Experimento faz tempo andar para trás

Com informações da Phys.org

Esquema do experimento. [Imagem: Kaonan Micadei et al. (2017)]

Seta do tempo relativa

Uma equipe internacional, liderada por físicos brasileiros, realizou um experimento que mostra que a seta do tempo - o desenrolar contínuo do tempo do passado rumo ao futuro - é um conceito relativo, e não absoluto.

Em um artigo ainda sendo revisado para publicação, a equipe descreve o experimento e o resultado, e também explica por que suas descobertas não violam a segunda lei da termodinâmica.

A segunda lei da termodinâmica estabelece que a entropia, ou desordem, tende a aumentar ao longo do tempo, e é por isso que todo o mundo que nos rodeia parece se desdobrar tempo adiante, nunca dando marcha-a-ré. Ela também explica por que o café quente sempre esfria e nunca se aquece, e coisas desse tipo.

Kaonan Micadei e seus colegas parecem agora ter encontrado uma exceção a essa regra - e uma exceção que funciona de forma a não violar as regras conhecidas da física.

Partículas correlacionadas

A ideia de partículas emaranhadas, ou entrelaçadas, já é bastante conhecida, graças em parte aos esforços para transformá-las em qubits para computadores quânticos.

Mas há uma outra propriedade menos conhecida das partículas subatômicas, ligeiramente diferente do entrelaçamento. É quando as partículas estão correlacionadas, o que significa que elas se ligam de modos que não acontecem no mundo em escala humana. As partículas correlacionadas também compartilham informações, como as partículas entrelaçadas, embora por meio de uma ligação que não é tão forte.

Em seu experimento, os pesquisadores usaram essa propriedade do correlacionamento para mudar a direção da seta do tempo.

O experimento consistiu em mudar a temperatura dos núcleos em dois dos átomos de uma molécula de triclorometano - hidrogênio e carbono - , de modo que a temperatura ficou mais alta no núcleo de hidrogênio do que no núcleo de carbono. Em seguida, a equipe ficou observando como o calor fluía de um núcleo atômico para o outro.

A equipe verificou que, quando os núcleos dos dois átomos não estavam correlacionados, o calor fluiu como esperado, do núcleo mais quente de hidrogênio para o núcleo mais frio de carbono.

Mas, quando os dois estavam correlacionados, ocorreu o oposto - o calor fluiu para trás em relação ao que normalmente é observado. O núcleo quente ficou ainda mais quente, enquanto o núcleo frio ficou mais frio.

Quando as partículas estão correlacionadas, a energia térmica vai do frio para o quente. [Imagem: Kaonan Micadei et al. (2017)]

Tempo andando para trás

Como é a própria assimetria do fluxo de calor no tempo - a entropia - que determina a seta do tempo, conforme descrito por Arthur Eddington há quase 100 anos, a equipe concluiu que seu experimento inverteu a seta do tempo. Em outras palavras, fez o tempo correr para trás.

"O calor flui neste caso do qubit frio para o quente: a seta do tempo é invertida. Nós caracterizamos quantitativamente a ocorrência dessa inversão calculando o calor real a cada momento," escreveram Micadei e seus colegas.

"Isso abre a possibilidade de controlar ou até mesmo inverter a seta do tempo dependendo das condições iniciais," acrescentaram.

Segundo a equipe, seu experimento não violou a segunda lei da termodinâmica porque a segunda lei pressupõe que não existam correlações entre as partículas - e a correlação foi essencial para que o tempo corresse para trás durante o experimento.

Participaram do trabalho físicos das universidades Federal do ABC, CBPF, USP (Brasil), Nacional de Cingapura, York (Reino Unido) e Erlangen-Nürnberg (Alemanha).

Bibliografia:

Reversing the thermodynamic arrow of time using quantum correlations
Kaonan Micadei, John P. S. Peterson, Alexandre M. Souza, Roberto S. Sarthour, Ivan S. Oliveira, Gabriel T. Landi, Tiago B. Batalhão, Roberto M. Serra, Eric Lutz
arXiv
Vol.: 1711.03323
https://arxiv.org/abs/1711.03323