Qual é a menor temperatura possível no Universo? A Física tem uma resposta

O Universo abriga alguns dos ambientes mais extremos conhecidos pela Ciência, incluindo regiões com temperaturas extremamente baixas. Em grandes vazios intergalácticos, longe de estrelas e outras fontes de radiação, a quantidade de energia disponível é muito pequena. Como a temperatura é relacionada à energia das partículas, esses locais podem atingir valores próximos dos menores permitidos pela Física.

Em escala cosmológica, existe uma temperatura média associada ao universo conhecida como temperatura da radiação cósmica de fundo, atualmente em torno de 2,7 Kelvin, cerca de -270.45 ºC. Isso significa que, mesmo em regiões aparentemente vazias, ainda existe uma pequena quantidade de energia térmica presente. Curiosamente, laboratórios na Terra conseguem produzir temperaturas inferiores a essa utilizando técnicas de resfriamento de átomos.

O limite inferior da temperatura é conhecido como zero absoluto, correspondente a 0 kelvin ou −273,15 °C. Segundo as leis da termodinâmica, esse é o menor valor de temperatura fisicamente possível. À medida que um sistema se aproxima desse limite, a energia térmica disponível diminui drasticamente e o movimento microscópico das partículas torna-se mínimo. Entretanto, segundo a Mecânica Quântica, as partículas nunca ficam completamente paradas e a terceira lei da Termodinâmica indica que atingir o zero absoluto seria impossível.

Conceito de temperatura

A temperatura é uma grandeza física que mede o estado energético microscópico de um sistema, relacionada à energia cinética média das partículas que o compõem. Quanto maior a agitação de átomos, moléculas ou outras partículas, maior será a temperatura observada. Em gases, por exemplo, essa agitação está associada à velocidade média das partículas, enquanto em sólidos está ligada às vibrações da rede cristalina.

Embora frequentemente usados como sinônimos no cotidiano, temperatura e calor representam conceitos físicos distintos. A temperatura descreve uma propriedade do sistema, enquanto o calor corresponde à energia transferida entre corpos devido a uma diferença de temperatura. Quando dois objetos com temperaturas diferentes entram em contato, a energia flui do mais quente para o mais frio até que o equilíbrio térmico seja atingido. Esse fluxo de energia é o que a Física define como calor.

O zero absoluto

O zero absoluto é uma temperatura definida como 0 kelvin, equivalente a −273,15 °C na escala Celsius. À medida que um sistema é resfriado, sua energia térmica diminui e sua temperatura se aproxima desse limite extremo. Atualmente, o zero absoluto é utilizado como referência em pesquisas envolvendo Mecânica Quântica. Trata-se de uma condição extremamente distante das temperaturas encontradas no cotidiano e na maioria dos ambientes naturais do universo.

Apesar de o zero absoluto ser um conceito bem estabelecido teoricamente, nenhum experimento consegue atingir exatamente essa temperatura. Alguns laboratórios já foram capazes de aproximar-se dela usando técnicas como resfriamento a laser e armadilhas magnéticas. Em alguns experimentos, cientistas conseguiram produzir temperaturas de bilionésimos ou até trilionésimos de kelvin acima do zero absoluto.

Por que esse é o limite?

O zero absoluto é considerado o limite inferior da temperatura permitido pela Física porque esta grandeza está associada à energia térmica das partículas de um sistema. À medida que um material é resfriado, sua energia interna diminui e os movimentos microscópicos tornam-se cada vez menores. Entretanto, existe um ponto em que não é mais possível remover energia térmica do sistema sem violar princípios fundamentais da física. Esse estado corresponde a 0 kelvin, ou −273,15 °C.

O zero absoluto não representa a ausência completa de matéria ou energia. Ele corresponde ao menor estado energético que um sistema físico pode alcançar. Mesmo que um sistema pudesse atingir exatamente o zero absoluto, as partículas não ficariam completamente imóveis. A Mecânica Quântica prevê a existência da chamada energia de ponto zero, uma energia residual que permanece presente mesmo no estado fundamental de um sistema.

Menor temperatura registrada no Universo

A menor temperatura observada naturalmente no Universo foi identificada na Nebulosa Boomerang, localizada a cerca de 5 mil anos-luz da Terra. Essa nebulosa apresenta temperaturas próximas de 1 kelvin, tornando-se mais fria até mesmo que a radiação cósmica de fundo. O fenômeno ocorre porque a nebulosa está se expandindo rapidamente, fazendo com que o gás perca energia por resfriamento adiabático. A Nebulosa Boomerang é considerada o ambiente natural mais frio conhecido do universo.

Na Terra, a menor temperatura registrada naturalmente ocorreu na Antártida, o ambiente mais frio da superfície do planeta. O recorde oficial foi medido na Estação Vostok em julho de 1983, quando a temperatura do ar atingiu −89,2 °C. Posteriormente, análises por satélite identificaram regiões na Antártida onde a superfície do gelo chegou a valores próximos de −98 °C. Ambas as temperaturas estão bem longe do zero absoluto que é −273,15 em graus Celsius.