domingo, 5 de maio de 2024

O Demónio de Maxwell



 James Clerk Maxwell (1831 – 1879) foi um dos maiores físicos possuidor de uma criatividade inigualável que até hoje a humanidade conheceu. A ele, se deve a segunda grande unificação na Física (a primeira deve-se a Isaac Newton com as suas leis da gravitação universal) que unificou o magnetismo, a electricidade e os próprios fenómenos luminosos, a concepção da ideia de campo e portanto da natureza do primeiro campo quântico electromagnético reflectida nas suas respectivas equações.

Em 1867 idealizou uma estrutura, que posteriormente ficou conhecida como “Maxwell Demon”, uma espécie de máquina cujo objectivo era peneirar de acordo com a temperatura, moléculas constituintes de um meio gasoso, em que as de maior temperatura iriam para um lado e as mais “frias” para o outro, um processo em completo desacordo com a segunda lei universal da termodinâmica, mais conhecida por entropia, onde o tempo é a variável que tudo resolve ao assumir uma direcção única de desenvolvimento de todos os fenómenos, uma direcção do passado para o futuro em que um efeito é consequência de uma causa. 

O “Demónio de Maxwell” onde a entropia decresce 
Fonte: Wikipédia

Ou seja, a ideia subjacente a este processo envolveria a criação de um sistema que produzisse frio extraindo calor invertendo a lei da causalidade ou a lei de causa e efeito. Poderíamos chamar a este processo uma exploração de uma “ordem causal indefinida” como processo probabilístico que fundamentalmente caracteriza os processos de transferência de fluxos de calor na termodinâmica. Sabemos que de acordo com a segunda lei da termodinâmica, o fluxo de calor só pode ser feito naturalmente de um corpo quente para um corpo frio, nunca havendo transferência de calor entre sistemas à mesma temperatura. É a teoria base da cinética dos gases.
O “demónio” aqui seria uma criatura hipotética, que envolvesse uma nano tecnologia, que desafiando a segunda lei da termodinâmica, ordenaria as partículas ou moléculas de um gás, de modo que seria invertido o sentido normal do fluxo de calor. 
A ideia seria fazer com que os eventos se sucedessem numa ordem probabilística de modo que o calor fluísse para o lado desejado (quente ou frio) sem colidir com as leis da termodinâmica. Ora, esta acção probabilística da termodinâmica é também partilhada com a mecânica quântica. É aqui que vai entrar a “mágica” da Mecânica Quântica, pela qual são possíveis gerar acontecimentos sem qualquer referência temporal ou estrutura de causa/efeito, coisa que no tempo de Maxwell era impensável. Só que agora para inverter o fluxo temporal, em vez do “demónio” vai usar-se a actualmente designada “testemunha de inseparabilidade causal”, criando a tal "ordem causal indefinida", e que em vez de apenas ficar separando partículas frias e quentes, fica também observando e registando com um (sim) ou zero (não), se respectivamente as operações são realizadas numa ordem causal definida ou não (indefinida). A ideia é fazer prevalecer o registo zero ou “não”, a informação dada pela “testemunha causal”, tirando proveito da indefinição da causalidade ou do seu aspecto inerentemente probabilístico, de tal modo que os fluxos de acontecimentos se sucedam em determinada ordem em que obrigatoriamente o calor flua para um dos lados, ou quente ou frio. É este o processo quântico “mágico” utilizando qubits de informação que actualmente a nanotecnologia permite. 
Obviamente não teremos competência, nem tampouco é nosso objectivo na exploração deste tema, entrar nos pormenores técnicos relativos ao desenvolvimento e delineamento da experiência concebida pela equipa de físicos da Universidade escocesa de Edimburgo liderada por Davis Leigh (1), que conduziu à construção de uma “máquina” que concretiza o “Demónio de Maxwell”. Antecipam-se já utilizações excepcionais futuras que mais perecem do domínio da ficção científica, como motores movidos a informação: é este o preço a pagar pela compreensão, sempre parca e temporária, dos fenómenos no domínio da física quântica.


Sistema quântico de quatro tempos baseado na ordem causal indefinida.
Fonte: Xinfang Nie et al. - 10.1103/PhysRevLett.129.100603.

O resultado final da medição do qubit de controlo decide a direcção do fluxo de calor.
Fonte: Xinfang Nie et al. - 10.1103/PhysRevLett.129.100603, (2).


Motores movidos a informação, faz-nos pensar em algo subjacente às bases conceptuais de todas cosmogonias universais. Ali são exemplos de informação, a Vontade e a Necessidade expressas por entidades supra humanas, para uns Deuses, para outros, Demónios, na “criação” de universos, um processo eminentemente probabilístico de uma ordem causal indefinida, assente na ideia de que na origem era o “Caos” do qual se fez a “Luz” – talvez uma flutuação do vazio, como agora é a ideia defendida pela cosmologia. Aliás este conceito soluciona o paradoxo da entropia na origem do universo: do nada surgem sistemas de uma organização crescente. De uma incompreensível singularidade surgem nuvens de gás que se organizam em triliões de sóis em galáxias que por sua vez formam redes ou teias cósmicas de matéria que constitui apenas cerca de 4% do que conhecemos. Então a entropia parece querer aqui salvaguardar o processo do eterno retorno às origens previsto teoricamente por Roger Penrose na sua Cosmologia Cíclica Conforme sem qualquer referência a um tempo global ou a uma estrutura causal. 
Mas…isto já os Vedas laboravam há alguns milénios!
Interessante verificar que a visão reducionista que tem prevalecido na metodologia científica e que nos conduziu pela mão da física quântica, noutras escalas, à confirmação da inexistência de uma seta do tempo naqueles domínios, também o faz na visão inversa, não reducionista mas alargada ao domínio cosmológico, onde as estruturas titânicas dos Buracos Negros (e Brancos) com as suas singularidades expostas, e por agora inatingíveis, nos conduzem também a uma referência intemporal. Nos dois domínios o tempo não existe e a rectrocausalidade é possível. Em ambos os casos eventos quânticos juntam-se aos eventos relativísticos e estabelecem-se tanto nas diferentes escalas do microcosmo como do macrocosmo, e independem do espaço e do tempo, e quebram a simetria da causa/efeito.
Mas, isto já Agostinho de Hipona defendia!

