Oráculo


P
ergunta


------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.


R
esposta

 

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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