A temperatura é uma das medidas fundamentais da física e é absolutamente crucial para todos os tipos de vida. Mas em temperaturas ultra-altas e ultra-baixas, as coisas podem ficar muito estranhas – como você verá. Aqui está uma lista de dez fatos interessantes sobre esse fator importante em nosso mundo:
A temperatura mais quente já registrada pelo homem é de 7,2 trilhões de graus Fahrenheit, ou cerca de quatro bilhões de graus Celsius. Como esperamos minimizar o uso de superlativos nesta lista, digamos apenas: isso é muito interessante. Na verdade, é cerca de 250 mil vezes mais quente que a temperatura no centro do Sol. A gravação extrema foi feita no Brookhaven Natural Laboratory, em Nova York, em seu Relativistic Heavy Ion Collider de 3,9 quilômetros de extensão . Os cientistas estavam esmagando íons de ouro, na tentativa de recriar condições semelhantes às do big bang, criando um plasma de quark-glúon . Neste estado de plasma, as partículas que constituem o núcleo dos átomos – protões e neutrões – separam-se e criam uma “sopa” dos seus quarks constituintes.
Já mencionamos o condensado de Bose-Einstein. É um fenômeno que ocorre na matéria uma fração de grau acima do zero absoluto. Embora anteriormente observado apenas nessas temperaturas superfrias, os cientistas conseguiram recriar o efeito à temperatura ambiente, usando luz em vez de matéria .
Conseguiram fazer isso por causa da densidade relativa da matéria e da luz; um dos cientistas envolvidos, Jan Klars, explicou que “Nosso gás fóton tem densidade um bilhão de vezes maior e podemos alcançar a condensação já em temperatura ambiente”. Eles forçaram a luz a viajar através de dois espelhos com partículas de corante entre eles. À medida que a luz saltava para frente e para trás, ela perdia um pouco de energia cada vez que passava por algum corante. E quando atingiu a temperatura ambiente, a luz começou efetivamente a se comportar como um gás ultrafrio feito de matéria tradicional. Este resultado assume uma relevância totalmente nova quando aprendemos que poderá levar a novos tipos de lasers – o que, afinal, deveria ser o objetivo final de toda a investigação em física.
Alguns de vocês já devem estar familiarizados com as seguintes comparações – mas reservem um momento para pensar sobre o que elas realmente significam, em relação às temperaturas normais da experiência humana. O sol – para usar um eufemismo de uma entrada anterior – está muito quente. É mais quente no centro, que atinge cerca de vinte e sete milhões de Fahrenheit (quinze milhões de Kelvin). Em comparação, na verdade tem menos de dez mil graus Fahrenheit em sua superfície (cerca de 5.700 K).
O centro da Terra está aproximadamente à mesma temperatura da superfície do sol. Além do centro do Sol, a parte mais quente do nosso sistema solar é o núcleo de Júpiter, que, notavelmente, é cinco vezes mais quente que a superfície do Sol .
E o lugar mais frio conhecido? Na verdade, isso ocorre em nossa lua, onde as temperaturas nas sombras de algumas crateras são apenas trinta Kelvin acima do zero absoluto. As temperaturas, medidas pela Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA, são ainda mais frias do que as de Plutão .
A unidade SI de temperatura é o Kelvin. As temperaturas usadas para definir isso são o zero absoluto – o limite inferior da temperatura – e o que é conhecido como ponto triplo da água. Um ponto triplo é definido como a temperatura pela qual os três estados tradicionais da matéria de uma substância existem em equilíbrio. Neste ponto, a alteração infinitamente pequena na temperatura ou pressão pode ser usada para alterar seu estado de uma forma ou de outra.
Para definir um Kelvin, você pega a diferença de temperatura entre o ponto triplo da água e o zero absoluto e divide por 273,16. Existem aplicações práticas limitadas do ponto triplo da água, mas a sua proximidade ao ponto de fusão é fundamental para criar a almofada aquosa necessária para permitir que as pessoas patinem no gelo .
As regras da natureza que governam a temperatura são conhecidas como Leis da Termodinâmica. Originalmente havia apenas uma primeira, uma segunda e uma terceira lei – mas depois os cientistas criaram uma quarta lei. A lei mais recente afirmava que “se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, eles também estão em equilíbrio térmico entre si”.
Isso basicamente significa que se dois objetos não têm uma troca líquida de calor com um terceiro objeto, eles não o fariam entre si – que é como os definimos como estando à mesma temperatura.
Os cientistas logo perceberam que esta lei é fundamental para todo o campo da termodinâmica; eles também perceberam que deveria ter sido a primeira regra que formularam. Como a “primeira lei” já foi adotada, eles lhe deram o devido respeito, chamando-a de “ lei zero ”. Foi por volta de 1935 quando a lei foi cunhada – o que significa que os cientistas só conseguiram definir formalmente o que significava temperatura algumas centenas de anos após o desenvolvimento do campo.
Algumas pessoas estabeleceram suas casas nos lugares mais improváveis. Os lugares permanentemente habitados mais frios do mundo são as cidades de Oymyakon e Verkhoyansk, na Sibéria, que mencionamos antes . Durante o inverno, as temperaturas ficam abaixo de cinquenta graus Fahrenheit negativos.
