Imagine uma luz que sai de uma nuvem antes mesmo de entrar nela. Parece impossível, mas físicos confirmaram que isso de fato acontece, e os próprios átomos da nuvem deram essa resposta.
“Não estamos prestes a construir uma máquina do tempo”, tranquilizou Howard Wiseman, físico quântico da Universidade Griffith, na Austrália. “Mas é mais uma propriedade estranha da física quântica que ninguém esperava encontrar”.
O que acontece com a luz
Quando um feixe de luz atravessa uma nuvem de átomos, alguns fótons, as partículas que formam a luz, são temporariamente absorvidos. Eles somem, ficam armazenados como energia dentro dos átomos e depois são reemitidos. Enquanto alguns seguem em frente, na mesma direção. Outros se dispersam para todos os lados.
O estranho é que os fótons que seguem em frente chegam ao detector antes mesmo de o pulso de luz ter entrado completamente na nuvem. Experimentos apontam para isso desde 1993, sugerindo um “tempo de trânsito negativo”.
Durante anos, os cientistas desconfiaram da explicação. Afinal, os fótons na frente de um pulso naturalmente têm mais chance de atravessar a nuvem. Observar só os que passaram poderia criar a ilusão de que chegaram mais cedo. “As pessoas estavam se convencendo de que não era tão absurdo quanto parecia”, disse Wiseman.
A prova definitiva
Para eliminar essa dúvida, a equipe mudou de estratégia. Em vez de medir a chegada dos fótons, perguntou diretamente aos átomos: por quanto tempo vocês ficaram com o fóton?
Quando um átomo absorve um fóton, ele entra em estado excitado e só sai dele quando reemite a partícula. Medir esse intervalo revela exatamente quanto tempo o fóton ficou “preso” ali. Além disso, a equipe usou um segundo feixe de luz para fazer essa leitura em tempo real, sem interferir no processo.
O resultado, publicado em abril na revista Physical Review Letters, foi que o grupo descobriu o chamado “tempo negativo”. “Se você perguntar aos átomos por quanto tempo o fóton ficou com eles, eles também darão uma resposta de tempo negativo”, disse Wiseman.
O processo não foi simples. Medir sistemas quânticos os perturba, e qualquer perturbação poderia impedir a absorção do fóton. A solução foi usar medições suaves, mas que geram muito ruído. Cada tentativa individual era inútil por si só. Só depois de repetir o experimento cerca de 1 milhão de vezes e calcular a média é que um resultado claro apareceu. No total, foram 70 horas de coleta de dados.
“Mesmo em algo tão simples quanto um fóton interagindo com átomos, ainda conseguimos encontrar surpresas depois de quase 100 anos de cálculos”, disse Wiseman. “Isso por si só já é notável”.
O que isso significa (e o que não significa)
É natural que um resultado como esse desperte a imaginação. Tempo negativo soa como viagem no tempo, como causalidade invertida, como algo que contradiz as leis da física. Mas os pesquisadores são categóricos: não é nada disso.
O fenômeno não permite enviar informações para o passado. Não viola a relatividade de Einstein. Não abre brechas para paradoxos. O que ele revela é algo mais sutil, e, de certa forma, ainda mais fascinante: a física quântica desafia nossa intuição sobre tempo de maneiras que ainda não compreendemos completamente.
“Mesmo em algo tão simples quanto um fóton interagindo com átomos, ainda conseguimos encontrar surpresas depois de quase 100 anos de cálculos”, refletiu Wiseman. “O simples fato de que ainda há coisas a descobrir em sistemas tão básicos já é, por si só, notável”.
O próximo passo
Contudo, o trabalho da equipe ainda não terminou. Agora, os pesquisadores querem estudar os fótons que não conseguem atravessar a nuvem, os que se dispersam para outros lados em vez de seguir em frente.
A teoria prevê que esses fótons carregam um tempo de excitação positivo extra. Esse tempo positivo seria exatamente suficiente para compensar o tempo negativo dos fótons transmitidos, mantendo a média geral do feixe em zero ou ligeiramente acima disso.
Seria uma espécie de equilíbrio quântico, o universo cobrando de volta o que emprestou. Essa previsão, porém, nunca foi testada experimentalmente. É o próximo mistério que a equipe pretende desvendar.