Energia

Efeito do Observador faz energia fluir contra a corrente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/10/2017

No mundo da mecânica quântica, observar faz toda a diferença na realidade. [Imagem: K. Aranburu]

Efeito do Observador

O Efeito do Observador é um fenômeno bem conhecido da física quântica, em que a mera observação pode alterar o estado de uma partícula ou o resultado de uma medição.

Se já parecia um tanto estranho, agora esse efeito mostrou-se ainda mais poderoso do que se imaginava.

Basta que o observador olhe para um fluxo de energia - um fluxo de partículas, como elétrons ou íons, por exemplo - para que essas partículas invertam sua direção, literalmente correndo "contra a corrente".

Robert Biele e seus colegas da Universidade do País Basco apressam-se em dizer que o fenômeno que eles acabam de demonstrar não contraria nenhuma lei conhecida da física.

"Isto não constitui uma violação de qualquer teorema fundamental da física, nem a energia é criada a partir do nada. O que acontece é que o fato de olhar, de inserir um observador no sistema, age como um obstáculo, como se você fechasse um cano em uma tubulação através da qual a água está fluindo. Obviamente, se a carga começar a se acumular, ela acaba indo na direção oposta. Em outras palavras, o observador induz o estado do sistema para um estado que transmite a corrente ou a energia em direções opostas," resumiu o professor Angel Rubio, coordenador da equipe.

Olhe e inverta a corrente

Nos objetos macroscópicos - como em uma corrente de água - o fato de que alguém observa a corrente não afeta o fluxo da água e, de acordo com as leis da termodinâmica clássica, esse fluxo ocorre da parte superior para a parte inferior do sistema.

O mesmo acontece com os fluxos de temperatura, onde a energia passa do corpo mais quente para o mais frio, ou em sistemas elétricos, onde uma carga flui em direção a outra de sinal oposto.

No entanto, nos chamados dispositivos quânticos - formados por partículas em escala atômica, onde o que impera são as leis da mecânica quântica - "o processo de observação, o assistir, altera o estado do sistema, e isso torna mais provável que a corrente seja posta para fluir em uma direção ou em outra," explicou Rubio, que acrescenta a ressalva de que seus cálculos mostram que existem áreas específicas no dispositivo em que o olhar do observador não é capaz de alterar a direção da corrente.

• Demônio de Maxwell atômico faz sua própria Lei da Termodinâmica

No dispositivo projetado, o conjunto de átomos à esquerda, mais quente, flui igualmente pelas duas vias centrais rumo ao lado direito, mais frio. Mas basta inserir o observador em uma via para que o fluxo que passa por ela seja revertido, indo do mais frio para o mais quente. [Imagem: Robert Biele et al. - 10.1038/s41535-017-0043-6]

Da teoria para a prática

As mudanças na direção da corrente podem ser feitas de forma controlada: dependendo de onde o observador é inserido - para onde ele olha -, o fluxo pode ser alterado de uma forma previsível.

Controlar o calor ou a corrente elétrica dessa maneira pode abrir as portas para várias estratégias para projetar componentes de transporte quântico de informações com controle de direcionalidade. Isso seria muito útil no campo da spintrônica, da fonônica (a eletrônica do calor), dos sensores, da geração termoelétrica de estado sólido e vários outros.

Mas essas aplicações práticas ainda estão muito distantes no futuro porque é difícil projetar um "olho observador" consistente em um sistema quântico: "Trabalhamos a partir de uma perspectiva teórica na qual propusemos um modelo simples, no qual a teoria pode ser facilmente verificada porque toda a energia e os fluxos de entropia são preservados. Realizar esse processo experimentalmente seria outra questão. Embora o tipo de dispositivo que precisaria ser projetado exista, e fabricá-lo seria viável, hoje ainda não há possibilidade de fazer isso de maneira controlada," alertou Rubio.

Em vista dessa dificuldade, o grupo está explorando ideias similares que possam ser levadas mais facilmente para o campo prático, "outros mecanismos como uma alternativa aos observadores quânticos, que permitiriam obter efeitos semelhantes e que seriam mais realistas quando se trata de implementá-los experimentalmente," finalizou o pesquisador.

• Há várias Segundas Leis da Termodinâmica em nanoescala

Bibliografia:

Controlling heat and particle currents in nanodevices by quantum observation
Robert Biele, César A. Rodríguez-Rosario, Thomas Frauenheim, Angel Rubio
Nature Quantum Information
Vol.: 2, Article number: 38
DOI: 10.1038/s41535-017-0043-6