Existe uma temperatura que nenhum objeto conhecido, natural ou produzido em laboratório, conseguiu atingir: o zero absoluto. Ele corresponde a -273,15 °C e marca o limite inferior da escala de temperatura.
Em 1848, o físico britânico William Thomson, conhecido como Lord Kelvin, utilizou esse limite como ponto de partida para uma nova escala. Na escala Kelvin, o zero absoluto corresponde a 0 K, enquanto cada variação de um kelvin equivale à variação de um grau Celsius.
Mas existe um problema fundamental: de acordo com as leis conhecidas da física, chegar exatamente a 0 K é impossível.
Por que não podemos chegar ao zero absoluto?
A explicação está relacionada à terceira lei da termodinâmica, desenvolvida a partir dos trabalhos do químico alemão Walther Nernst no início do século XX.
À medida que um sistema fica cada vez mais frio, retirar a energia térmica restante torna-se progressivamente mais difícil. Quanto mais próximo do zero absoluto, maior é o desafio.
Na prática, atingir exatamente 0 K exigiria um processo idealizado com infinitas etapas.
Além disso, a mecânica quântica acrescenta outra complicação. Mesmo no estado de menor energia possível, um sistema quântico ainda apresenta a chamada energia de ponto zero.
Isso significa que o zero absoluto não deve ser entendido simplesmente como um cenário no qual todas as partículas ficam perfeitamente imóveis.
Apesar dessa barreira, cientistas passaram décadas desenvolvendo tecnologias capazes de produzir temperaturas cada vez mais próximas desse limite.
E a própria natureza também criou ambientes extraordinariamente frios.
Existe um lugar mais frio que o próprio espaço
A cerca de 5 mil anos-luz da Terra, na direção da constelação de Centauro, está a Nebulosa Boomerang.
Trata-se de uma nebulosa protoplanetária formada por uma estrela em uma fase avançada de sua evolução, que está expulsando suas camadas externas a velocidades superiores a 150 quilômetros por segundo.
A rápida expansão do gás provoca um resfriamento intenso, semelhante ao que acontece quando um gás comprimido se expande rapidamente.
O resultado é uma temperatura próxima de apenas 1 K, equivalente a cerca de -272,15 °C.
Isso torna a Nebulosa Boomerang particularmente interessante porque ela consegue ser mais fria que o espaço ao seu redor.
O espaço vazio também tem temperatura
Embora pareça completamente frio, o Universo não está normalmente a 0 K.
O espaço é preenchido pela radiação cósmica de fundo em micro-ondas, uma espécie de resíduo térmico do Big Bang que atravessa praticamente todo o cosmos.
Sua temperatura atual é de aproximadamente 2,725 K, ou cerca de -270,4 °C.
Por isso, um objeto precisa de algum mecanismo capaz de provocar resfriamento adicional para ficar abaixo dessa temperatura.
A expansão extremamente rápida dos gases da Nebulosa Boomerang consegue fazer justamente isso.
Observações realizadas com o radiotelescópio ALMA ajudaram os cientistas a investigar como esse ambiente extraordinário se formou.
Um estudo publicado em 2013 no The Astrophysical Journal sugeriu que a enorme quantidade de matéria expelida pode ter relação com a interação da estrela central com um segundo objeto, possivelmente outra estrela.
A energia gravitacional dessa interação ajudaria a explicar as velocidades extremas atingidas pelo material.
Mesmo assim, 1 K ainda está muito distante das temperaturas que os seres humanos conseguem produzir artificialmente.
Laboratórios conseguem ficar muito mais frios que o espaço
A corrida científica pelo frio extremo começou a avançar rapidamente no início do século XX.
Em 1908, o físico neerlandês Heike Kamerlingh Onnes conseguiu liquefazer hélio em seu laboratório na Universidade de Leiden. O experimento abriu caminho para uma nova área dedicada ao estudo da matéria em temperaturas extremamente baixas.
Desde então, cientistas desenvolveram métodos cada vez mais sofisticados para retirar energia dos átomos.
Um dos mais importantes envolve lasers.
Embora normalmente associemos lasers ao aquecimento, feixes cuidadosamente ajustados podem reduzir o movimento de determinados átomos e, consequentemente, diminuir sua temperatura.
Em 1994, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos, o NIST, conseguiram resfriar átomos de césio até temperaturas na escala dos nanokelvin.
Anos depois, experimentos chegaram à escala ainda menor dos picokelvin.
O que acontece quando a matéria fica extremamente fria?
Nessas temperaturas, o comportamento da matéria começa a ser dominado por efeitos quânticos que normalmente são difíceis de observar no cotidiano.
Átomos podem formar estados exóticos, como os condensados de Bose-Einstein, nos quais um grande número de partículas passa a compartilhar características de um mesmo estado quântico.
Esses experimentos permitem estudar fenômenos fundamentais da mecânica quântica e desenvolver tecnologias relacionadas a sensores extremamente precisos, relógios atômicos e computação quântica.
Mas existe uma diferença importante entre chegar incrivelmente perto de 0 K e atingir exatamente esse valor.
Por mais avançados que se tornem os experimentos, sempre permanece alguma quantidade de energia que precisa ser retirada.
É justamente por isso que o zero absoluto funciona como uma espécie de horizonte da física: podemos chegar cada vez mais perto, mas, segundo as leis conhecidas da natureza, nunca alcançá-lo completamente.
[ Fonte: La Brújula Verde ]
