A origem da irreversibilidade no universo
A reversibilidade temporal microscópica é uma das premissas fundamentais tanto da mecânica clássica quanto da mecânica quântica. Uma análise quântica cuidadosa demonstra que a reversibilidade falha mesmo nas condições mais ideais — o caso de duas partículas em colisão — quando a interação quântica com a radiação é levada em consideração.
Em mecânica quântica, alguns cientistas assumem a reversibilidade temporal microscópica como verdadeira, visto que a própria equação de Schrödinger linear determinística é reversível no tempo. No entanto, a equação de Schrödinger descreve apenas a evolução temporal determinística das possibilidades e probabilidades de diversos eventos quânticos.
Quando um evento ocorre, se houver um registro desse evento (se novas informações entrarem no universo), as probabilidades de múltiplos eventos possíveis colapsam para a ocorrência real de um único evento. Em mecânica quântica, isso é o colapso irreversível da função de onda . Um evento irreversível que deixa um registro (nova informação) é frequentemente descrito como uma medição . As medições são fundamentalmente e irremediavelmente irreversíveis.
Quando partículas colidem, mesmo partículas sem estrutura não devem ser tratadas como partículas individuais com funções de onda de partícula única, mas como um único sistema com uma função de onda de duas partículas, porque agora estão emaranhadas .
Tratar dois átomos como uma molécula temporária significa que devemos usar funções de onda moleculares, em vez de atômicas. A descrição quântica da molécula transforma os seis graus de liberdade independentes em três para o centro de massa da molécula e mais três que descrevem os estados quânticos vibracionais e rotacionais.
A possibilidade de transições quânticas entre níveis de energia vibracional e rotacional muito próximos na "quase-molécula" introduz indeterminação nos caminhos futuros dos átomos individuais. A informação clássica sobre os caminhos, necessária para garantir o comportamento dinâmico determinístico , foi parcialmente apagada. A memória do passado, necessária para prever o futuro, foi perdida.
Mesmo assumindo a impossibilidade prática de uma reversão temporal clássica perfeita, na qual simplesmente invertemos as duas partículas, a física quântica exige duas medições para localizar as duas partículas, seguidas de duas preparações de estado para enviá-las na direção oposta, cada uma sujeita ao princípio da indeterminação de Heisenberg , que impõe limites calculáveis à precisão com que trajetórias perfeitamente invertidas podem ser alcançadas.
Vamos supor que essa tarefa impossível possa ser concluída e que as duas partículas entrem em trajetórias de colisão inversas. Mas, na trajetória de retorno, existe apenas uma probabilidade finita de que um cálculo de "soma sobre histórias" produza as transições quânticas precisamente invertidas entre os estados vibracionais e rotacionais que ocorreram na primeira colisão.
Assim, uma descrição quântica de uma colisão de duas partículas estabelece a irreversibilidade microscópica que Ludwig Boltzmann às vezes descrevia como sua suposição de "desordem molecular". Em sua segunda derivação (1877) do teorema H, Boltzmann usou uma abordagem estatística e a suposição de desordem molecular para se afastar das suposições de reversibilidade temporal da dinâmica clássica.
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