O que é zero absoluto ou absolute zero?

O zero absoluto é a temperatura mais baixa que pode ser expressa em qualquer escala de medição de temperatura. Esta é uma temperatura teórica, equivalente a 0 K (leia-se zero Kelvin) .

A esta temperatura, todas as partículas constituintes do sistema termodinâmico devem estar completamente estacionárias.

Além disso, a 0 K, a medida de entropia do sistema é zero, ou seja, o sistema está na configuração mais organizada. O zero absoluto é equivalente a -273,15 ° C ou -459,67 ° F.

Embora exista na teoria, na prática é impossível chegar ao zero absoluto, ou seja, não há matéria em todo o universo a essa temperatura, o que só pode ser atribuído à terceira lei da termodinâmica.

Essa lei mostra que o zero absoluto não pode ser alcançado. Assim como tentamos resfriar o corpo até essa temperatura, ela nunca pode ser alcançada.

Para entender a causa desse obstáculo, devemos primeiro entender um estranho princípio da física quântica: o princípio da incerteza.

Zero absoluto e o princípio da incerteza

Uma das razões pelas quais não podemos medir a temperatura de 0 K é a existência do princípio da incerteza de Heisenberg. Este princípio afirma que é impossível medir com precisão duas quantidades diretamente relacionadas, como a velocidade e a posição das partículas. Portanto, se determinarmos que um átomo está completamente em repouso, perderemos completamente a certeza de sua posição.

Isso ocorre porque, por exemplo, para observar um átomo, ele deve interagir com ele, e essa interação ocorre por meio da troca de fótons, pequenos pacotes de energia que carregam uma certa quantidade de movimento.

O fóton interage com o átomo e transfere parte de seu momento, dessa forma o átomo ganha velocidade e passa a oscilar de acordo com a velocidade do fóton incidente. Isso nos diz que o processo de medição da temperatura das partículas quânticas afetou a precisão da medição, portanto, nunca podemos medir nada a 0 K.

Se algo pode ser medido a uma temperatura de 0 K, isso violaria o princípio da incerteza de Heisenberg. Além disso, se isso for possível, a máquina de Carnot operando sob uma fonte fria de 0 K operará com 100% de eficiência, o que viola a primeira lei da termodinâmica e outros princípios que tratam da conservação de energia.

O zero absoluto já foi ultrapassado?

Desde que foi descoberto, físicos de todo o mundo vêm tentando trazer a temperatura em laboratório para mais perto do zero absoluto.

O motivo desse interesse é que quando a temperatura se aproxima de 0 K, a substância começa a exibir propriedades estranhas. Apesar das tentativas, ainda não há evidências de que o zero absoluto foi atingido ou ultrapassado.

A menor temperatura medida por humanos foi gerada artificialmente em 2018 por meio do experimento Cold Atom Laboratory (CAL), que está atualmente na órbita terrestre da Estação Espacial Internacional (ISS).

Este experimento foi realizado no espaço, pois a gravidade da Terra afetará a precisão da medição. Experimentos conduzidos em CAL foram capazes de obter temperaturas tão baixas quanto 1 pickelvin (10-12 K), que pode ser a temperatura mais baixa em todo o universo.