Tempo material: O tempo pode fluir nos dois sentidos nos materiais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/01/2024

O tempo material passa muito lentamente, mas não tem preferência de destino, indo igualmente bem para o passado ou para o futuro.
[Imagem: Till Böhmer et al. - 10.1038/s41567-023-02366-z]

Envelhecimento dos materiais

A seta do tempo, o fluir inexorável do tempo do passado para o futuro, tem intrigado os cientistas há séculos.

Nós não vemos nada voltando no tempo, como um copo de vidro se "desquebrando", mas as equações que descrevem o movimento se aplicam indistintamente caso o tempo esteja indo ou esteja voltando.

Um vídeo de um pêndulo balançando livre, por exemplo, tem a mesma aparência se for apresentado de trás para frente. A irreversibilidade cotidiana que experimentamos só entra em ação através de outra lei da natureza, a segunda lei da termodinâmica, que afirma que a desordem em um sistema cresce constantemente - se o copo de vidro quebrado se recompusesse, a desordem diminuiria.

Mas parece haver mais nessa história.

Quando Till Bohmer e colegas da Universidade Darmstadt, na Alemanha, estavam observando o processo de degradação, ou envelhecimento, dos materiais, eles descobriram um fenômeno surpreendente.

Ao observar os movimentos das moléculas em um vidro ou em um plástico, o pesquisador descobriu que esses movimentos são reversíveis no tempo se forem vistos de uma determinada perspectiva.

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 material

Vidros e plásticos consistem em um emaranhado de moléculas, muito diferente da ordem periódica dos cristais. Essas partículas estão em constante movimento, fazendo com que elas deslizem continuamente para novas posições. Elas buscam permanentemente um estado energético mais favorável, o que altera as propriedades do material ao longo do tempo - sim, assim com os plásticos, o vidro envelhece, embora isso possa levar bilhões de anos.

Esse processo de envelhecimento pode ser descrito pelo que é conhecido como "tempo material". Imagine assim: O material possui um relógio interno que funciona de forma diferente do relógio da parede do laboratório; ou, dito de outro modo, o tempo do material passa a uma velocidade diferente dependendo da rapidez com que as moléculas dentro dele se reorganizam.

Como um conceito teórico, essa ideia é conhecida há mais de meio século. Contudo, só agora, pela primeira vez, os físicos conseguiram medir o "tempo material".

Foi um desafio enorme porque o "tempo humano" é curto demais, não dando para ver as moléculas se ajeitando dentro de um vidro, com o "tempo material" parecendo estar totalmente parado. Mas a equipe venceu o desafio usando um método matemático adequado e uma câmera ultrassensível.

Quando um laser é direcionado para a amostra de vidro, as moléculas dentro dele dispersam a luz. Os feixes dispersos se sobrepõem e formam um padrão caótico de pontos claros e escuros no sensor da câmera. Métodos estatísticos especiais foram então usados para calcular como as flutuações das moléculas variam ao longo do tempo, medindo pela primeira vez o ritmo dos tique-taques do relógio interno do material.

A pergunta fundamental é: Quando o tempo passa a fluir apenas para o futuro?
[Imagem: Initiative for Theoretical Sciences/CUNY]

O envelhecimento continua irreversível

O experimento valeu a pena. A análise estatística das flutuações moleculares revelou um resultado surpreendente: Em termos de tempo material, as flutuações das moléculas são reversíveis no tempo. Isso significa que seu padrão de mudança não se altera se o tempo material puder retroceder, semelhante ao vídeo do pêndulo, que parece o mesmo quando reproduzido para frente e para trás.

"No entanto, isso não significa que o envelhecimento dos materiais possa ser revertido," ressalvou Bohmer. "Pelo contrário, o resultado confirma que o conceito de tempo material foi bem escolhido porque expressa toda a parte irreversível do envelhecimento do material. Seu tique-taque incorpora a passagem do tempo para o material em questão."

Tudo o mais que se move no material em relação a esta escala de tempo não contribui para seu envelhecimento - assim como, metaforicamente falando, as crianças que se agitam no banco traseiro de um carro não contribuem para o movimento do veículo.

"Isso nos deixa com uma montanha de perguntas sem respostas," disse o professor Thomas Blochowicz. "Por exemplo, resta esclarecer até que ponto a reversibilidade observada em termos de tempo material se deve à reversibilidade das leis físicas da natureza, ou como o tique-taque do relógio interno difere para diferentes materiais."

Os resultados se aplicaram igualmente aos dois materiais amorfos, ou desordenados, vidro e plástico. Em busca de mais respostas, a equipe planeja agora medir o tempo material de cristais perfeitamente ordenados.

Mais tópicos