Emil Roduner é um químico físico da Universidade de Stuttgart e da Universidade de Pretória, na África do Sul. Seu colega, Tjaart Krüger, é um físico da Universidade de Pretória. Eles escreveram recentemente um artigo sobre a origem da irreversibilidade. Tiveram a gentileza de citar meu artigo de 2014 sobre a origem da irreversibilidade , que situei em eventos quânticos que ocorrem em tempos indeterminísticos e se movem em direções indeterminísticas, como a emissão e a absorção de fótons, descobertas por Albert Einstein em 1916.

Seu trabalho mais recente sobre irreversibilidade questiona se a “memória” pode ser considerada um novo parâmetro para o estado físico da matéria. Eles escrevem...

A maioria das teorias elementares que descrevem processos da matéria, como a dinâmica newtoniana e a mecânica quântica, são simétricas em relação à reversão temporal, mas a termodinâmica não o é e descreve processos que atingem o equilíbrio. Uma antiga controvérsia reside na seguinte questão: "Como equações microscópicas de movimento, simétricas à reversão temporal, podem gerar um comportamento macroscópico que claramente não compartilha essa simetria" A resposta geralmente é buscada no tamanho, com sistemas pequenos sendo reversíveis no tempo e sistemas grandes não. Acontece que isso não está correto. Reversibilidade temporal e reversibilidade termodinâmica são duas questões diferentes. Os equilíbrios termodinâmicos são bem definidos em termos de entropia ou energia livre e são alcançados em processos descritos pela "flecha do tempo". Mas o processo de equilíbrio pode ser reversível ou irreversível em relação ao tempo, independentemente do tamanho do sistema. Há um segundo critério, a memória do sistema em relação a um estado anterior, que não contribui para os parâmetros termodinâmicos. Processos reversíveis no tempo são determinísticos e, se o passado for compreendido, o futuro pode ser previsto. O que destrói a reversibilidade temporal são processos não newtonianos, principalmente de natureza probabilística, como o decaimento de estados excitados.

Em minha análise da criação de estruturas de informação no universo, demonstrei que a entropia local reduzida (a chamada "entropia negativa") de tais estruturas exige que uma quantidade de entropia positiva igual ou superior à entropia negativa seja removida da estrutura, caso contrário, o novo bolsão de entropia negativa (também informação) não sobreviverá.

Por exemplo, nos primeiros anos após a origem do universo, os átomos eram formados repetidamente a partir da combinação de prótons com elétrons. Mas as temperaturas eram tão altas e o campo de radiação tão intenso que os fótons (alguns emitidos por elétrons ao retornarem aos seus estados atômicos ligados) ionizavam imediatamente os átomos, transformando-os novamente em suas partículas elementares.

Aproximadamente 380.000 anos após a sua origem, a expansão do universo havia resfriado a temperatura para alguns milhares de graus Kelvin e, ainda mais importante, criado um grande número de novas células de espaço de fase que forneciam um "sumidouro" termodinâmico frio para o qual a "fonte" de fótons quentes podia irradiar.

Após esse período, erroneamente chamado de "era da recombinação", as combinações de prótons e elétrons em átomos de hidrogênio tornaram-se estáveis. O gás de elétrons livres, que era a principal fonte de opacidade que impedia os fótons de viajarem longas distâncias, desapareceu. O universo tornou-se transparente à radiação, permitindo que os astrônomos de hoje vejam desde aquela era da recombinação, há cerca de 13,75 bilhões de anos, até a radiação cósmica de fundo em micro-ondas que chega até nós de todas as direções.

Estamos observando os resíduos do "Big Bang". O espectro original de corpo negro da radiação de 5000 K (aproximadamente a luz branca do nosso Sol, com comprimentos de onda de 400 a 700 nanômetros) sofreu um desvio para o vermelho, atingindo comprimentos de onda muito maiores, de 1 a 2 milímetros.

Com base numa sugestão de Arthur Stanley Eddington de 1934 e no trabalho da década de 1970 do meu falecido colega de Harvard, David Layzer , demonstrei que as estruturas de informação no universo atual (desde partículas subatômicas como elétrons e quarks, até galáxias, estrelas e planetas, bem como seres vivos na Terra) dependem todas de um processo de criação cósmica em duas etapas .

Na primeira etapa, devem existir múltiplas possibilidades indeterminísticas para diferentes arranjos quânticos das partículas das estruturas futuras. Se/quando o novo arranjo criar uma nova estrutura de informação, a energia liberada na nova ligação das partículas deverá ser dissipada na segunda etapa.

Note que, se houvesse apenas uma possibilidade, a informação seria constante e haveria apenas um futuro possível (predeterminado?).

O grande teórico da mecânica quântica, John von Neumann , descreveu a importância da nova informação criada em uma medição quântica. Ele definiu dois processos fundamentais na mecânica quântica: um, a evolução temporal determinística " causal " de um sistema quântico entre medições , que preserva a informação; e outro, a própria medição, que cria informação de forma indeterminística .

Von Neumann afirmou que o processo de evolução causal determinístico "não reproduz uma das propriedades mais importantes e marcantes do mundo real, ou seja, sua irreversibilidade , a diferença fundamental entre as direções do tempo, 'futuro' e 'passado'".

Ele também afirmou que a medição indeterminística é "estatística" e causa uma "alteração nas probabilidades e nos valores esperados. De fato, é precisamente por essa razão que se introduzem conjuntos estatísticos e probabilidades!"

Veja o livro seminal de von Neumann, Fundamentos Matemáticos da Mecânica Quântica (tradução para o inglês, pp. 357-358).

O estudo da memória por Roduner e Krüger aborda criticamente os papéis da irreversibilidade e da "flecha do tempo". Von Neumann considerava essas duas questões fundamentais para a compreensão da mecânica quântica.

A memória depende do registro de informações no cérebro/mente e da recuperação/reprodução ou "reprodução" dessas informações sob demanda, quando necessário para que o agente tome uma decisão sobre a próxima ação ou pensamento. Veja nosso modelo da mente como um Registrador e Reprodutor de Experiências .

Quando partículas colidem, um processo quântico pode apagar a informação do caminho percorrido, informação essa que seria necessária para inverter suas trajetórias. Essa é a origem da irreversibilidade . Mas a interação de uma partícula com um aparelho de medição também pode gerar novas informações sobre o caminho percorrido , permitindo-nos prever (com alguma incerteza) eventos futuros.

Em eventos quânticos, a informação pode tanto ser destruída quanto criada.

De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia no universo está sempre aumentando. Mas, de forma contraintuitiva, agora também sabemos que novas informações e novos conhecimentos também estão aumentando. Tanto a desordem quanto a ordem estão aumentando na direção da "flecha mestra do tempo", a expansão do universo, como demonstrado em 1975 pelo meu colega de Harvard, David Layzer , com base em uma sugestão de Arthur Stanley Eddington de 1935 .

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