Físico resolve problema de 120 anos e prova que Einstein estava errado

A demonstração envolve a termodinâmica - especificamente, a razão pela qual não podemos atingir o zero absoluto.

Desmentindo Einstein

Não é qualquer um que pode dizer: "Eu provei que Einstein estava errado". O professor José María Martín-Olalla, da Universidade de Sevilha, na Espanha, pode.

Olalla acabou de apresentar uma prova de um problema que surgiu há 120 anos no campo da termodinâmica, envolvendo a questão de se é possível atingir o zero absoluto ou não e por quê. E a prova contesta a ideia apresentada há mais de um século por Albert Einstein, cuja explicação vigorava até hoje.

No início do século passado, os físicos estavam às voltas com a discussão sobre as propriedades da matéria em temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15 °C). Em 1905, o físico polonês Walther Nernst [1864-1941] fez observações experimentais que indicavam que as trocas de entropia tendem a zero quando a temperatura tende a zero.

Em 1912, o próprio Nernst apresentou a prova do seu teorema descrevendo essas observações, argumentando que o zero absoluto tinha que ser inacessível, pois, caso contrário, seria possível construir um motor que, usando o zero absoluto como refrigerante, converteria todo o calor em trabalho, contrariando o princípio do aumento da entropia - Nernst recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1920 por esses estudos.

Einstein não gostou da explicação, e rapidamente refutou a demonstração com um argumento que parece estranho para quem se acostumou com a lista de experimentos mentais que marcaria o desenvolvimento posterior da física quântica: Einstein ponderou que tal motor hipotético não poderia ser construído na prática e, portanto, não poderia questionar a validade do princípio do aumento da entropia. Assim, Einstein separou o teorema do segundo princípio da termodinâmica (o princípio que estabelece a entropia crescente do Universo) e o associou à terceira lei da termodinâmica, que então passou a ser independente da segunda.

Agora, o professor Olalla refutou a ideia de Einstein, e novamente ligou diretamente o teorema de Nernst à segunda lei da termodinâmica, reconceituando a terceira lei como uma decorrência da segunda.

"Com esta prova, a segunda lei da termodinâmica amplia sua aplicabilidade, e o terceiro postulado da termodinâmica fica reduzido ao fato de que a entropia de um corpo quimicamente homogêneo e de densidade finita não deve ser negativa," escreveu Olalla.

Não era para construir o motor

Em sua demonstração, o professor Olalla introduz duas nuances que foram omitidas por Nernst e por Einstein: O formalismo da chamada segunda lei da termodinâmica, por um lado, exige a existência do motor imaginado por Nernst e, por outro, que esta máquina seja virtual - o motor não consome calor, não produz trabalho e não põe em questão o segundo princípio.

A concatenação dessas duas ideias permite concluir que as trocas de entropia tendem a zero quando a temperatura tende a zero (o que é o teorema de Nernst) e que o zero absoluto é inacessível.

"Um problema fundamental na termodinâmica é distinguir a sensação da temperatura, as sensações de quente e frio, do conceito abstrato de temperatura como grandeza física. Na discussão entre Nernst e Einstein, a temperatura era meramente um parâmetro empírico: A condição de zero absoluto era representada pela condição de que a pressão ou o volume de um gás se aproximasse de zero.

"Formalmente, o segundo princípio da termodinâmica fornece uma ideia mais concreta do zero natural da temperatura. A ideia não está relacionada a nenhuma sensação, mas àquele motor imaginado por Nernst, mas que precisa ser virtual. Isso muda radicalmente a abordagem [matemática] para a demonstração do teorema," explicou Olalla.

A demonstração mostra que a única propriedade geral da matéria próxima ao zero absoluto que não pode ser relacionada ao segundo princípio da termodinâmica é o cancelamento das capacidades térmicas, também compilado por Nernst em 1912. No entanto, Olalla propõe uma formalização diferente: "O segundo princípio contém a ideia de que a entropia é única no zero absoluto. O cancelamento dos calores específicos apenas acrescenta que esse valor único é zero. Parece mais um apêndice importante do que um novo princípio."

O professor ressalta que a publicação do artigo com sua demonstração é um primeiro passo para a aceitação deste novo ponto de vista pela comunidade científica: "Mas eu sei que o mundo acadêmico tem muita inércia," conforma-se ele.