Um estudo teórico de pesquisadores da Universidade de Surrey sugeriu que a direção do tempo pode não ser fundamentalmente fixa em certos sistemas quânticos. O trabalho, publicado em Scientific Reports, examinou como a “flecha do tempo” poderia emergir da física microscópica e descobriu que a simetria de reversão de tempo pode permanecer intacta mesmo em modelos usados para descrever processos como perda de energia e
A seta do tempo refere-se à direção unidirecional observada do passado para o futuro na vida cotidiana. Em processos macroscópicos, isso é fácil de ver. O leite derramado se espalha por uma mesa e não se reúne de volta em um copo, e o calor flui de objetos mais quentes para os mais frios. Esses processos moldam a ideia de senso comum de que o tempo se move em uma única direção.
No entanto, no nível da física fundamental, muitas equações não preferem uma direção do tempo. A simetria de reversão de tempo significa que as mesmas leis físicas podem descrever um sistema se o tempo se move para frente ou para trás. Isso tornou difícil explicar por que o comportamento irreversível aparece no mundo em grande escala, mesmo quando as regras subjacentes não o exigem.
A Dra. Andrea Rocco, Professora Associada de Física e Biologia Matemática da Universidade de Surrey, descreveu esse contraste: "Uma maneira de explicar isso é quando você olha para um processo como o leite derramado se espalhando por uma mesa, fica claro que o tempo está avançando. Mas se você fosse reproduzir isso ao contrário, como um filme, saberia imediatamente que algo estava errado – seria difícil acreditar que o leite
No entanto, existem processos, como o movimento de um pêndulo, que parecem igualmente críveis ao contrário. O quebra-cabeça é que, no nível mais fundamental, as leis da física se assemelham ao pêndulo; elas não levam em conta processos irreversíveis. Nossas descobertas sugerem que, embora nossa experiência comum nos diga que o tempo só se move para um lado, não estamos cientes de que a direção oposta teria
O estudo se concentrou em sistemas quânticos abertos, que são sistemas quânticos que interagem com um ambiente circundante. Este ambiente, muitas vezes descrito como um banho de calor, pode trocar energia e informações com o sistema. Os pesquisadores usaram essa estrutura para estudar como uma direção do tempo pode aparecer, mesmo quando a física subjacente não a impõe.
Uma parte fundamental da análise envolveu a aproximação de Markov. Esta é uma simplificação usada em muitos modelos em que se presume que o sistema não retém a memória de seus estados passados. A ideia é que as mudanças dependam apenas do estado atual, não do histórico anterior. Isso é comumente usado ao estudar a termalização, que é o processo em que um sistema se estabelece em equilíbrio com seu ambiente.
O estudo também usou conceitos como equações mestras, incluindo as equações de Lindblad e Pauli, que descrevem como as probabilidades de diferentes estados quânticos mudam ao longo do tempo. Outro modelo relacionado discutido foi o movimento browniano quântico, que descreve o movimento aleatório de uma partícula quântica interagindo continuamente com seu ambiente. Nessas descrições, um "kernel de memória" pode aparecer
Os pesquisadores descobriram que a aplicação da aproximação de Markov não quebrou a simetria de reversão de tempo. Mesmo quando o sistema interagiu com um banho de calor efetivamente infinito, as equações de movimento resultantes permaneceram simétricas no tempo. Isso significava que a mesma descrição matemática poderia, em princípio, avançar ou retroceder no tempo sem contradição.