Ciência

Elétrons podem “voltar no tempo”, diz estudo

Cientistas fizeram experiências com um computador quântico e descobriram que um elétron é capaz de retornar à posição em que estava há frações de segundo.

Por A. J. Oliveira
Atualizado em 17 Maio 2023, 17h26 - Publicado em 13 mar 2019, 17h46

Desde que Einstein provou que o espaço e o tempo formam um único tecido inseparável, a visão que temos sobre o tempo nunca mais foi a mesma. Como se não bastasse essa revolução trazida pela relatividade geral (a gravidade dos corpos distorce o tecido), agora a física quântica vem bagunçar ainda mais nossa cabeça. Expandindo as fronteiras do conhecimento na área, um novo estudo desenvolvido em conjunto por físicos russos, americanos e suíços calculou a probabilidade de um elétron voltar no tempo. E descobriu que, sim, isso é possível.

É claro que a questão é muito mais complexa do que isso. Afinal, estamos falando do mundo quântico e, como bem sintetizou o grande físico teórico Richard Feynman, se você pensa que entendeu mecânica quântica, você não entendeu absolutamente nada. Então vamos todos respirar fundo e tentar decifrar o experimento. Uma equipe internacional de físicos quânticos, formada por profissionais do MIPT (Rússia), ETH (Suíça) e do Laboratório Nacional Argonne (EUA), investigou fenômenos que se passavam dentro de um computador quântico.

Eles observaram dois computadores quânticos: um mais simples, capaz de fazer operações matemáticas usando dois qubits (bits quânticos), e outro mais complexo, com três qubits. Os qubits são partículas utilizadas para transmitir informação nesses sistemas, levando em conta características físicas como a orientação da rotação dos elétrons ou o sentido da polarização da luz.

Imagine a experiência como se fosse um jogo de sinuca. O primeiro estágio, que corresponde à ordem, consiste na etapa em que todas as bolas estão distribuídas sobre o veludo da mesa no formato tradicional, com a branca próxima de uma extremidade, e todas as demais próximas da oposta em formato triangular. O estágio seguinte é o da degradação: assim como uma tacada na bola branca traria o caos à mesa, um algoritmo faz o mesmo com os qubits. Só que de forma controlada.

E isso é essencial para a próxima etapa do experimento. Nela, o software começa a trazer de volta os qubits à sua configuração inicial, seguindo o mesmo caminho que eles percorreram antes do caos (a tacada). Esse é o terceiro estágio, de reversão temporal. Por último, temos a regeneração, onde as posições iniciais dos qubits (ou das bolas de bilhar) são recuperadas.

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Os físicos descobriram que, em 85% dos casos, um computador quântico com dois qubits era capaz de retornar a seu estado inicial. No computador de três qubits, a taxa era menor, 50% (mas isso se deve principalmente à instabilidade dessa máquina, que ainda é rudimentar).

Segundo os pesquisadores, o estudo tem uma aplicação prática: melhorar os computadores quânticos. Mas, na esfera teórica, as implicações são bem mais intrigantes.

Antes de chegarem a essa fase experimental, os cientistas calcularam a chance de um elétron viajando livremente pelo espaço interestelar voltar no tempo. Ou seja, retornar naturalmente à posição em que estava uma fração de segundo atrás. Acontece que, para as leis da física, não há diferença entre passado e futuro. Suponha que só existam duas bolas na mesa de bilhar: a branca e a amarela. Com a mesma equação, é possível descrever os movimentos delas tanto antes quanto depois da batida.

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Apertando o botão de rewind, ambas as tacadas parecem plausíveis. Mas se a bola branca acerta a pirâmide inicial contendo todas as bolas, a coisa muda. Se assistíssemos a um boomerang (vídeo ao contrário, típico do Instagram) dessa jogada, saberíamos na mesma hora qual delas é a real — afinal, como seria possível um jogador fazer as bolas retornarem ao formato triangular? Isso é um entendimento intuitivo da segunda lei da termodinâmica: um sistema isolado ou permanece estático, ou evolui para um estado de caos, quando submetido a uma força externa.

É por isso que não testemunhamos tacadas como essa, assim como não vemos chás voltando para seus saquinhos de infusão, ou vulcões entrando em erupção para dentro, ou pessoas como Benjamin Button, que nascem velhas e rejuvenescem. Ou um pinguinho de tinta saindo do papel e voltando para a caneta ou ainda a pasta de dente voltando para o tubo. Pelas leis da física, nada impede que eles ocorram; só que são fenômenos de larga escala, que envolvem escalas de tempo muito grandes e um número enorme de partículas.

Mas, quando falamos de um único elétron viajando sozinho pelo cosmos, sem interferências do mundo exterior, as regras quânticas imperam. A evolução de seu movimento segue a equação de Schrödinger: é impossível saber sua posição exata, mas a mecânica quântica permite descobrir a pequena região em que está inserido. Com o passar do tempo, essa região vai ficando maior, porque o sistema se torna mais caótico e cresce a incerteza. A implacável segunda lei da termodinâmica age desde em um elétron até no jogo de sinuca.

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Para as leis de Schrödinger, passado e futuro também são indiferentes. O equivalente matemático ao boomerang do Instagram se chama conjugação complexa: sob as condições certas da natureza, o elétron volta para a posição que estava no passado. Esse fenômeno é provocado por flutuações na radiação cósmica de fundo, ondas que são relíquias do Big Bang e permeiam todo o Universo. A probabilidade de isso acontecer é ínfima.

Se alguém passasse toda a existência cósmica, 13,7 bilhões de anos, observando as posições de 10 bilhões de elétrons a cada segundo, a evolução reversa do estado de uma partícula aconteceria uma única vez. E, ainda assim, ele só voltaria dez bilionésimos de segundo ao passado. Mas, de qualquer forma, os pesquisadores provaram que é possível. Será que estamos um passo mais perto da máquina do tempo?