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Linha do Tempo Invertida e Informação Quântica

Demonio_Maxwell_1

Créditos: Wang Guoyan e Chen Lei

Em meio a todo o pesadelo da física do ensino médio (incluindo os mnemônicos constrangedores para memorização de fórmulas) a termodinâmica sempre me pareceu a frente mais amistosa. Sem muito sofrimento, absorvi logo a ideia de que as coisas são feitas de partículas, que formam, átomos que formam moléculas… E que tudo isso se mexe, o tempo todo, numa escala de espaço muito pequena para ser observado diretamente pelos nossos olhos. Me pareceu também um conceito razoável dizer que um corpo está “quente” quando suas moléculas estão muito agitadas e, conforme elas “esbarram” em outras menos agitadas, vão perdendo energia até que todo mundo esteja mais ou menos na mesma vibe, com o perdão do trocadilho.

 Descobri depois que uma importantíssima lei da física enuncia que não é possível acontecer o inverso: não dá pras partículas mais quietas, por uma ação delas mesmas, apaziguarem as mais agitadas. Em outras palavras, se existe um esquema fechadinho na natureza e as coisas dentro dele estão em um certo “nível de bagunça”, esse nível de bagunça sempre permanece o mesmo ou piora. Chamamos o “nível de bagunça” de entropia e essa é a Segunda Lei da termodinâmica. [Três físicos teóricos acabam de morrer após essa simplificação]*. Usamos essa lógica por muito tempo, sempre que precisamos transferir calor de um lugar para outro: o calor flui do quente para o frio, sempre nessa direção e, se quisermos fazer o contrário, precisamos de uma forcinha externa. 

AÍ ~OS FÍSICO~ RESOLVEM FRITÁ.

Um belo dia, vem o sr. James Maxwell (cuja aparente função na história da ciência era “causar”) numa tarde de chuva (só pode!) propondo o seguinte exercício de imaginação: “e se a gente pudesse, dentro do sistema fechadinho, separar as moléculas agitadas das calmas? Se um pequeno “demônio” ficasse lá dentro e direcionasse as agitadas pra um lado e as calmas para o outro?”

UUUhhhh.. a galera pirou. Fritou. Gaguejou. O experimento mental ficou conhecido como “O demônio de Maxwell”. Todo mundo tentando explicar que OBVIAMENTE não dava pra fazer isso e, mesmo que houvesse um “demônio” (ou qualquer dispositivo que cumprisse o mesmo papel), isso violaria a Segunda Lei. Mas o óbvio, meus amigos, não é nada fácil de se explicar. E na física não dá só pra dizer que “não dá”. Não dá pra torcer o narizinho e dar as costas quando não gostamos de uma pergunta. Na física, tem que explicar PORQUÊ não dá. 

E DAÍ QUE DÁ SIM.

Conforme os nossos conhecimentos sobre o mundo “microscópico” foram avançando, conseguimos criar, teoricamente, ferramentas que bloqueassem as partículas menos agitadas no sistema, sem um gasto relevante de energia e dentro da mais pura, bela e rebuscada lógica da ciência – sem escândalo. Lindo, lindo mesmo. Umas contas, uns modelos… vocês precisam ver. Mas o povo quer o que? O povo quer internet instantânea. O povo quer os jogos rodando na mais perfeita brisa do cooler. O povo quer cerveja gelada espontaneamente em 30 segundos. E isso exige menos perda de calor já! Mas aí é que tá a boniteza da física teórica, vanguardista – uma vez aberto o portal:

SEGURA ESSE DEMOGORGON, JAIME MACSSUEL, PORQUE O MUNDO INVERTIDO CHEGOU.

Metendo o pé com ciência brazuca, a publicação da Nature Communications relata o experimento que foi capaz de observar o fluxo espontâneo e invertido do calor. O bonde formado por pesquisadores da Universidade Federal do ABC (Associados da Balbúrdia Comunitária**) em conjunto com o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) (“B” de Brasil, né meu povo), o Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF – USP) e colaboradores internacionais observou qubits (qubit is the new bit) levados a diferentes temperaturas utilizando ressonância magnética nuclear e, posteriormente, o fluxo de calor do qubit mais frio para o mais quente. A sacada foi o estado inicial do sistema: as partículas observadas (qubits) possuíam uma conexão entre si, chamada “correlação quântica”, que mantém as informações dessas partículas “conectadas” ainda que elas estejam muito distantes uma da outra. Nada místico no laboratório: muita conta, suor, medida e investigação. Toneladas de ciência. Conforme essa conexão “enfraquece”, a soma das entropias (aquela desordem) individuais diminui e o calor flui no sentido chocante. AUGE. A tal correlação entra como um ente no sistema isolado, mantendo a Segunda Lei a salvo. [Físicos respiram].

Você tá achando tudo isso Black Mirror demais? Porque eu não acabei… O que o experimento pôs em xeque foi a irreversibilidade de certos processos físicos. Isso porque ressignificar a variação de entropia relativiza também a famosa “linha do tempo” (Arthur Eddington) e sua direção única possível, uma ideia baseada justamente na concepção de processos irreversíveis. É a física quântica estapeando o senso comum. Além disso a causa da troca estranha de calor parece relacionada à troca de informação, e é incrível que esses conceitos estejam de fato ligados entre si. 

O resultado deste importante experimento se reflete, por exemplo, na nossa atual concepção do Cosmos: as coisas aconteceram mesmo na ordem que pensávamos ser “obrigatória”? A computação quântica e o domínio sobre esse tipo de informação, por sua vez, nos permitem vislumbrar computadores muito mais rápidos e criptografias invioláveis [certos juízes respiram…], resolvendo o “gargalo” mundial de transferência de dados e nos levando a uma dimensão de informação ainda não imaginável – não como carros voadores e roupas prateadas. Computadores quânticos são uma realidade (ainda não acessível financeiramente) e os experimentos de transferência instantânea de informação estão entre nós. Apesar da magnitude espacial do experimento da troca de calor “invertida”, os autores afirmam não haver razão para que isso não funcione em larga escala. Por hora, você pode conseguir ajuda com a coisa da cerveja com essas rainhas da engenharia aqui. Eu sei que quântica parece ficção, mas a ciência nos trouxe pelos séculos através de sua estrutura sólida, sempre ampliando os horizontes visualizados “sobre os ombros de gigantes”. Não vamos fechar os nossos olhos a ela. Leiam textinhos, discutam ciência no bar, combatam a desinformação, se hidratem, troquem calor. Reinventem. 

Já falou com seus demônios hoje?

*Houve protesto quanto a essa afirmação (por parte da física teórica).

**Na sigla da Universidade Federal do ABC, “ABC” se refere às cidades do ABC Paulista  e a menção é apenas mais uma brincadeira do texto.

Referências

  1.  NATURE COMMUNICATIONS | (2019) 10:2456 | https://doi.org/10.1038/s41467-019-10333-7 | http://www.nature.com/naturecommunications
  2. http://agencia.fapesp.br/experimento-inverte-o-sentido-do-fluxo-de-calor/30700/