O que a luz nos ensina sobre espaço e tempo, conforme explicado pelo prêmio Nobel que a prendeu?

Segre Haroche, 77, diz que sentiu a necessidade de reconsiderar no final de sua carreira. Ele liderou uma equipe de físicos em Paris que foram capazes de medir a luz, literalmente, confinando-a a uma caixa, que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física em 2012. La Sapienza a escolheu para guardar Curso de Palestras da Cátedra Enrico FermiA cada ano, ele é confiado a um renomado acadêmico internacional que fez uma contribuição significativa para áreas específicas de pesquisa. Para contar a luz, que se posicionou um pouco no final da história, ela começou de novo, começando pela Itália e Galileu, para chegar aos computadores quânticos. no Palestras15 no total, de 27 de janeiro a 12 de maio, também online no Zoom, mostrando a todos, não apenas alunos e colegas, as maravilhas da pesquisa que levaram às revoluções tecnológicas das últimas décadas.

Chegou a Roma alguns meses após a entrega do Prêmio Nobel de Física a Giorgio Baresi. O que você acha?
“Fiquei muito feliz. Acho que é uma boa apreciação do que La Sapienza e a Itália deram à ciência em geral na era moderna. Na minha aula há ótimas fotos de Amaldi, Fermi e até Galileu. Mas acho que esses países como a Itália e a França não investem o suficiente em pesquisa e ciência básica e tenho certeza que Giorgio Baresi destacou isso.”

Onde começa a ciência da luz?
“Quando as pessoas começaram a fazer perguntas profundas sobre a natureza da luz, esse foi o período em que a ciência moderna nasceu. O século XVII foi o século de Galileu e Newton. Eles levaram ao método científico moderno, observação, experimentos, teoria e Previsões de novas influências. É o círculo virtuoso entre experimento e teoria. que continuaram juntos desde então. No século 19, novas questões levaram à teoria da relatividade e à física quântica. Questões profundas sobre a luz foram o ponto de partida para teorias que revolucionaram nossas vidas, não apenas porque levaram a uma melhor compreensão, mas também porque levaram a ferramentas Novos, novos dispositivos, como lasers, começaram minha carreira quando foram inventados há 60 anos. Tecnologia incomum.”

O que a luz e a gravidade representam para a ciência moderna?
“A luz e a gravidade são as primeiras coisas que uma criança percebe, a gravidade é porque as coisas caem, e a luz é porque é graças a ela que nos comunicamos com o mundo. Ainda está lá. A diferença Entre os níveis profundos da física quântica e da relatividade geral. A pesquisa moderna está se movendo para combinar esses dois aspectos”.

O que a luz nos ensinou na compreensão do mundo?
“Em um nível profundo, aprendemos que espaço e tempo estão misturados, é impossível levar em conta as três dimensões do espaço separadas pelo tempo, até que vivamos em um espaço quadridimensional. Quando a gravidade é adicionada ao problema , o espaço se torna curvo e a luz se espalha ao longo de linhas curvas. Mas isso só foi entendido há um século. E antes disso havia outras questões. A luz nos ensinou que eletricidade e magnetismo estão intimamente relacionados e que a luz é uma onda eletromagnética. Isso levou a sua unificação, há 150 anos, com Maxwell. Usando a luz, ao perceber que sua velocidade era limitada, foi possível medir o tamanho do universo.”

Quais são, na sua opinião, as grandes visões da história da ciência da luz?
“Acho que uma das grandes ideias foi a de Pierre de Fermat, um cientista do século XVII, na época de Descartes e Pascal. Ele disse que a luz se propaga em uma linha que leva o menor tempo de um ponto a outro, então é em linha reta. Mas se vai do ar para a água. , ele se dobra porque “prefere” passar pelo ar, onde é mais rápido. Foi uma intuição maravilhosa: a suposição de que a luz viaja mais devagar na água do que no ar. Outro cavalheiro que teve uma intuição maravilhosa, é claro, foi Einstein, que baseou toda a teoria da relatividade no fato de que a velocidade da luz é a mesma para todos, mas para dizer a verdade, a intuição da relatividade deriva de Galileu, que não tinha para a luz, mas para a mecânica dos corpos se você estivesse em um navio (viajando a uma velocidade constante então) Você não tem como saber se está se movendo, porque as experiências não lhe dizem.”

Conceitos difíceis e contra-intuitivos, da relatividade à física quântica, como são contados a um público não especializado?
“Você tem que usar metáforas e analogias com fenômenos conhecidos que as pessoas podem conhecer. Para entender a relatividade, você tem que descrever experimentos simples, que dão resultados que são contra-intuitivos, mas você tem que provar que eles são verdadeiros. -chamado ‘paradoxo dos gêmeos’, um gêmeo que sai e volta mais jovem. Que o deixou na Terra. No tempo de Einstein era difícil fazê-lo entender. Agora fazemos experimentos todos os dias que comprovam isso. Relógios atômicos de GPS os sistemas ao redor da Terra estão ficando mais lentos para esse efeito. E se isso não for levado em consideração, o GPS não funcionará ” .

