo também é de interesse para o processamento quântico – basta imaginar algo como um dado que sai de um núcleo de processamento diretamente para outro núcleo, ou o resultado de um cálculo que chega instantaneamente no ponto do circuito onde ele está sendo esperado para o próximo passo do algoritmo.

A “sala de teletransporte” usada pelos cientistas japoneses não lembra em nada os aparatos vistos em filmes de ficção científica – e ela só funciona em escala quântica. [Imagem: Science/AAAS]

Luz sobre a luz

Do ponto de vista científico, o experimento demonstra o avanço obtido na manipulação dos objetos quânticos, há poucos anos vistos como meras abstrações.

E renova as esperanças de que os cientistas logo encontrem uma forma de representar graficamente os estados quânticos das partículas, para que tais estados possam ser visualizados diretamente.

Talvez então se conseguirá lançar alguma luz sobre o mistério da própria luz: a luz é uma onda, uma partícula, as duas coisas, ou nenhuma das duas coisas?

O experimento envolve algumas das questóes mais intrigantes da física atual: a luz é uma onda, uma partícula, as duas coisas, ou nenhuma das duas coisas? [Imagem: Science/AAAS]

Fonte : Inovação Tecnológica