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Cientistas alcançam uma proeza “impossível”: temperatura abaixo do zero absoluto

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Cientistas alcançam uma proeza “impossível”: temperatura abaixo do zero absoluto

Mensagem por JRKM em Qua 09 Jan 2013, 5:11 pm

Cientistas alcançam uma proeza “impossível”: temperatura abaixo do zero absoluto

A temperatura é uma medida que está relacionada à energia cinética média das moléculas de uma substância. Esfriar o corpo ou gás é diminuir a agitação térmica ou energia cinética, e aumentar a temperatura é aumentar a agitação térmica, ou energia cinética das moléculas.

Olhando por este aspecto, a menor temperatura é aquela em que as moléculas não têm mais energia cinética, e é chamada de “zero absoluto”, porque se entende que não tem temperatura mais baixa.

Agora, alguns pesquisadores alegam ter conseguido temperaturas mais baixas em uma “região” estranha, chamada de “temperaturas negativas”. E o mais esquisito é que eles dizem que uma maneira de entender estas temperaturas é pensar nelas como sendo mais quentes que uma temperatura infinita.

Esta estranha conquista pode, segundo eles, levar a motores que tecnicamente poderiam ter mais de 100% de eficiência, e lançar uma luz em alguns mistérios da física moderna, como a “energia escura”, a força que está acelerando a expansão do universo.

Bizarra temperatura negativa

Para entender as temperaturas negativas que os cientistas estão falando, é preciso pensar em uma escala de temperatura que não é linear, mas está em um “laço”. As temperaturas positivas estão de um lado e as temperaturas negativas do outro. Quando as temperaturas ficam abaixo do zero absoluto ou além do infinito, elas entram na região da escala de temperatura negativa.

Quando a temperatura é positiva, diferentes átomos estão com diferentes estados de energia, mas eles têm uma probabilidade maior de estar em estados de energia baixos, em vez de altos, um padrão conhecido na física como distribuição de Boltzmann. Conforme você aquece o objeto, os átomos podem atingir estados de energia mais altos. No zero absoluto, os átomos ocupam o estado de energia mais baixo.

Em uma temperatura infinita, temos átomos em todos os estados de energia. As temperaturas negativas seriam então o contrário da temperatura positiva, e os átomos teriam maior probabilidade de ocupar estados de energia altos em vez de baixos. Esta seria a distribuição de Boltzmann invertida.

Em outras palavras, o gás está mais quente que no zero absoluto; está até mesmo mais quente que em qualquer temperatura infinita, mas está com a distribuição de Boltzmann invertida, o que faz da temperatura uma temperatura negativa.

E objetos com temperatura negativa se comportam de forma estranha. Por exemplo, a energia tipicamente flui de objetos com alta temperatura positiva para objetos com temperatura positiva baixa, ou seja, objetos mais quentes aquecem objetos mais frios, até que seja atingido o equilíbrio térmico.

Mas, no caso de objetos com temperatura negativa, a energia sempre vai fluir deles para os objetos com temperaturas positivas. Ou seja, objetos com temperatura negativa sempre estão “mais quentes” que objetos com temperatura positiva.

Outra consequência estranha das temperaturas negativas tem a ver com a entropia. Quando objetos com temperatura positiva liberam energia, eles aumentam a entropia do seu entorno, mas objetos com temperatura negativa, ao liberar energia, absorvem entropia.

Experimento maluco de física

Para gerar temperaturas negativas, os cientistas criaram um sistema onde os átomos têm um limite máximo para a energia que podem conter. Eles resfriaram cerca de 100.000 átomos para uma temperatura de alguns nanokelvins, ou bilionésimos de graus acima do zero absoluto.

Isto foi feito em uma câmera de vácuo, que isolava os átomos de qualquer influência que poderia aquecê-los acidentalmente. O comportamento de cada átomo foi controlado com precisão, usando uma rede de laser e campos magnéticos. Com a posição dos átomos limitada pelos raios laser, sua energia cinética também foi limitada.

A temperatura também está ligada à pressão – quanto mais quente algo é, mais ele expande, e quanto mais frio, mais contrai. Para certificar-se de que o gás tivesse uma temperatura negativa, eles também tiveram que fazer que ele tivesse uma pressão negativa, mexendo com as interações até que eles se atraíssem mais do que se repelissem.

“Criamos o primeiro estado de temperatura absoluta negativa para partículas móveis”, afirmou o pesquisador Simon Braun, da Universidade de Munique, na Alemanha. A temperatura obtida foi de alguns nanokelvins negativos.

Novos tipos de motores

Temperaturas negativas podem ser usadas para criar máquinas térmicas – que convertem energia térmica em trabalho mecânico – que tenham mais de 100% de eficiência, algo que parece impossível. Estas máquinas não absorveriam energia de substâncias mais quentes, mas de substâncias mais frias. Desta forma, o trabalho realizado poderia ser maior que a energia tomada de uma substância quente.

As temperaturas negativas também podem ajudar a resolver um dos grandes mistérios da ciência: a energia escura. A energia escura acelera a expansão do universo, afastando as galáxias. No caso da temperatura negativa, a pressão negativa do gás frio deveria fazer com que o mesmo entrasse em colapso, mas a temperatura negativa impede que isto aconteça. De uma certa forma, as temperaturas negativas têm um paralelo interessante com a energia escura que pode ajudar os cientistas a entender esse enigma.

Finalmente, as temperaturas negativas também podem lançar uma luz sobre os estados exóticos da matéria, gerando sistemas que normalmente não ficariam estáveis. Mais ainda, o pesquisador Schneider observou que “uma melhor compreensão da temperatura pode levar a coisas novas que ainda nem foram pensadas. Quando se estuda o básico em bastante profundidade, você não sabe onde isto pode te levar”.
[Science 2.0, Inovação Tecnológica, ScienceNews, Nature, Wired, NewScientist]

Fonte : http://hypescience.com/cientistas-alcancam-uma-proeza-impossivel-temperatura-abaixo-do-zero-absoluto/?utm_source=feedburner&utm_medium=email&utm_campaign=Feed%3A+feedburner%2Fxgpv+%28HypeScience%29

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Re: Cientistas alcançam uma proeza “impossível”: temperatura abaixo do zero absoluto

Mensagem por Max FTasso em Seg 11 Fev 2013, 10:44 pm

Interessante! Talvez também possa-se pensar em romper a barreira da velocidade da luz, com algo mais do que simples nêutrons, creio que logo-logo possamos atingir distancias cósmicas ou até mesmo outras dimensões, que não nos estão disponíveis hoje, a não ser a ficção.

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