Físicos descobrem setas do tempo opostas emergindo do reino quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/02/2025

Ilustração da emergência de setas opostas do tempo em sistemas quânticos abertos: Uma vai para o futuro, e a outra vai para o passado.
[Imagem: Thomas Guff et al. - 10.1038/s41598-025-87323-x]

Seta do tempo

A seta do tempo, o fluir inexorável do tempo do passado para o futuro, intriga filósofos e cientistas há séculos. Ela parece ser uma consequência inexorável da segunda lei da termodinâmica, outro ponto de discussões, embora mais recente.

Contudo, no reino microscópico, governado pela mecânica quântica, tudo é muito fluido, e a seta do tempo pode ser vista como um conceito relativo. Diversos experimentos têm demonstrado essa reversão do fluxo temporal, criando novas discussões sobre a existência de uma fronteira onde o tempo começa a não fluir para o futuro.

E se o tempo não for tão fixo quanto pensamos? Embora não vejamos copos quebrados se desquebrando por aí, as leis subjacentes da física não favorecem inerentemente uma única direção - não importa se o tempo avança ou recua, as equações permanecem as mesmas.

Então podemos imaginar que, em vez de fluir em uma direção - do passado para o futuro - o tempo possa fluir para frente ou para trás devido a processos que ocorrem no nível quântico, onde ir para o passado ou para o futuro não coloca nenhum problema.

Esta é justamente a possibilidade instigante que acaba de emergir dos trabalhos de Thomas Guff, Chintalpati Shastry e Andrea Rocco, da Universidade de Surrey, no Reino Unido.

A conclusão da equipe é que setas opostas do tempo, uma indo para o futuro e outro indo para o passado, podem emergir de sistemas quânticos, o que é revolucionário e pode ter implicações de longo alcance, uma vez que o entendimento da verdadeira natureza do tempo pode ter implicações profundas para a mecânica quântica, para a cosmologia e muito mais, incluindo a filosofia.

A simetria do tempo da mecânica quântica é compatível com a irreversibilidade da termodinâmica.
[Imagem: Chiara Marletto et al. - 10.1103/PhysRevLett.128.080401]

Tempo fluindo para o passado e para o futuro

O trio estava explorando como um sistema quântico - partículas que obedecem à mecânica quântica - interage com seu ambiente, por isso chamado "sistema quântico aberto". A ideia era saber se nossa percepção comum do tempo fluindo do passado para o futuro emergiria da mecânica quântica aberta.

Para simplificar o problema, os pesquisadores fizeram duas suposições principais. Primeiro, eles trataram o vasto ambiente ao redor do sistema de tal forma que pudessem se concentrar apenas no próprio sistema quântico. Segundo, eles assumiram que o ambiente - que pode ser o Universo inteiro - é tão grande que a energia e a informação se dissipam nele, nunca retornando.

Essa abordagem permitiu examinar como o tempo emerge como um fenômeno unidirecional, embora, no nível microscópico, o tempo pudesse teoricamente se mover em ambas as direções.

Foi aí que veio a surpresa: Mesmo após aplicar essas suposições restritivas, o sistema continuou se comportando da mesma forma, quer o tempo avançasse ou retrocedesse. Essa descoberta fornece uma base matemática para a ideia de que a simetria de reversão do tempo ainda se mantém em sistemas quânticos abertos - sugerindo que a seta do tempo pode não ser tão fixa quanto a vivenciamos.

"A parte surpreendente deste projeto foi que, mesmo depois de fazer a suposição simplificadora padrão para nossas equações descrevendo sistemas quânticos abertos, as equações ainda se comportavam da mesma maneira, quer o sistema estivesse se movendo para frente ou para trás no tempo. Quando trabalhamos cuidadosamente na matemática, descobrimos que esse comportamento tinha que ser o caso porque uma parte fundamental da equação, o 'kernel de memória', é simétrico no tempo.

"Também encontramos um pequeno, mas importante, detalhe que geralmente é negligenciado - um fator de tempo descontínuo emergiu que mantém a propriedade de simetria de tempo intacta. É incomum ver tal mecanismo matemático em uma equação de física porque ele não é contínuo, e foi muito surpreendente vê-lo aparecer tão naturalmente," disse Guff.

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