Recentemente (setembro de 2014) circulou na mídia a noticia de que cientistas alemães teriam conseguido resfriar um gás a uma temperatura de alguns bilionésimos de grau abaixo do zero absoluto (0o K). Para quem conhece um pouco da física isso parece ser algo impossível, mas se analisarmos o que ocorreu de uma forma mais realista, segundo a visão da física atual, veremos que isso não é impossível. Saiba o porquê neste artigo.
Para entender o porquê segundo a física tradicional não é possível esfriar um corpo a uma temperatura abaixo do zero absoluto ou zero grau Kelvin, devemos começar por relembrar o conceito de temperatura.
Para esta finalidade tomemos como exemplo um gás formado por átomos isolados que se encontra num recipiente fechado.
Esse gás será então formado por uma enorme quantidade de átomos que, possuindo uma energia cinética elevada se agitam freneticamente de tal modo que a força de coesão que existe entre eles não é suficiente para mantê-los unidos, conforme mostra a figura 1.
Os átomos se chocam continuamente transferindo uns para os outros a energia cinética.
Quando medimos a temperatura desse gás, o que fazemos é então medir essa energia cinética que tem um valor médio, já que as partículas (átomos) do gás se encontram em velocidades diferentes.
Se reduzirmos essa energia, retirando-a do sistema, o que significa “retirar calor”, a agitação médias dessas partículas diminui proporcionalmente, até o ponto em que as forças de coesão podem superar as forças envolvidas no processo de agitação.
Neste momento, os átomos podem “grudar” unos nos outros, formando uma estrutura mais cerrada, mas ainda assim contendo muita energia cinética.
O gás terá se transformado num líquido, conforme mostra a figura 2.
As partículas, entretanto, ainda não são totalmente presas umas às outras pelas forças de coesão, e com isso elas podem deslizar umas sobre as outras mudando constantemente de posição.
Isso dá então a característica principal de um líquido que é a de não ter uma forma definida.
Mas, podemos continuar ainda retirando calor do corpo e com isso reduzir ainda mais a energia cinética das partículas.
Chega o momento em que as forças de coesão atuam de uma forma mais decisiva e podem manter firmes as partículas unidas umas nas outras, sem que elas se desloquem ou mudem de posição.
O corpo terá passado para o estado sólido, conforme mostra a figura 3.
Os átomos do material, entretanto ainda continuam vibrando e por isso ainda podemos medir essa agitação na forma de sua temperatura.
Mas, podemos ainda continuar tirando calor desse material de modo a reduzir cada vez mais a agitação dos átomos e com isso sua energia cinética.
Chega, entretanto, o momento em que o átomo não mais tem energia cinética para ceder e ele não “vibra” mais.
Teremos chegado ao limite e a temperatura medida é a menor possível.
A temperatura em que isso ocorre é de -273º C ou 0o Kelvin. Não existe temperatura menor, porque não existe agitação menor do que o parado.
Não existe movimento mais lento do que estar parado.
Tudo isso, funciona desta maneira se for analisado segundo a física clássica.
Física Quântica
O calor envolve o movimento ou a agitação das partículas de um átomo, e quando analisamos os fenômenos que ocorrem nas dimensões diminutas dessas partículas encontramos contradições que somente a física quântica explica.
E, ao que parece este é mais de um dos casos estranhos, que na verdade são perfeitamente naturais se explicado à luz de uma física apropriada.
Os cientistas já tem notados fenômenos quânticos que ocorre com partículas onde o tempo parece fluir ao contrário, em que são envolvidas energias negativas e coisas assim.
Tudo isso se deve ao fato de vivermos num universo de 3 dimensões que se expandiram, mais uma quarta que é o tempo.
No entanto, segundo os cientistas estão demonstrando, no mundo das sub-partículas o universo teria mais 9 dimensões que não se expandiram mas em que elas poderiam transitar...
Em outras palavras, segundo a idéia atual das supercordas segundo a qual todas as partículas seriam formadas de estruturas elementares na forma de filamentos unidimensionais (só teriam comprimento no nosso universo), o que elas determinariam seria dado pela maneira como vibram.
Uma supercorda (superstrings) vibrando de forma simples resultaria num elétron. Vibrando numa segunda harmônica formaria um pósitron, vibrando com muitos nodos formaria um próton e assim por diante, conforme sugere a figura 4.
Ocorre, entretanto, que estas estruturas extremamente pequenas não vibrariam apenas nas três dimensões do nosso universo, mas nas outras que ficaram embutidas e aí começam a ocorrer as coisas.
Passando para o “outro lado” começam a ocorrer os fenômenos estranhos que a física quântica procurar explicar e à medida que a tecnologia avança, começam a ser observados.
A possibilidade de um gás se esfriar tanto que as partículas passariam a conter apenas a energia das vibrações dessas dimensões embutidas (?) que seriam negativas para nós, nos levaria ao estranho fenômeno do gás com temperatura abaixo do zero absoluto.
Para onde vamos
A constatação de que tais fenômenos são reais cada vez fortalece mais a idéia de uma nova física (unificada) em que possamos entender melhor o nosso universo.
E, mais que isso, dominando esses fenômenos poderemos criar dispositivos cada mais fantásticos, como os que já envolvem a plasmônica e nanotecnologia, levando a aplicativos como modems mais rápidos que a luz, o chamado “salto” tão badalado nos filmes de ficção científica como Star Trek (Jornada nas Estrelas) e muito mais.
Lembre-se de que, o que era ficção há alguns anos, hoje é realidade.
Para quem quer saber mais:
Se o leitor gosta deste tema e tem uma boa base de física, sugerimos um livro que sem dúvida mexe com os conceitos atuais. Abordando a Física Quântica de uma maneira profunda, sugerimos a leitura do livro “O Tecido do Cosmos” de Brien Greene – Companhia das Letras http://www.companhiadasletras.com.br/detalhe.php?codigo=11362
