Para quem achava que as leis da física que estudamos na escola eram absolutas, está profundamente enganado. Nada é o que parece, e ainda estamos apenas engatinhando nos mistérios do Universo, ou melhor, dos Multiversos e da física quântica. Portanto, quando a Ciência ou a Religião afirmar alguma coisa, sempre fique com uma pulga atrás da orelha.
Violação da lei
Objetos em escala nanométrica, como os componentes das células vivas ou peças de aparelhos nanotecnológicos, como os NEMS, estão continuamente expostos a colisões aleatórias com moléculas vizinhas.
Nesses ambientes altamente variáveis, as leis fundamentais da termodinâmica que governam nosso mundo macroscópico precisam ser reescritas.
É o que acaba de anunciar uma equipe internacional que reúne pesquisadores da Espanha, Suíça e Áustria.
Segundo eles, uma nanopartícula presa com laser viola temporariamente a famosa Segunda Lei da Termodinâmica, algo considerado impossível nas dimensões e no tempo relevantes para os humanos.
Violações da Segunda Lei da Termodinâmica
A maioria dos processos na natureza não pode ser revertido - é a bem conhecida "flecha do tempo", que nunca volta para que o café se desmisture do leite ou os cacos se reúnam novamente na forma de uma xícara quebrada.
A lei da física que explica esse comportamento é conhecida como Segunda Lei da Termodinâmica, que postula que a entropia de um sistema - uma medida para a desordem de um sistema - nunca diminui espontaneamente, favorecendo a desordem (alta entropia) sobre a ordem (baixa entropia).
No entanto, quando damos um zoom até o mundo nanoscópico dos átomos e das moléculas, esta lei suaviza-se e perde seu rigor absoluto.
Apesar de a Segunda Lei da Termodinâmica "geralmente" permanecer válida mesmo nos sistemas em nanoescala, há alguns eventos raros que questionam a irreversibilidade temporal em nanoescala - por exemplo a transferência de calor do frio para o quente.
pesquisadores colocaram seu teorema à prova usando uma pequena esfera de vidro, com um diâmetro de menos de 100 nanômetros, levitando em uma armadilha de laser. Esse aparato permitiu que a equipe capturasse a nanoesfera, mantendo-a no lugar e, além disso, medisse sua posição em todas as três direções espaciais com elevada precisão.
O quadro experimental e teórico promete inúmeras discussões entre os físicos, além de uma vasta gama de aplicações práticas. [Imagem: Iñaki Gonzalez/Jan Gieseler]
Na armadilha, o nanoesfera se agita devido a colisões com moléculas do ar ao seu redor. Usandoresfriamento também a laser, os cientistas refrigeraram a nanoesfera abaixo da temperatura do gás circundante, colocando-a em um estado de não-equilíbrio.
Eles então desligaram o resfriamento e monitoraram o que acontecia com a nanopartícula enquanto ela se aquecia rumo à temperatura mais elevada do gás ao seu redor.
Nanomáquinas fora do equilíbrio
O comportamento da nanoesfera seguiu o que já se suspeitava: algumas vezes ela não se comporta de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica.
Nessas ocasiões, a nanoesfera libera calor para o ambiente mais quente, em vez de absorver o calor.
O experimento confirmou a teoria dos pesquisadores, que demonstra as limitações da Segunda Lei em nanoescala.
O quadro experimental e teórico promete inúmeras discussões entre os físicos, além de uma vasta gama de aplicações práticas.
Conforme a miniaturização avança para escalas cada vez menores, asnanomáquinas e os micro e nano robôs se deparam com condições cada vez mais aleatórias.
A expectativa é que agora os pesquisadores possam definir melhor as condições nas quais as nanomáquinas vão se deparar com essas condições aleatórias, para que possam reagir a elas de maneira adequada.
Está sendo inaugurada, assim, uma nova área de pesquisas para tentar compreender os fundamentais da "física de sistemas em nanoescala fora de equilíbrio".
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