A cidade mais fria do mundo também fica na Sibéria. Yakutsk, com uma população de 270 mil habitantes, não é muito mais quente no inverno do que seus primos menores – muitas vezes caindo abaixo de quarenta graus Fahrenheit negativos. Mas no auge do verão, as temperaturas podem subir até o outro extremo da escala, até quase noventa graus Fahrenheit.
A temperatura média mais elevada registada pertence à cidade abandonada de Dallol , na Etiópia, que registou uma temperatura média de noventa e seis graus na década de 1960. O recorde de cidade mais quente é Bangkok, com temperaturas médias do ar ultrapassando os noventa e três graus entre março e maio.
Mas o recorde de local de trabalho mais quente provavelmente vai para a mina de ouro de Mponeng, na África do Sul. A três quilômetros abaixo da superfície, as temperaturas das rochas podem atingir 150 graus Fahrenheit. O gelo deve ser bombeado para dentro da mina – e as paredes isoladas com concreto – para permitir que as pessoas trabalhem lá sem morrer.
Resfriar as coisas produziu muitos resultados interessantes e importantes na ciência. Os humanos produzem as coisas mais frias conhecidas no universo, muitas ordens de magnitude mais frias do que qualquer coisa que ocorre naturalmente. A refrigeração permite atingir temperaturas de alguns miliKelvin . A temperatura mais fria já alcançada é ligeiramente abaixo de cem picoKelvins, ou 0,0000000001 K. É necessário usar um tipo de resfriamento magnético para atingir temperaturas tão baixas. Temperaturas semelhantes podem ser alcançadas em pequena escala usando lasers .
A estas temperaturas, a matéria comporta-se de forma diferente do normal (ver o condensado de Bose-Einstein acima como exemplo) – um facto que é fundamental para revelar as muitas peculiaridades estranhas da mecânica quântica.
Se você levasse um termômetro para o espaço profundo e o deixasse lá, longe de qualquer fonte de radiação, ele indicaria 2,73 Kelvin – um pouco abaixo de 454 graus Fahrenheit negativos. Essa é a temperatura natural mais fria do universo .
O espaço é mantido acima do zero absoluto pela radiação de fundo que sobrou do Big Bang. Embora o espaço seja muito frio, é interessante notar que um dos maiores problemas encontrados pelos astronautas é, na verdade, o calor. O metal descoberto em objetos em órbita pode atingir quinhentos graus Fahrenheit (260 C) devido ao calor desimpedido do sol e precisa ser coberto com revestimentos especiais para reduzir a temperatura de toque para “apenas” 250 Fahrenheit (120 C).
O próprio espaço sideral, entretanto, está cada vez mais frio. A teoria já previu isto há muito tempo, e medições recentes confirmaram que o Universo está a arrefecer cerca de um grau a cada três mil milhões de anos .
Continuará caminhando em direção ao zero absoluto, embora nunca chegue a alcançá-lo (um feito impossível ). O calor de fundo do universo faz pouca diferença para nós; o efeito dos corpos celestes em nosso sistema solar e galáxia o torna menor. Portanto, não vai contrabalançar o aquecimento global, caso alguém tenha alguma ideia.
O calor é uma propriedade mecânica da matéria. Simplificando: quanto mais quente é uma coisa, mais energia suas partículas têm à medida que se movem. Os átomos de um sólido incandescente vibram mais rapidamente do que os átomos de um pedaço de material frio. Da mesma forma, aqueles que estão em um líquido ou gás giram com uma velocidade que depende de quão quentes estão. Isso é algo bastante básico, que você provavelmente aprendeu no ensino médio – mas durante centenas de anos, até o final do século XIX, os cientistas acreditaram que o próprio calor era na verdade uma substância. Isso é conhecido como teoria calórica .
O gás do “calor”, acreditavam os cientistas, evaporaria de uma substância quente, resfriando-a assim. Fluiria de um objeto quente para um mais frio. Muitas das previsões decorrentes da teoria calórica são realmente verdadeiras, e muito progresso científico foi possível apesar deste mal-entendido fundamental. A teoria calórica teve até proponentes até o final do século XIX, altura em que a teoria mecânica do calor foi estabelecida indiscutivelmente.
Esta lista fez muitas menções ao zero absoluto. Já mencionamos isso no Top 10 Curiosidades antes . Mas e o outro extremo da escala? Quão quentes as coisas podem ficar? A resposta curta é que não temos certeza; e é uma questão que está na vanguarda da física fundamental moderna .
A temperatura mais quente comumente mencionada na ciência é conhecida como Temperatura de Planck. É a temperatura mais quente que se acredita ter ocorrido no universo, apenas uma fração de momento após o Big Bang. É cerca de 10 ^ 32 Kelvin. Para lhe dar uma perspectiva, isso é cerca de dez bilhões de bilhões de bilhões de vezes mais quente do que a temperatura mencionada anteriormente, que era 250.000 vezes mais quente do que o núcleo do Sol. E você pensou que a água do seu banho estava quente. A Temperatura de Planck é a temperatura mais alta possível, de acordo com o Modelo Padrão. Qualquer lei mais quente e convencional da física começa a entrar em colapso .
É possível que a temperatura continue a aumentar mesmo depois deste ponto; e simplesmente não sabemos o que aconteceria se isso acontecesse. Qualquer coisa mais quente do que isso é basicamente quente demais para existir em nosso atual modelo de realidade.
