Por que as temperaturas chegam a 1 bilhão de graus, mas apenas a -273°C?

O zero absoluto está muito próximo do nosso alcance confortável… mas não nos daríamos bem lá.

A temperatura é um daqueles conceitos fundamentais que, apesar de nossa experiência cotidiana com ela, pode facilmente nos confundir. E isso não é verdade apenas para os não especialistas. A temperatura tem sido um conceito científico crucial há séculos e entender seus limites nos afeta muito além da ciência pura.

Tudo se resume à termodinâmica: o estudo da energia, temperatura, calor e força e como eles se relacionam. As quatro leis são tão fundamentais que surgem em disciplinas completamente diferentes. E as pessoas têm dedicado suas vidas tentando refutá-las, sem sucesso.

A lei zero afirma que a temperatura é um importante parâmetro empírico e que o equilíbrio térmico é uma relação transitiva. Então, se o objeto A e o objeto B estão em equilíbrio térmico com o objeto C, eles também estão em equilíbrio térmico um com o outro. Isso é praticamente dizer que os termômetros são de fato uma maneira precisa de medir as coisas, e se alguém diz que ontem fez X graus e depois diz que hoje também fez X graus, isso significa que os dois dias tiveram a mesma temperatura.

Uma de nossas analogias favoritas para as outras três leis é imaginar o universo como uma mesa de jogo. A primeira lei é a conservação da energia e é equivalente a saber que você não pode ganhar nesta mesa porque não pode criar algo do nada. A segunda lei nos diz que você não pode nem desenhar. Nenhum sistema é 100% eficiente e a entropia sempre aumenta em um sistema isolado. Desculpe, fãs de máquinas de movimento perpétuo, isso não pode ser feito.

A terceiro diz que você não pode sair da mesa. Você não pode escolher não jogar este jogo. Você está sujeito às leis da termodinâmica onde quer que vá e essas leis sugerem que existe uma temperatura máxima mais baixa possível: o zero absoluto.

O que é o zero absoluto?

A temperatura de um objeto ou substância é devido ao movimento de suas moléculas. Quanto mais quente, mais as moléculas tremem. À medida que a energia é removida de um sistema por meio de processos termodinâmicos (como em uma geladeira, por exemplo), as moléculas ficam mais lentas.

E é aí que entra o zero absoluto. Chegará um ponto em que as moléculas estarão paradas, imóveis. Não há como retardá-las ainda mais. Nenhuma temperatura mais baixa pode ser alcançada.

O valor do zero absoluto é -273,15°C (-459,67°F) ou simplesmente 0 Kelvin na escala do Sistema Internacional de Unidades. O recorde para a temperatura mais fria já alcançada foi quebrado há pouco mais de um ano com o resfriamento do gás rubídio a 38 picokelvins (3,8 * 10 -11 K), realmente apenas uma fração acima do zero absoluto.

Qual é a temperatura mais quente do Universo?

Os humanos gostam de simetria, então se existe um limite inferior, existe também um limite superior? Bem, as coisas não são tão claras quando se trata de quão quente algo pode ser. A temperatura mais quente já criada no laboratório foi de 5 trilhões de Kelvin. Foi criado no Grande Colisor de Hádrons e era a temperatura do Universo alguns instantes após o Big Bang.

Mas podemos ir além disso? Pode ser possível com certeza. Quando se trata da física dos mais quentes, ainda precisamos encontrar algo tão estrito quanto o zero absoluto. O calor absoluto tem várias possibilidades, pode ser 10.000 vezes mais quente do que conseguimos em colisores de partículas, por exemplo. Mas não é rigoroso.

O único limite que pode ser encontrado na física depende da chamada escala de Planck. Esse conjunto de unidades de medida depende exclusivamente de constantes físicas e tende a sinalizar onde a física como a conhecemos se rompe. A temperatura de Planck é equivalente a 1,4 x 10 32 K. Isso é 100 bilhões de bilhões de vezes o que você pode obter em um acelerador de partículas. Os cientistas não acreditam que seja possível ficar mais quente do que isso, mas o verdadeiro limite pode ser muito menor.

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