Pelo que sabemos sobre nosso Universo, a temperatura mais fria possível é “absoluta” zero graus Kelvin, ou -273,15 graus Celsius (-459,67 graus Fahrenheit). Mas e a temperatura mais quente possível?
A física é um pouco confusa sobre como o mais quente do calor se parece, mas teoricamente falando, tal coisa existe ou pelo menos, existiu uma vez. Chamamos de temperatura de Planck, mas como isso não é tão simples, vamos entender um pouco mais agora.
O que é temperatura?
Calor ou energia térmica é uma parte importante da explicação. Nossa compreensão intuitiva do calor é que ele flui de fontes com temperaturas mais altas para aquelas com temperaturas mais baixas, como uma xícara de resfriamento de chá fumegante à medida que sopramos sobre ele.
Em termos de física, a energia térmica é mais como uma média de movimentos aleatórios em um sistema, geralmente entre partículas como átomos e moléculas. Coloque dois objetos com quantidades variadas de energia térmica perto o suficiente para se tocarem, e os movimentos aleatórios se combinarão até que ambos os objetos estejam em equilíbrio. Como forma de energia, o calor é medido em unidades de joules.
A temperatura, por outro lado, descreve a transferência de energia de regiões mais quentes para mais frias, pelo menos teoricamente. É tipicamente descrito como uma escala, em unidades como Kelvin, Celsius, ou Fahrenheit. A chama de uma vela pode ter uma alta temperatura em comparação com um iceberg, mas a quantidade de energia térmica em seu pavio aquecido não vai fazer muita diferença quando colocada contra a montanha de água congelada.
O que exatamente é zero absoluto?
Zero absoluto é uma temperatura, por isso é uma medida da transferência relativa de energia térmica. Em teoria, marca um ponto em uma escala de temperatura no qual a energia térmica não pode mais ser removida de um sistema, graças às leis da termodinâmica.
Praticamente falando, este ponto preciso está sempre fora de alcance, mas podemos chegar tentadoramente perto: tudo o que precisamos são maneiras de diminuir a quantidade média de energia térmica espalhada entre as partículas de um sistema, talvez com a ajuda de lasers, ou o tipo certo de campo magnético de flip-flopping.
Qual é a temperatura mais quente possível?
Se o zero absoluto estabelece um limite para puxar energia térmica de um sistema, pode ser lógico que há também um limite para quanta energia térmica podemos colocar em um sistema. Na verdade, há alguns limites, dependendo precisamente do tipo de sistema de que estamos falando.
Em um extremo é algo chamado temperatura de Planck, e é equivalente a 1.417 x 1032 Kelvin (ou algo como 141 milhões milhões de milhões de graus). Isso é o que as pessoas, muitas vezes, se referem como o “absoluto quente”. Nada no Universo de hoje chega perto desse tipo de temperatura, mas ele existiu por um breve momento bem no início dos tempos. Nessa fração de segundo – uma única unidade do tempo de Planck, na verdade – quando o tamanho do Universo era apenas um comprimento de Planck, o movimento aleatório de seu conteúdo era o mais extremo possível.
Qualquer coisa mais quente, as forças como o eletromagnetismo e as forças nucleares estariam em pé de igualdade com a força da gravidade. Hoje, o melhor que o universo pode gerenciar são os poucos trilhões de graus que criamos quando esmagamos átomos juntos em um colisor.
O oposto de zero absoluto
Mas há outra maneira de olhar para o calor, uma que vira toda a questão da temperatura em sua cabeça.
Tenha em mente que a energia térmica descreve uma média de movimentos entre as partes de um sistema. Basta uma pequena porcentagem de suas partículas voarem caoticamente para se qualificarem como “quentes”.
Não só quantificamos como um negativo para zero absoluto, é tecnicamente mais quente do que qualquer valor positivo. Literalmente mais quente do que quente.
Como uma peculiaridade das estatísticas, não é algo que encontraríamos em qualquer canto natural do Universo. Para começar, exigiria uma quantidade infinita de energia.
Isso não significa que não podemos quebrar as regras um pouco e fazer algo assim. Em 2013 foi demonstrado por físicos da Universidade Ludwig-Maximilians de Munique e do Instituto Max Planck de Óptica Quântica na Alemanha; eles usaram gases atômicos dentro de configurações muito específicas, porém, que impõem seus próprios limites de energia superior.
Os resultados foram um sistema estável de partículas com tanta energia cinética, que tornou-se impossível colocar mais. A única maneira de descrever este arranjo em particular foi usando uma escala de temperatura que entrou em Kelvin negativo, ou vários bilionésimos de um grau abaixo do zero absoluto.
Um estado tão bizarro poderia, em teoria, absorver energia térmica não apenas de espaços mais quentes, mas também dos mais frios, tornando-o um verdadeiro monstro de temperaturas extremas.
Neste canto diabólico do Universo, uma máquina seria capaz de se afastar com mais de 100% de eficiência, pois se alimenta de calor e frio, parecendo usar o nariz para as leis da termodinâmica.
