Os físicos de Darmstadt estão atualmente dedicados à investigação dos fenômenos relacionados ao envelhecimento de materiais. Pela primeira vez, eles mediram o tique-taque de um relógio interno no vidro. Ao avaliar os dados, eles descobriram um fenômeno surpreendente.

Na vida cotidiana, temos a percepção de que o tempo segue uma única direção. No entanto, quem já testemunhou uma xícara se estilhaçar no chão apenas para se reconstituir espontaneamente? Ninguém! Para os físicos, essa experiência não é imediatamente evidente, uma vez que as fórmulas que descrevem os movimentos são aplicáveis independentemente da orientação temporal.

Um vídeo de um pêndulo balançando livremente, por exemplo, teria a mesma aparência se reproduzido ao contrário. A irreversibilidade que vivenciamos no dia a dia só se manifesta por meio de outra lei fundamental da natureza: a segunda lei da termodinâmica. Essa lei estabelece que a desordem em um sistema aumenta incessantemente. No entanto, se uma xícara quebrada pudesse se recompor, a desordem diminuiria.

Você pode supor que o envelhecimento dos materiais é tão irreversível quanto a quebra de uma xícara. No entanto, ao explorar os movimentos das moléculas em vidro ou plástico, os físicos de Darmstadt recentemente descobriram que esses movimentos são reversíveis no tempo quando observados de uma perspectiva específica.

Os vidros ou plásticos são compostos por uma intricada rede de moléculas. Essas partículas estão incessantemente em movimento, constantemente realocando-se para novas posições. Esse dinamismo contínuo reflete a busca constante por um estado energético mais vantajoso, provocando alterações nas propriedades do material ao longo do tempo, resultando no envelhecimento do vidro.

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No entanto, em materiais práticos, como o vidro utilizado em janelas, esse processo pode levar bilhões de anos para se manifestar. O fenômeno do envelhecimento pode ser caracterizado pelo conceito de “tempo do material”.

Imagine o seguinte: o material tem um relógio interno que funciona de forma diferente do relógio na parede do laboratório. O tempo do material funciona em uma velocidade diferente, dependendo da rapidez com que as moléculas dentro do material se reorganizam.

Um enorme desafio experimental

Apesar de o conceito ter sido identificado aproximadamente há cinquenta anos, até o momento, nenhum pesquisador havia conseguido realizar a medição do tempo do material. Agora, sob a liderança do Prof. Thomas Blochowicz, os cientistas de Darmstadt alcançaram esse feito inédito.

“Foi um enorme desafio experimental”, diz Böhmer. As minúsculas flutuações nas moléculas tiveram que ser documentadas usando uma câmera de vídeo ultrassensível. “Não se pode simplesmente observar as moléculas se agitando”, acrescenta Blochowicz.

Entretanto, os pesquisadores observaram um fenômeno intrigante. Ao incidirem um laser sobre a amostra de vidro, as moléculas presentes nela dispersaram a luz. A sobreposição dos feixes dispersos resultou na formação de um padrão caótico de pontos luminosos e escuros no sensor da câmera. Utilizando métodos estatísticos, foi possível calcular como essas flutuações variam ao longo do tempo, revelando, em outras palavras, a velocidade do relógio interno do material.

“Isso requer medições extremamente precisas que só foram possíveis com o uso de câmeras de vídeo de última geração”, diz Blochowicz.

No entanto, o esforço investido valeu a pena. A análise estatística das flutuações moleculares, realizada com a colaboração de pesquisadores da Universidade de Roskilde, na Dinamarca, proporcionou descobertas surpreendentes.

Em relação ao tempo do material, verificou-se que as flutuações das moléculas são reversíveis no tempo. Essa constatação indica que essas flutuações não se alteram se o tempo do material retroceder, assemelhando-se ao fenômeno observado no vídeo do pêndulo, que mantém a mesma aparência quando reproduzido tanto para frente quanto para trás.

“No entanto, isso não significa que o envelhecimento dos materiais possa ser revertido”, enfatiza Böhmer.

Ao invés disso, o resultado confirma a acertada escolha do conceito de tempo do material, uma vez que reflete de maneira abrangente a parte irreversível do processo de envelhecimento do material. Seu tique-taque encapsula a evolução temporal específica daquele material em particular.

Qualquer outro movimento dentro do material, em relação a essa escala de tempo, não desempenha papel significativo no processo de envelhecimento. Essa dinâmica é comparável, de forma metafórica, ao modo como as crianças brincando no banco de trás de um carro não influenciam seu movimento.

“No entanto, isso não significa que o envelhecimento dos materiais possa ser revertido”, enfatiza Böhmer.

Contrariamente, o resultado reforça a pertinência da escolha do conceito de tempo do material, uma vez que engloba de maneira abrangente a porção irreversível do processo de envelhecimento do material. Seu tique-taque encapsula a evolução temporal específica daquele material em particular.

Qualquer outro movimento dentro do material, no contexto dessa escala de tempo, não desempenha papel significativo no fenômeno de envelhecimento. Analogamente, pode-se figurar que, metaforicamente, as brincadeiras das crianças no banco de trás de um carro não influenciam seu deslocamento.

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Os pesquisadores de Darmstadt sustentam que essa observação é, geralmente, aplicável a materiais desordenados. Essa conclusão foi obtida após examinarem duas categorias de materiais – vidro e plástico – e conduzirem uma simulação computacional de um modelo material, que apresentou resultados consistentes.

“O sucesso dos físicos é apenas o começo. “Isso nos deixa com uma montanha de perguntas sem respostas”, diz Blochowicz.

Por exemplo, ainda não se elucidou completamente em que medida a reversibilidade observada no contexto do tempo material decorre da reversibilidade das leis físicas naturais, nem como as nuances do tique-taque do relógio interno variam entre diferentes materiais. Dessa forma, os pesquisadores estão dedicados a aprofundar essas investigações, o que sugere a possibilidade de novas descobertas instigantes no horizonte.

O estudo foi publicado na revista Nature Physics.