Físicos descobrem evidências de duas flechas do tempo emergindo do reino quântico

E se o tempo não for tão fixo quanto pensávamos? 

Por Universidade de Surrey com informações de Science Daily.

Imagine que, em vez de fluir em uma direção — do passado para o futuro — o tempo pudesse fluir para frente ou para trás devido a processos que ocorrem no nível quântico. Esta é a descoberta instigante feita por pesquisadores da Universidade de Surrey, enquanto um novo estudo revela que flechas opostas do tempo podem teoricamente emergir de certos sistemas quânticos.

Por séculos, cientistas têm se intrigado com a flecha do tempo — a ideia de que o tempo flui irreversivelmente do passado para o futuro. Embora isso pareça óbvio em nossa realidade vivenciada, as leis subjacentes da física não favorecem inerentemente uma única direção. Não importa se o tempo avança ou recua, as equações permanecem as mesmas.

O Dr. Andrea Rocco, professor associado de Física e Biologia Matemática na Universidade de Surrey e principal autor do estudo, disse:

“Uma maneira de explicar isso é quando você olha para um processo como leite derramado se espalhando sobre uma mesa, fica claro que o tempo está avançando. Mas se você fosse assistir isso ao contrário, como um filme, você saberia imediatamente que algo estava errado — seria difícil acreditar que o leite pudesse simplesmente se juntar de volta em um copo.

“No entanto, há processos, como o movimento de um pêndulo, que parecem igualmente críveis em reverso. O enigma 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 em uma direção, simplesmente não temos consciência de que a direção oposta teria sido igualmente possível.”

O estudo, publicado em Scientific Reports , explorou como um sistema quântico — o mundo do subatômico — interage com seu ambiente, conhecido como um “sistema quântico aberto”. Os pesquisadores investigaram por que percebemos o tempo como se movendo em uma direção, e se essa percepção emerge da mecânica quântica aberta.

Para simplificar o problema, a equipe fez 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 — como o universo inteiro — é tão grande que a energia e a informação se dissipam nele, nunca retornando. Essa abordagem permitiu que eles examinassem como o tempo emerge como um fenômeno unidirecional, embora, no nível microscópico, o tempo pudesse teoricamente se mover em ambas as direções.

Mesmo após aplicar essas suposições, o sistema se comportou da mesma forma, quer o tempo avançasse ou retrocedesse. Essa descoberta forneceu uma base matemática para a ideia de que a simetria de reversão do tempo ainda se mantém em sistemas quânticos abertos — sugerindo que a flecha do tempo pode não ser tão fixa quanto a vivenciamos.

Thomas Guff, pesquisador de pós-doutorado que liderou os cálculos, disse:

“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 ignorado — um fator de tempo descontínuo emergiu que mantém a propriedade de simetria temporal intacta. É incomum ver tal mecanismo matemático em uma equação física porque ele não é contínuo, e foi muito surpreendente vê-lo aparecer tão naturalmente.”

A pesquisa oferece uma nova perspectiva sobre um dos maiores mistérios da física. Entender a verdadeira natureza do tempo pode ter implicações profundas para a mecânica quântica, cosmologia e além.

Fonte da história:
Materiais fornecidos pela University of Surrey . Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.

Referência do periódico :
Thomas Guff, Chintalpati Umashankar Shastry, Andrea Rocco. Emergence of opposing arrows of time in open quantum systems. Scientific Reports, 2025; 15 (1) DOI: 10.1038/s41598-025-87323-x