Os físicos há muito que lutam contra a “flecha do tempo” – a observação de que, na nossa vida quotidiana, o tempo se move apenas numa direcção, do passado para o futuro. Embora a física clássica sugira que a maioria das leis deveria funcionar tão bem para trás quanto para frente, a Segunda Lei da Termodinâmica determina que os sistemas se movem naturalmente em direção à desordem (entropia), criando uma via de mão única para o tempo.
No entanto, no domínio da mecânica quântica, as regras mudam. Novas pesquisas sugerem que, ao manipular sistemas quânticos, os cientistas podem efetivamente “reverter” a assinatura estatística do tempo, potencialmente transformando o ato de medição em uma fonte de energia para baterias quânticas.
Imitando a reversão do tempo no reino quântico
Num sistema quântico, a direção do tempo não é medida por um relógio, mas pela comparação de medidas físicas com previsões matemáticas. Quando essas medições seguem um padrão estatístico específico, definimos o sistema como avançando.
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos, liderados por Luis Pedro García-Pintos, desenvolveram um método para inverter esse padrão. Ao utilizar ferramentas de controle precisas, eles podem neutralizar as alterações que ocorrem durante uma medição.
“Se a medição fosse empurrar o meu sistema para cima, posso fazê-lo descer”, explica García-Pintos. “Ao neutralizar as medições efetivas, podemos produzir trajetórias que são mais consistentes com o fato de o processo ter ocorrido para trás do que para frente.”
Essencialmente, a equipe não está literalmente viajando no tempo; em vez disso, eles estão fazendo engenharia reversa na evolução do sistema para que ele se comporte como se estivesse funcionando ao contrário.
Da medição à captação de energia
Esta descoberta tem implicações significativas para o desenvolvimento de baterias quânticas e motores quânticos em miniatura. Na mecânica quântica padrão, o ato de medir um sistema – como verificar o spin de um qubit – injeta energia nesse sistema. Normalmente, esta energia é vista como um efeito colateral ou uma perturbação do delicado estado quântico.
A nova técnica muda a relação entre medição e energia:
– Medição indireta: Ao medir indiretamente uma propriedade, os pesquisadores podem observar um qubit sem destruir seu estado frágil.
– Manipulação de microondas: Usando sinais dessas medições, os pesquisadores podem aplicar pulsos de radiação de microondas para manipular o sistema.
– Redirecionamento de Energia: Em vez de deixar a energia da medição se dissipar ou causar desordem, este método a redireciona, usando efetivamente a medição como recurso termodinâmico.
A verificação da realidade termodinâmica
Embora o conceito de “reversão do tempo” pareça ficção científica, ele não viola as leis fundamentais da física. Os especialistas observam que este processo permanece estritamente sujeito às leis da termodinâmica.
Mauro Paternostro, da Queen’s University Belfast, salienta que a redução da desordem (inversão da seta do tempo) requer uma contribuição externa de energia. Ele usa uma analogia simples para explicar o custo:
Imagine o quarto bagunçado de uma criança. Para reduzir a desordem e “reverter” a bagunça, você deve trabalhar e gastar energia para limpá-la.
No experimento quântico, a “limpeza” é feita pelo mecanismo de controle externo (pulsos de micro-ondas e ferramentas de controle). A energia usada para impulsionar a reversão é maior ou igual à energia colhida, garantindo que a entropia geral do universo ainda aumente.
O caminho a seguir
Embora a pesquisa represente um salto teórico e experimental significativo, ainda não é uma solução universal. A configuração atual é altamente específica e projetada para ambientes controlados, o que significa que pode não ser facilmente traduzida em todos os tipos de sistemas quânticos do mundo real.
Em resumo, ao aprenderem a manipular a direção estatística dos processos quânticos, os cientistas encontraram uma maneira de transformar o ato disruptivo de medição em um método controlado de coleta de energia, abrindo caminho para o futuro armazenamento de energia quântica.
