Uma equipe de físicos da Rússia, Suíça e EUA usou um computador quântico da IBM para demonstrar que é possível reverter a chamada "seta do tempo", a sensação que temos de que o tempo caminha inexoravelmente do passado para o futuro, sem possibilidade de volta.
Além de retornar o estado do computador quântico uma fração de segundo para o passado, eles também calcularam a probabilidade de um elétron no espaço interestelar vazio viajar espontaneamente de volta ao seu passado recente.
"Este é um de uma série de artigos sobre a possibilidade de violar a segunda lei da termodinâmica. Essa lei está intimamente relacionada com a noção da seta do tempo que postula a direção unidirecional do tempo: do passado para o futuro.
"Nós começamos descrevendo uma chamada máquina de movimento perpétuo local do segundo tipo [em 2016]. Então, em dezembro [de 2018], publicamos um artigo que discute a violação da segunda lei por meio de um dispositivo chamado demônio de Maxwell. O artigo mais recente aborda o mesmo problema de um terceiro ângulo: Criamos artificialmente um estado que evolui em uma direção oposta àquela da flecha termodinâmica do tempo," explicou Gordey Lesovik, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.
A maioria das leis da física não faz distinção entre o futuro e o passado. Por exemplo, elabore uma equação que descreva a colisão e o rebote de duas bolas de bilhar idênticas. Se uma câmera gravar um close do evento – só as bolas são visíveis – e ele for reproduzido ao contrário, o evento ainda pode ser representado pela mesma equação. Além disso, não se pode dizer se a gravação foi manipulada – ambas as versões parecem plausíveis. Parece que as bolas de bilhar desafiam o sentido intuitivo do tempo.
Mas imagine que alguém tenha gravado a bola branca desmontando a pirâmide inicial, com as bolas de bilhar se espalhando em todas as direções. Ninguém precisa conhecer as regras do jogo para diferenciar o cenário da vida real da sua reprodução reversa. O que faz com que a reprodução invertida pareça tão absurda é a nossa compreensão intuitiva da segunda lei da termodinâmica: um sistema isolado ou permanece estático ou evolui para um estado de caos, e não de ordem.
A maioria das outras leis da física não impede que as bolas de bilhar montem-se de nova em uma pirâmide, o chá infundido retorne ao saquinho ou um vulcão reverta sua própria erupção. Mas não vemos nada disso acontecendo porque isso iria exigir que um sistema isolado assumisse um estado mais ordenado, sem qualquer intervenção externa, o que contraria a segunda lei. A natureza dessa lei nunca foi explicada detalhadamente pela ciência, mas os cientistas fizeram grandes progressos na compreensão dos princípios básicos que a fundamentam.
Lesovik e seus colegas decidiram então verificar se o tempo poderia se inverter espontaneamente, pelo menos para uma partícula individual e por uma pequena fração de segundo. Isto é, em vez de colidir bolas de bilhar, eles examinaram um elétron solitário no espaço interestelar vazio.
"Suponha que o elétron esteja localizado quando começamos a observá-lo. Isso significa que temos certeza sobre sua posição no espaço. As leis da mecânica quântica nos impedem de saber isso com absoluta precisão, mas podemos delinear uma pequena região onde o elétron está localizado," descreveu o professor Andrey Lebedev, do Instituto de Tecnologia de Zurique.
A evolução do estado de um elétron é governada pela equação de Schrodinger, que descreve a dependência do tempo de sistemas regidos pela mecânica quântica. Embora a equação não faça distinção entre o futuro e o passado, a região do espaço que contém o elétron vai se ampliar muito rapidamente, ou seja, o sistema tende a se tornar mais caótico. A incerteza da posição do elétron é crescente, o que é análogo à crescente desordem em um sistema de grande escala – como uma mesa de bilhar – devido à segunda lei da termodinâmica.
"No entanto, a equação de Schrodinger é reversível," ressalta Valerii Vinokur, do Laboratório Nacional Argonne, nos EUA. "Matematicamente, isso significa que, sob uma certa transformação, chamada conjugação complexa, a equação descreverá um elétron 'enevoado' localizando-se de volta em uma pequena região do espaço no mesmo período de tempo."
Embora esse fenômeno não seja observado na natureza, teoricamente isso poderia acontecer devido a uma flutuação aleatória no padrão de fundo de micro-ondas cósmico que permeia o Universo.
A equipe começou então a calcular a probabilidade de observar um elétron "espalhado" durante uma fração de segundo localizando-se espontaneamente em seu passado recente. Os resultados indicam que, mesmo que alguém passasse a vida inteira do Universo – 13,7 bilhões de anos – observando 10 bilhões de elétrons recém-localizados a cada segundo, a evolução inversa do estado da partícula só aconteceria uma vez. E, mesmo assim, o elétron não viajaria mais do que um décimo de bilionésimo de segundo em direção ao passado.
