Considerações Sobre Irreversibilidade e Entropia

Discussão surgida na "Lista de Discussão Física" da Internet Brasileira

Mensagem 10
De: Alberto Mesquita Filho
Para: fisica@news.com.br
Data: Quinta-feira, 9 de Dezembro de 1999 06:33
Assunto: <fisica> Entropia

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André escreveu

Nao quero atrapalhar o ritmo do debate a respeito da termodinamica e suas leis, até por que, esse assunto me interessa bastante e eu estou tentando prestar bastante atençao nas suas explicaçoes... Mas Gostaria de saber uma coisa...

Fique a vontade. Tenho procurado seguir uma certa seqüência, mas não é nada que não possa ser modificado quando surgirem dúvidas. Para dizer a verdade, estou improvisando em cima de seus questionamentos iniciais, sem me preocupar em seguir outra seqüência que não a necessária para explicá-los. Felizmente a termodinâmica comporta vários caminhos. Só para exemplificar: a segunda lei é resultante dos trabalhos de Carnot, efetuados por volta de 1820; a primeira resulta dos trabalhos de Mayer (algo em torno de 1835-40) e posteriormente de Joule (1843, se não me engano); mais tarde "descobriu-se" a lei zero (o princípio do equilíbrio térmico), sem o qual não teria sentido se falar em temperatura (ainda que já se conhecesse a temperatura). Ou seja, a termodinâmica foi construída de trás para a frente, o que mostra a independência quase que total entre os seus princípios. Além disso seus princípios podem ser enunciados de várias maneiras, o que comporta inúmeros enfoques diferentes e não aprisionados a uma metodologia pedagógica única.

Você falou no mail a Tatiana (olá, Tatiana), que

" Esta afirmação pode ser verdadeira, entropia = seta do tempo, mas não é objeto do estudo da termodinâmica".

Isso é o mesmo que dizer que as coisas tendem a se desorganizarem??  A expansão do Universo??

Não diria que é a mesma coisa, mas sim que existe uma relação entre as idéias. Pela segunda lei chegamos a concluir que a termodinâmica é coerente com uma direção única para o tempo. E como a entropia foi a grandeza escolhida para caracterizar esta lei, podemos dizer que a identidade "entropia = seta do tempo" faz sentido para os estudiosos do tema. Por outro lado, também pela segunda lei conclui-se que a termodinâmica é coerente com um espalhamento (expansão dos gases no vácuo, o exemplo clássico de irreversibilidade) ou então com a propensão para a mistura. Via de regra, e a menos que existam outros fatores de ordem estrutural a impedir ou dificultar a mistura, é muito mais fácil misturar do que separar as partes, da mesma forma que é muito mais fácil sujar um objeto (mistura com impurezas) do que limpar. Não há nenhuma lei que proíba a purificação ou limpeza espontânea de um objeto; no entanto, o que usualmente verificamos é o contrário: os objetos se sujam mesmo quando fora de uso. Quanto às proibições da segunda lei, eu diria que a rigor a segunda lei não proíbe nada: ela simplesmente chama a atenção para uma impossibilidade natural. Nós é que, por acreditarmos na veracidade da afirmação, e pelo não encontro, no decorrer dos séculos, de exceções à regra, somos compelidos a aceitá-la como uma proibição natural.

A desordem referida como inerente à segunda lei tem muito a ver com o espalhamento ou expansão descritos. Perceba que a mistura também retrata uma expansão de um sistema no seio do outro. Por outro lado, no sentido rotineiro do termo, ordenar muitas vezes relaciona-se a separar objetos semelhantes; e sob esse aspecto, misturar objetos diferentes relacionar-se-ia a desordenar o sistema composto. Existe também a ordem no sentido da concentração: por exemplo, se agruparmos todos os nossos livros na biblioteca, teremos um certo grau de ordem; se eles estiverem nas estantes, a ordem será maior; mas se os espalharmos pela casa poderemos dizer que eles estão desordenados. Provavelmente foram analogias deste tipo que levaram os termodinâmicos do século passado a concluírem que, por sua segunda lei, a termodinâmica propõe uma evolução do universo no sentido da desordem (espalhamento de seus constituintes microscópicos). A expansão do universo em nível cosmológico (afastamento das galáxias) parece-me não ter sido ainda contemplada, pelo menos sob um aspecto rigoroso e axiomático, pela termodinâmica, mas não é impossível que um dia isso venha a ser feito.

Em resumo: a entropia de um sistema isolado ou permanece constante (sistema em equilíbrio) ou aumenta; o Universo é um sistema isolado e não está em equilíbrio, logo sua entropia está em ascensão; como a entropia do Universo sempre aumenta, isto permite-nos dar um sentido termodinâmico ao tempo (entre duas situações do Universo, o "antes" representa o estado de menor entropia); por outro lado, entropia relaciona-se a grau de espalhamento, expansão, miscigenação, desordem enfim. Conclusão: o Universo, sob esse aspecto, evolui para a desordem. No meu modo de ver, essas conclusões são um pouco precipitadas, haja vista que apóiam-se na veracidade de uma teoria corroborada para sistemas laboratoriais e não cosmológicos. A história, por outro lado, tem nos mostrado uma outra característica da evolução do Universo: O conhecimento humano aumenta e as teorias caem, sendo substituídas por outras.

OBS: Deculpa se estou tirando conclusoes precipitadas, antes do tempo, mas é que eu achei que havia achado uma correlaçao entre essas duas perguntas...

Como disse acima, fique a vontade e exponha suas dúvidas assim que aparecerem. Se não puder ajudá-lo pelo menos ficarei ciente de que não estou sozinho no pedaço.

...estou errado nao é??

Pelo visto, não!! A correlação existe.

[]'s

Alberto