O que é zero absoluto?

A seguinte pergunta foi enviada para mim ontem:

Você pode me dizer o que significa zero absoluto? Como pode ser que a temperatura não esteja abaixo deste valor? E se houver zero absoluto como limite inferior de temperatura, existe algum limite superior?

Sim, de fato o zero absoluto é a menor temperatura possível que um corpo físico pode ter. Nos graus Celsius a que estamos acostumados, essa temperatura é de -273,15 graus.

O que é temperatura? É uma medida quantitativa de quão quente é um corpo físico. Do que depende a temperatura? Por que alguns corpos têm temperatura mais alta e outros têm temperatura mais baixa? O que os distingue um do outro?

A principal diferença é a velocidade do movimento browniano das partículas que compõem um corpo — átomos e moléculas. Quanto mais rápido as moléculas e os átomos se movem, mais alta a temperatura do corpo, mais lenta, mais baixa. Mais precisamente, os corpos aquecidos possuem maior energia cinética média das partículas que compõem o corpo.

Quando um objeto esfria, a velocidade média das partículas que o compõem diminui. Assim, o zero absoluto é uma temperatura hipotética na qual o movimento térmico das partículas para completamente.

Por que hipotético? Porque tal temperatura é inatingível. Para resfriar termodinamicamente um corpo até o zero absoluto, você precisaria de um refrigerante mais frio que o zero absoluto, mas isso é impossível. Para que o refrigerante tenha temperatura abaixo do zero absoluto, a energia cinética média de movimento de suas partículas deve ser negativa, o que é impossível — a energia cinética é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade e da massa. Para que se torne negativo, ou a velocidade deve ser expressa por um número complexo ou a massa deve se tornar negativa.

Corpos resfriados a temperaturas próximas ao zero absoluto passam a apresentar propriedades interessantes que não lhes são inerentes em condições normais, como supercondutividade, superfluidez, etc.

Ok, se o zero absoluto é o limite inferior de temperatura possível, existe um limite superior? E a resposta é sim! O limite superior de temperatura é a chamada temperatura de Planck. É igual a cerca de 1,417 × 1⁰³² kelvin, ou graus Celsius — nessa escala, a diferença entre a escala Celsius e a escala Kelvin é tão pequena que pode ser desprezada.

O significado físico da temperatura planckiana é o seguinte: o comprimento de onda da luz emitida por um corpo aquecido pode ser calculado em função de sua temperatura. Quanto maior a temperatura, menor o comprimento de onda. Na temperatura de Planck, o comprimento de onda da luz emitida torna-se igual a outra constante fundamental - o comprimento de Planck (1,616 × 10-⁵ m) e os efeitos da gravidade quântica começam a funcionar.

Leia também: Excedendo a velocidade da luz

Neste ponto, a física moderna está em um impasse, porque ainda não temos uma teoria desenvolvida da gravidade quântica e, portanto, não podemos descrever com segurança o comportamento de corpos com temperatura maior que a temperatura de Planck dentro da estrutura da física moderna.

Supostamente o universo tinha uma temperatura igual à temperatura de Planck nos primeiros nanossegundos após o big bang. Mas não é certo.

Clappe se quiser ver mais artigos sobre espaço no seu feed!

Inscreva-se em nosso canal e tire suas dúvidas, que responderei nos próximos artigos.