Pergunta
------Mensagem original-----
De: Wilton P. Silva [mailto:wiltonps@uol.com.br]
Enviada em: segunda-feira, 5 de agosto de 2002 21:38
Para: sigma@ sigmasociety.com
Assunto: oráculo
Olá Hindemburg. Meu nome é Diogo Diniz (participei
do puzzle challenge), em primeiro lugar gostaria de dar os parabéns
pela rapidez com que respondeu aos meus e-mails. Certa vez, em
uma prova de física o professor pediu para dizermos um
meio de atingir o zero absoluto. Em vez disso eu argumentei que
isso seria altamente improvável, já que o calor
flui naturalmente dos corpos de maior temperatura para corpos
de menor temperatura. Mas ainda sim é possível que
o contrário ocorra(o calor fluir "ao contrário"),
imagino que a baixas temperaturas a probabilidade de que isso
ocorra seja bem maior que a altas temperaturas. Como exitem experiências
que buscam atingir o zero absoluto creio que isto não seja
impossível. Gostaria que vc comentasse o meu comentário
e informasse um meio de atingir o zero absoluto.
Resposta
Olá,
Diogo.
Tudo bem?
A interpretação talvez não seja exatamente
essa. Não é o calor que vai de corpos quentes para
frios. A energia (talvez o “grau de agitação”,
mas também não gosto dessa idéia) é
que tende a uma distribuição aproximadamente uniforme.
Se um corpo está quente e o outro frio, a tendência
é de que com o passar do tempo ambos atinjam a mesma temperatura,
e para que a quantidade total de energia do sistema permaneça
inalterada, o corpo que estava à temperatura mais alta
vai arrefecer e o outro vai esquentar. Não houve “transmissão”
de calor. O que aconteceu foi uma homogeneização
da energia total presente no sistema. Um exemplo mais claro: se
você tem uma caixa de 100cm^3 dividida em dois compartimentos
de 50cm^3 cada, e um dos compartimentos está cheio de gás.
Se não houver algo separando os dois compartimentos, o
mais provável (mas não única possibilidade)
é que o gás vá progressivamente ocupando
todo o compartimento numa distribuição quase uniforme,
em vez de ficar concentrado apenas de um lado ou em vez de se
comprimir em espaço cada vez menor. Mas é um fenômeno
estatístico, portanto existe a probabilidade (muito remota)
de o gás se contrair, em vez de se expandir. Como o número
de partículas envolvidas geralmente é muito grande,
as chances de que o gás se contraia (ou mesmo de que não
se expanda) é tão pequena que, em nossa suposta
caixa com 100cm^3, provavelmente isso nunca será observado
ao longo da história do universo. Porém, conforme
você comentou, quanto menor for o número de partículas
envolvidas e menor for a mobilidade média dessas partículas,
maior será a chance de que todas elas conspirem para um
comportamento oposto ao que observamos na maioria das vezes.
O grande problema de tratar de limites extremos, como zero Kelvin,
é que começamos a lidar com os conceitos em seus
fundamentos mais íntimos. Não sabemos exatamente
o que é temperatura. Tradicionalmente se considera que
a temperatura é o grau de agitação das partículas,
mas não é. A temperatura apenas está associada
diretamente ao grau de agitação entre as partículas.
Se você aumenta o grau de agitação, a temperatura
aumenta aproximadamente na mesma proporção. Mas
se você remover todas as partículas, deixando apenas
espaço vazio, realmente vazio, sem partículas virtuais,
sem bósons de Higgs, sem nada, simplesmente não
há como responder se essa região tem uma temperatura,
e caso tenha, não sabemos como avaliar sua intensidade.
Se inserirmos nessa região uma partícula perfeitamente
rígida, ou seja, cada parte dessa partícula estará
em repouso em relação às outras partes, poderíamos
precipitadamente presumir que ela estará a zero Kelvin.
Mas as partes mais externas dessa partícula serão
atraídas pelo centro da partícula, devido à
gravidade. Não importa que a força seja muitíssimo
pequena, o que importa é que haverá ou uma tendência
à deformação. Se houver tal tendência,
isso pode ser interpretado como pressão. Então as
questões são: essa pressão implica aumento
de temperatura? Essa pressão resulta da ação
de grávitons? Em caso afirmativo, esses grávitons
estariam em movimento e isso violaria nossa hipótese inicial
de que a partícula é rígida. Então
podemos tentar remendar e dizer que a partícula é
um gráviton e está em repouso em relação
a si mesmo. Mas o que é um gráviton? O fato dele
ter spin=2 implica movimento? E se ele for puntiforme? Mas ele
pode ser puntiforme? Não sabemos. Suponhamos que seja puntiforme,
então ele não poderá ter massa. Lá
estará o gráviton, parado, puntiforme, sem massa,
a zero Kelvin. O que significa tudo isso? Se o gráviton
é um bóson, assim como o fóton, é
possível colocá-lo em repouso? Não há
como lidar com esse tipo de problema. Nem sequer sabemos de que
estamos falando, não sabemos se existem as entidades que
estamos invocando para nosso experimento imaginário.
Note que até aqui apenas discutimos uma situação
hipotética de ausência de movimento, mas isso ainda
não é o mesmo que zero Kelvin. É possível
que temperatura e grau de agitação mantenham uma
fortíssima correlação em fenômenos
macroscópicos, mas a curva degringole à medida que
se aproxima de zero Kelvin. E mesmo que a correlação
fosse sempre perfeita, estamos tratando de experiências
imaginárias, com situações altamente idealizadas,
impossíveis de serem reproduzidas empiricamente. Podemos
concluir, pela dificuldade para formular uma situação
imaginária em que se possa chegar a ausência de movimento,
que é impossível atingir empiricamente (e talvez
até teoricamente) a temperatura de zero Kelvin. O melhor
que se pode fazer é usar campos magnéticos para
deixar algumas poucas partículas quase em repouso umas
em relação aos outras, construindo pequenos cristais
no interior de aceleradores de partículas. Tenha em conta
que uma temperatura de 0,1K ou 0,0000001K ou mesmo 10^-1000K ainda
é infinitamente mais alta que 0K. Portanto, não
pode haver experiência capaz de produzir um ambiente de
zero Kelvin. O melhor que se pode fazer é ir progressivamente
ganhando decimais. No Guinness Book de 1998, o recorde de temperatura
mais baixa era de 2,8*10^-10K, obtida no Laboratório de
Baixas Temperaturas da Universidade de Helsíquia (do nosso
amigo Petri Widsten), na Finlândia, em 1993. Um detalhe
importante: o que eles afirmam que foi resfriado a esse ponto
é a região do núcleo de um átomo.
Obviamente não é possível medir essa temperatura
por vias diretas, inserindo um termômetro ou algo parecido.
O cálculo é feito com base numa série de
hipóteses, sendo a principal delas a correlação
entre a temperatura e o grau de agitação. E nesse
caso, o grau de agitação é determinado por
meios também indiretos.
Portanto não existe nenhum método que permita chegar
a zero Kelvin.
Um abraço!
Piu
P.S.: Nosso amigo Peter Bentley trabalha com baixas temperaturas.
Se você quiser enviar a pergunta em inglês, posso
repassar a ele e ver se ele tem algo a acrescentar.
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