Chegamos aos estudos que lhe renderam o Prêmio Nobel. Você “tocou” a luz?
“O paradoxo da luz é que quando você a vê, essa luz está morta porque os fótons são danificados quando recebem a informação e se transforma em uma reação química em seus olhos. O que conseguimos fazer em Paris com minha equipe é detectar a luz sem destruí-la e medir o mesmo fóton repetidamente, e isso pode ter aplicações interessantes de informação quântica”.

Muito tem se falado sobre aplicações em supercomputadores quânticos. Com base em sua pesquisa, você vê progresso dez anos depois de receber o Prêmio Nobel?
“O fato de um sistema quântico poder estar em vários estados ao mesmo tempo, em estado de superposição, implica em realidades diferentes, o que nos leva à famosa metáfora do gato de Schrödinger. O que conseguimos no laboratório são pequenas cópias desse sistema . Se pudéssemos fazer isso. Para usar esse fenômeno em larga escala, conseguiríamos cálculos muito mais rápidos do que um computador normal, mas as dificuldades são muitas, uma delas é a decoerência, o fato de esses sistemas quânticos serem muito frágil e perder essas propriedades muito rapidamente, estamos trabalhando nisso há dez anos, e não tenho certeza se podemos construir um computador quântico para uso prático em um futuro próximo.

Por outro lado, existem outros sistemas, como simuladores quânticos, formados por algumas dezenas de átomos ou partículas, que podem ser úteis, por exemplo, para obter supercondutividade em altas temperaturas ou sintetizar novas moléculas para produzir novos medicamentos. Ele usou essas propriedades contra-intuitivas de comunicações criptográficas e criptografia quântica. Você também pode tornar os sistemas sensíveis a perturbações muito pequenas, ou sondas que podem medir campos magnéticos ou gravitacionais com maior sensibilidade. Isto é o Nova tecnologia quânticaNossa busca foi desde os pontos de partida.”

Para quais aplicações?
“Se ele tivesse perguntado a Einstein cem anos atrás sobre as aplicações da relatividade, ele não seria capaz de prever GPS. Ou lasers. As pessoas que fizeram as maiores descobertas não estavam muito familiarizadas com as aplicações e nunca exagerei as previsões… acho que vou seguir a liderança deles.”

No entanto, os computadores quânticos parecem estar a um passo de distância. Não é assim?
“Talvez um dia haja um desses computadores, mas ele precisa ser mantido protegido em um chassi, e isso só é possível em alguns lugares do mundo. Nunca será um laptop, mas posso estar errado. história de um CEO da IBM que argumentou ao longo de quarenta anos que haverá espaço para no máximo cinco computadores em todo o mundo.”

A cadeira Sapienza para a qual ele dará suas palestras tem o nome de Enrico Fermi. As descobertas científicas sobre a luz levaram a grandes tecnologias, mas também à construção de armas, as mais poderosas delas, como a arma atômica. Você acha que a humanidade está mais madura agora do que há algumas décadas?
“Eu não acho que a humanidade esteja mais madura. Quando você tem poder, ele pode ser usado para construir armas. Einstein era um pacifista, e ainda assim ele assinou a carta a Roosevelt que iniciou o Projeto Manhattan porque era importante na época que as forças aliadas eram mais fortes que os nazistas. Mas a ciência não é boa nem ruim, o que você faz com ela é bom ou ruim. Por exemplo, quem se recusa a procurar por OGMs ou vacinas de mRna, porque “não são naturais”, são Você deve adquirir conhecimento e depois decidir como usá-lo. Você nunca pode Impedir que a humanidade se sinta curiosa e conhecedora Fermi, Curie, os físicos do século passado estavam curiosos para entender a natureza e entenderam, abriram uma espécie de caixa de Pandora. dissemos sobre as armas também pode ser verdade para a Revolução Industrial Usamos petróleo e gás há mais de uma década e agora estamos em risco pelo clima e isso também é efeito da ciência.”

Não parece otimista
“Acho que precisamos entender qual é o verdadeiro progresso e precisamos apontar a ciência na direção dos problemas que precisamos resolver. E por isso precisamos de mais pesquisas e recursos. Precisamos encontrar uma alternativa aos combustíveis fósseis. acho que precisamos de energia nuclear, porque não teremos o suficiente.” Da eletricidade para substituir os carros a combustível por elétricos. O sol nem sempre está lá e o vento nem sempre sopra. Mas para discutir tudo isso, noto que é não é feito com base na ciência, mas com base em ideologias. Não sou otimista porque vejo que muitos não olham para os problemas de forma racional, e o desenvolvimento de Fake news e teorias da conspiração vão na direção oposta.”