Outro fenómeno também alia a visão reducionista com a universal. Uma espécie de visão cosmista transmitida pelo fenómeno do emaranhamento quântico e que nos faz pensar numa origem comum que assume o Cosmos como uma entidade única, semelhante à orgânica, onde qualquer evento é partilhado (a tal acção fantasmagórica à distância einsteiniana). Uma partícula – um quark, um átomo, uma molécula, que compartilhe propriedades com outra é afectada instantaneamente por qualquer coisa que aconteça com a primeira, mesmo que elas sejam levadas para lados opostos da galáxia. Esta descoberta, que confirmou a violação das desigualdades de Bell, garantiu o Prémio Nobel da Física a um trio de investigadores. Mas, então aqui temos a causalidade a actuar ainda que independentemente do espaço e do tempo. No entanto é exactamente esta causalidade que vai conferir o aspecto da permanência necessária ao Universo e permitir a eclosão e a possibilidade de a Vida singrar. Ou seja, é necessário que exista alguma estabilidade que só o espaço e o tempo podem conferir. Esta, é dada na nossa dimensão macro pela existência de uma seta do tempo (do passado para o futuro) e da entropia (do quente para o frio): em termos humanos será sempre a causa de uma intrusão manifesta na nossa visão reducionista geradora de dualidades (os princípios hinduístas Rajas, Sattva, Tamas) ou os pilares da Árvore da Vida da Cabala. Dela, nos liames da ilusão Maya, a Ciência tem-no demonstrado paulatinamente, que iremos nos libertando na medida do progresso material e espiritual no caminho do Conhecimento e da Verdade. 

Mas esta não é a única dualidade. Outra mais radical impõe-se instalada entre a nossa dimensão onde prevalece a entropia e a causalidade e aquela que lhe instilou a não-localidade, o emaranhamento e a independência do espaço e do tempo, fenómenos que na matéria revelam a sua existência, a de uma natureza superior e seguramente de uma dimensão quântica de natureza covariante que se contém a si própria e todas as outras formadas pelos conhecidos campos quânticos electromagnéticos, da Força Nuclear Forte e da Força Nuclear Fraca. São os campos quânticos covariantes que aglomeram a matriz fractal em “laços” do espaço – a antevista gravidade quântica, suporte forçoso do referido fenómeno não-local do emaranhamento e onde reside e evolui toda a informação holomórfica e da consciência. Esta foi intuída sob a forma revelada panpsiquista ou definida pelo Akasha sânscrito (Ākāśa) nos Puranas, o Svabhavat ou o Buddhi mais Atman do Budismo do Norte ou ainda expressa no inconsciente colectivo de Carl Gustav Jung.
Os fenómenos de sincronicidade com características incontornáveis de conexão acausal (diferente de casualidade) revelados por Jung são a prova, de que estes fenómenos únicos e irreproduzíveis pela vontade, sendo experiências únicas, podem contudo ser explicados pela introdução daqueles campos de natureza covariante que canalizam e introduzem padrões subjacentes com “coincidência significativa” para a mente humana (Manas e Kama Manas).
Assim, se por um lado temos a dualidade manifesta no dia-a-dia própria da matéria/anti-matéria e das forças que a regem; por outro lado temos aquela outra dualidade que como um espelho reflecte dimensões de uma escala covariante subtil na primeira – afinal a que conduz ao despertar da consciência. A Pistis Sophia que cai no Caos e dele se levanta inúmeras vezes. Contudo, subsiste algo a envolver estas duas escalas de dimensões dualistas: aquela que tudo contém e de onde tudo provém e que sendo única não apresenta dualidades por ser infinita e incognoscível para nós, partículas, ínfimas, mas de enorme potencial porque saídas do seu seio.
Entretanto saibamos estar sempre sintonizados com as manifestações de não-localidade, de acausalidade e da sincronicidade atemporais de que estamos permanentemente envoltos sem dar por isso. Somos “motores” movidos a informação!


Notas e Bibliografia

(1) “Exercising Demons: A Molecular Information”; Ratchet, Viviana Serreli, Chin-Fa Lee, Euan R. Kay, David A. Leigh; Nature, 1 February 2007, Vol.: 445, Issue 7126 - 523-527.

(2) Explicação sucinta do processo como fluxo cíclico de informação em quatro tempos ou etapas, onde se regista a transferência não clássica de calor:
Primeiro tempo: Quando a testemunha causal é medida, de acordo com uma ordem causal indefinida, em que o material de trabalho entra em contacto com duas fontes de calor, surgem duas alternativas expressas simbolicamente em duas alternativas: se o resultado for |0>-|1>, o ciclo continua; no caso contrário, o processo é repetido até se obter |0>-|1>; 
Segundo tempo: O material de trabalho entra em contacto de forma clássica com a fonte externa e liberta o fluxo de calor; 
Terceiro tempo: O material de trabalho entra em contacto de forma clássica com as duas fontes de calor e liberta o fluxo de calor; 
Quarto tempo: A testemunha causal e o material de trabalho são reinicializados.


João Porto e Ponta Delgada, 5 de Maio de 2024



O Demónio de Maxwell

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