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É fácil considerar a flecha do tempo como certa – mas as engrenagens da física funcionam de maneira igualmente suave ao contrário. Talvez essa máquina do tempo seja possível, afinal?
Uma experiência de 2019 mostra quanto espaço de manobra podemos esperar quando se trata de distinguir o passado do futuro, pelo menos em uma escala quântica. Pode não nos permitir reviver a década de 1960, mas pode nos ajudar a entender melhor por que não.
Pesquisadores da Rússia e dos EUA se uniram para encontrar uma maneira de quebrar, ou pelo menos dobrar, uma das leis mais fundamentais da energia da física.
A segunda lei da termodinâmica é menos uma regra difícil e mais um princípio orientador para o Universo. Diz que as coisas quentes ficam mais frias com o tempo, à medida que a energia se transforma e se espalha das áreas onde é mais intensa.
É um princípio que explica por que o café não fica quente em uma sala fria, por que é mais fácil embaralhar um ovo do que desembaralhá-lo e por que ninguém nunca permitirá que você patente uma máquina de movimento perpétuo.
Também é o mais próximo que podemos chegar de uma regra que nos diz por que podemos lembrar o que jantamos na noite passada, mas não temos lembrança do próximo Natal.
“Essa lei está intimamente relacionada à noção da flecha do tempo que apresenta a direção unidirecional do tempo do passado para o futuro”, disse o físico quântico Gordey Lesovik, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.
Praticamente todas as outras regras da física podem ser invertidas e ainda fazem sentido. Por exemplo, você pode aumentar o zoom em um jogo de sinuca e uma única colisão entre duas bolas não parecerá estranha se você a vir ao contrário.
Por outro lado, se você assistisse bolas rolando para fora dos bolsos e reformando a pirâmide inicial, seria uma experiência preocupante. Essa é a segunda lei em ação para você.
Na escala macro de omeletes e jogos de sinuca, não devemos esperar muito ceder nas leis da termodinâmica. Mas, quando nos concentramos nas minúsculas engrenagens da realidade – neste caso, elétrons solitários – brechas aparecem.
Os elétrons não são como pequenas bolas de bilhar, são mais parecidos com informações que ocupam um espaço. Seus detalhes são definidos por algo chamado equação de Schrödinger, que representa as possibilidades das características de um elétron como uma onda de chance.
Se isso é um pouco confuso, vamos voltar a imaginar um jogo de sinuca, mas desta vez as luzes estão apagadas. Você começa com as informações – uma bola branca – na sua mão e depois as envia rolando pela mesa.
A equação de Schrödinger diz que a bola está em algum lugar na mesa de sinuca se movendo a uma certa velocidade. Em termos quânticos, a bola está em toda parte em várias velocidades … algumas apenas mais prováveis que outras.
Você pode estender a mão e agarrá-la para identificar sua localização, mas agora não tem certeza de quão rápido está indo. Você também pode gentilmente roçar o dedo contra ele e saber com confiança sua velocidade, mas para onde foi … quem sabe?
Há outro truque que você pode usar. Uma fração de segundo após o envio dessa bola, você pode ter certeza de que ela ainda está perto da sua mão se movendo a uma taxa alta.
Em um sentido, a equação de Schrödinger prevê o mesmo para partículas quânticas. Com o tempo, as possibilidades das posições e velocidades de uma partícula se expandem.
“No entanto, a equação de Schrödinger é reversível”, disse o cientista de materiais Valerii Vinokur, do Laboratório Nacional de Argonne, nos EUA.
“Matematicamente, isso significa que, sob uma certa transformação chamada conjugação complexa, a equação descreverá um elétron ‘manchado’ localizado de volta em uma pequena região do espaço durante o mesmo período”.
É como se sua bola branca não estivesse mais se espalhando em uma onda de infinitas posições possíveis na mesa escura, mas voltando à sua mão.
Em teoria, não há nada que impeça que ocorra espontaneamente. Você precisaria olhar para 10 bilhões de mesas de sinuca do tamanho de elétrons a cada segundo e a vida útil do nosso Universo para ver isso acontecer uma vez.
Em vez de esperar pacientemente e observar o financiamento se esvair, a equipe usou os estados indeterminados de partículas em um computador quântico como bola de sinuca e alguma manipulação inteligente do computador como sua ‘máquina do tempo’.
Cada um desses estados, ou qubits, foi organizado em um estado simples, que correspondia a uma mão segurando a bola. Uma vez que o computador quântico foi acionado, esses estados se ampliaram em uma gama de possibilidades.
Ajustando certas condições na configuração do computador, essas possibilidades foram confinadas de uma maneira que efetivamente rebobinou a equação de Schrödinger deliberadamente.
Para testar isso, a equipe lançou a configuração novamente, como se estivesse chutando uma mesa de sinuca e observando as bolas espalhadas se reorganizarem na forma inicial da pirâmide. Em cerca de 85% dos testes baseados em apenas dois qubits, foi exatamente isso que aconteceu.
Em um nível prático, os algoritmos que eles usaram para manipular a equação de Schrödinger para rebobinar dessa maneira poderiam ajudar a melhorar a precisão dos computadores quânticos.
Não é a primeira vez que esse time dá uma boa sacudida na segunda lei da termodinâmica. Há alguns anos, eles entrelaçaram algumas partículas e conseguiram aquecê-las e resfriá-las de tal maneira que se comportaram efetivamente como uma máquina de movimento perpétuo.
Encontrar maneiras de empurrar os limites de tais leis físicas na escala quântica só pode nos ajudar a entender melhor por que o Universo ‘flui’ e como isso acontece.
Publicado em 13/06/2020 19h47
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