Físicos conseguem fazer partícula "voltar no tempo"

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Pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou se juntaram a colegas dos Estados Unidos e da Suíça e fizeram uma partícula voltar no tempo com o auxílio de um computador quântico. O grupo também calculou 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 flecha do tempo, que postula a direção unidirecional do tempo do passado para o futuro”, disse o principal autor do estudo, Gordey Lesovik, em comunicado.

Segunda lei da termodinâmica

A maioria das leis da física não faz distinção entre o futuro e o passado. Por exemplo, a colisão de duas bolas de bilhar não parece estranha se vista de trás pra frente, pois o evento não altera o sentido do tempo. No entanto, imagine registrar uma bola branca em sua tacada inicial, espalhando as outras bolas. Nesse caso, é fácil distinguir o cenário da vida real da reprodução reversa. Isso diz respeito à nossa compreensão intuitiva da segunda lei da termodinâmica: um sistema isolado ou permanece estático ou evolui para um estado de caos e desordem — mas não o contrário.

A ORGANIZAÇÃO DE UMA MESA DE BILHAR AJUDA A ENTENDER A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA (FOTO: PIXABAY)

É esse princípio que explica por que as coisas quentes ficam mais frias com o passar do tempo, à medida que a energia se transforma e se espalha a partir de áreas onde é mais intensa. Ou seja, é por isso que seu café não fica quente em uma sala fria ou, por que é mais fácil quebrar um ovo que reconstituí-lo.

Equação de Schrödinger

Não devemos esperar muitas inovações nas leis da termodinâmica quando falamos de cafés ou jogos de bilhar, mas quando o assunto são elétrons solitários, em pequena escala, surgem lacunas que podem ser exploradas. Isso porque elétrons não são como bolas de bilhar: são mais parecidas com informações que ocupam um espaço. Seus detalhes são definidos pela equação de Schrödinger, que representa as possibilidades das características de um elétron.

Ou seja, embora a equação de Schrödinger não faça distinção entre o futuro e o passado, a região do espaço que contém o elétron se espalha muito rapidamente, tornando o sistema ainda mais caótico. A incerteza da posição do elétron vai crescendo, 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 Schrödinger é reversível”, acrescentou Valerii Vinokur, coautora do artigo. “Matematicamente, isso significa que, sob uma certa transformação chamada conjugação complexa, a equação descreverá um elétron barrado localizando-o 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 fundo de microondas cósmica que permeia o universo.

A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA EXPLICA PORQUE UMA XÍCARA DE CAFÉ ESFRIA, POR EXEMPLO (FOTO: PIXABAY)

Considerando tudo isso, a equipe começou a calcular a probabilidade de observar um elétron localizar-se espontaneamente em seu passado recente. Os especialistas descobriram que, mesmo durante toda a vida do Universo, 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 no passado.

Os pesquisadores então tentaram reverter o tempo em um experimento de quatro estágios. Em vez de um elétron, eles observaram o estado de um computador quântico feito de dois ou três elementos básicos chamados qubits supercondutores.

Foi assim que os físicos perceberam que em 85% dos casos o computador quântico de dois qubits retornou ao estado inicial, enquanto o com três qubits teve taxa de sucesso de aproximadamente 50%. A diminuição da porcentagem era espera porque a tecnologia ainda não é perfeita: logo, à medida que os dispositivos mais sofisticados forem projetados, a taxa de erro deve diminuir.

Curiosamente, o próprio algoritmo utilizado no experimento pode ser útil para tornar os computadores quânticos mais precisos: “Nosso algoritmo pode ser atualizado e usado para testar programas escritos para computadores quânticos e eliminar ruídos e erros”, explicou Andrey Lebedev, membro da pesquisa.

Galileu