terça-feira, 9 de fevereiro de 2010

Entropia e Gravidade

Entropia pode ser definida, grosso modo, como a medida da desordem de um conjunto de partículas. O conceito nasceu e evoluiu com as leis da termodinâmica, e foi amplamente confirmado na prática, com as chamadas "máquinas térmicas". Basicamente, a termodinâmica sustenta que, em um sistema fechado, a entropia só pode aumentar - nunca diminuir.

O exemplo clássico é o de uma caixa fechada, com uma divisão central; um lado contém um gás e no outro existe o vácuo. Quando se remove a divisão, o gás preenche os dois lados igualmente, perdendo temperatura, pressão e densidade. Sem alguma influência externa, o processo é irreversível e significa um aumento da entropia do sistema (que se tornou mais desordenado quando dois ambientes distintos se fundiram em um só).

Bem, eu resolvi repetir a experiência, mas nos meus próprios termos. Enchi um lado da caixa com hidrogênio, adicionando um pouco de hélio, CO e outros gases, para dar à mistura um pouco mais de densidade sem aumentar a temperatura; mantive o vácuo no outro lado. Quando removi a divisória, realmente alguns átomos migraram para o lado do vácuo. Mas a grande maioria preferiu se agrupar numa espécie de nuvem, no centro do lado original.

Ah, esquecia de mencionar alguns detalhes: a mistura de gases estava muito rarefeita e próxima do zero absoluto, e a minha caixa media uns 4.000 anos-luz de lado. Se você tiver um bom telescópio e apontá-lo na direção da fivela do cinturão de Órion, poderá ver a nebulosa formada pela minha experiência. Mas não espere ver a caixa: eu a removi há uns dois ou três milhões de anos.

A única diferença básica entre o meu experimento e os de laboratório é que nestes não há espaço suficiente para que a gravidade predomine sobre as demais formas de energia; quando as forças de atração superam as de repulsão, os resultados são opostos. Confira em:

http://cftc.cii.fc.ul.pt/PRISMA/capitulos/capitulo1/modulo5/topico1.php

Mas isso não invalida as leis da termodinâmica. Basta considerar a gravidade como um tipo de energia negativa, e as equações continuarão válidas - assim na Terra como no Céu.

Ou, pelo menos, deveríamos afirmar que a entropia, em seu conceito atual, só se aplica em sistemas com energia predominantemente positiva.

Muitos cientistas renomados já emitiram a opinião de que a gravidade é realmente uma forma negativa de energia - entre eles o próprio Stephen Hawking.

6 comentários:

  1. Barcellos,
    Confesso que tinha vontade de pedir que você escrevesse sobre entropia, conceito que me é tão fascinante quanto é grande minha ignorância sobre. O texto é bom, mas ainda não consegui visualizar o fenômeno, parece que ele me escapa por pouco, quase o vejo acontecendo como se eu tivesse chegado um segundo atrasado. Mas não faz mal, ainda tenho todo o tempo do universo, contando que até lá a entropia não o tenha transformado num caos irreversível. Abraços, JAIR.

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  2. Quer dizer que foi você?
    Prazer em conhece-lo, Grande Arquiteto!
    Mas, falando sério, gostaria de ter esse papo quando eu estava no Bacacheri, pois, apesar dos esforços do dedicado Prof. Honório Hungria, eu sempre tive dúvidas quanto às propriedades da entropia, um conceito fundamental para a compreensão do funcionamento das máquinas térmicas.
    Não sei se é porque está um calorão e eu já tomei três cervejas, mas, quando a experiência foi transportada para o espaço, eu entrei em parafuso e, apesar de reler o texto mais de uma vez, ainda fiquei em dúvidas.
    Voltarei ao texto quando estiver em melhores condições atmosféricas e físicas.
    De qualquer forma, este assunto é muito interessante e fascinante.

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  3. Isto não invalida a lei! Há de se considerar agora que seu gás possui uma energia potencial associada às suas "partículas". Embora este certamente não se comporte como um gás ideal, que preencheria todo o espaço disponível no estado de equilíbrio, a entropia no estado de equilíbrio ainda é máxima. Lembre que para o gás ocupar todo o espaço, sua energia térmica - que determina a agitação das partículas - e por tal sua temperatura cairiam significativamente (para conservar-se a energia interna), e ao fim tem-se o estado espalhado com menor entropia do que o estado aglomerado! E mesmo assim, é muito inadequado supor que partícula nenhuma iria aos confins do seu "sistema". Não haveria algumas com velocidade de escape suficiente? Ou está-se dentro de um buraco negro?

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  4. Prezado Autor,
    Como a entropia se comporta perante a gravidade?

    Por exemplo, como a singularidade de um buraco negro e o CALOR de uma estrela se comportam?

    A massa, bem sei, seria atraida para dentro dele, mas o mesmo se sucede com o calor?

    Pedro

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  5. Olá sou um jovem pesquisador em buscas de respostas.
    Poderia me responder se é possível que a gravidade e a entropia "convivam" juntas, pois pelo que entendi se isto for possível não haverá nem big crunch e nem big freeze? Então o fim do universo seria um mito?

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    Respostas
    1. Deixe me explicar melhor:
      O universo nem se expande, a ponto do big freeze, nem se retrai, a ponto do big crunch.
      É possivel? como?

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