Discussão surgida na "Lista de Discussão Física" da Internet Brasileira
Considerações Sobre Irreversibilidade e Entropia
Discussão surgida na "Lista de Discussão Física" da Internet Brasileira
Mensagem 02
De: Alberto Mesquita Filho
Para: fisica@news.com.br
Data: Sexta-feira, 3 de Dezembro de 1999 19:08
Assunto: <fisica> Entropia---------------------------------------------------------------------
Olá André
Essa lista anda meio devagar né...
"Tirante" o Edu, que de vez em quando indica alguns sites interessantes, os demais "andam de farol baixo".
Mas, felizmente, eu estou com uma dúvida gigantesca a respeito dessa tal de Entropia... Como podemos organizar o universo desorganizando o nosso sistema?? O que é entropia finalmente??? Por que os fisicos gostam tanto de conceitos tão malucos??? Entropia = Desordem??? A entropia é infinita??
Pô! Pelo visto você está propondo tirar o atraso da lista :-). Vamos com calma. Vou tentar responder a alguma coisa e se você der algum retorno tentarei, homeopaticamente, nivelar nossos conhecimentos e, com isto, tentar diminuir a entropia do sistema. Ou será que ela aumenta? (o sistema somos nós e os demais elementos da lista). Embora meus conhecimentos sejam limitados, pelo visto a tarefa irá demorar bastante. Quem sabe alguém possa contribuir e, desta forma, nivelaremos nossos conhecimentos numa altura maior.
Por favor pessoal, cooperem com este simples aluno de engenharia (Eu).
Ainda bem que você é da área de exatas, caso contrário a tarefa seria redobrada.
OBS: A prova de Termodinâmica já passou, eu fiz mas não entendi nada....
Então você está na média. :-)
Ávido por respostas,
Pois então vamos lá. Vou começar com a antepenúltima questão:
Por que os fisicos gostam tanto de conceitos tao malucos?
Gosto não se discute. Realmente os físicos são assim mas, apesar disso, noto que a maioria dos físicos que andam por aí (pelo menos os da atualidade) não gostam muito da termodinâmica. Aceitam-na conquanto fundamental em inúmeras condições e como ponto de partida para muitos dos conceitos malucos a que você se refere, porém não a valorizam convenientemente. Por sinal, em termos de maluquice a física quântica dá de dez a zero na termodinâmica e a relatividade chega a uns sete ou oito a zero. Quem valoriza devidamente a termodinâmica são os físico-químicos e, em menor grau, os bioquímicos ou biofísicos. Talvez os físicos não gostem muito da termodinâmica pelo fato de seus conceitos não serem suficientemente malucos. Ou então porque, conforme assinalou Schemberg (1984, Pensando a Física, Ed. Brasiliense, São Paulo), não conseguiram compactuar a termodinâmica com suas maluquices do dia-a-dia. Schemberg afirma: "Há uma coisa sobre a qual a mecânica quântica não lançou luz alguma: o segundo princípio da termodinâmica". E após algumas considerações, conclui: "Há, aí, alguma coisa de fundamental que ainda não compreendemos. Quando uma coisa começa a se complicar muito, é sinal de que é preciso simplificá-la." Ora, mas qual é o físico, além de Mario Schemberg (falecido, por sinal), que quer simplificar alguma coisa? Como você mesmo disse, eles "gostam tanto de conceitos tão malucos".
Entropia = Desordem?
Não, embora possamos dizer, com ressalvas, que a entropia "mede" a desordem de um sistema. Seria então a medida da desordem e não a desordem em si. Convém então caracterizar o significado adotado no caso para as palavras "ordem" e "desordem". Vou reproduzir aqui o trecho de um texto que escrevi em 1983. Neste texto vou além da termodinâmica mas, de qualquer forma, se você não concordar com os demais conceitos e/ou conclusões, pelo menos poderá entender o significado da referida desordem.
Sistemas em Evolução: [Extraído de "Os átomos também amam", cap. 12 - A ciência autêntica, 1983, pp. 97-100, Ed. da Faculdade (hoje Universidade) São Judas Tadeu]
O leitor já deve ter saboreado um bom vinho; e já notou que quanto mais velho melhor; ou seja, o vinho modifica-se no decorrer do tempo. Isto pode se dever a dois fatores: ou o isolamento não é perfeito, ou o vinho modifica-se expontaneamente, pois não está em equilíbrio; ou, o que é mais provável, ambos. Se o vinho estivesse em equilíbrio e "bem" isolado, os séculos passariam e ele seria sempre igual.Sistemas isolados e em equilíbrio são hipotéticos. Portanto, os princípios até aqui relacionados (nos ítens anteriores) são condições limites, ideais. Mas válidas, permitindo que a tecnologia se desenvolva sobre leis deles derivadas. E é comum a admissão de pelo menos um sistema isolado perfeito: o Universo. E o mesmo está em evolução. E ao que parece, é como o vinho: quanto mais velho melhor. A humanidade também está em evolução e...; é melhor não falar.
Obedecerá a evolução do Universo a algum princípio? Aparentemente sim. Dizem os físicos e os físico-químicos que o Universo caminha para um estado de entropia máxima, ou seja, um máximo de desorganização. Dizem os biólogos evolucionistas, por outro lado, que o Universo caminha para um estado de máxima complexidade: anteontem existiam apenas as bactérias; ontem os invertebrados; e hoje o ser mais complicado que já se conheceu. Esta complexidade denota um grau de organização não muito coerente com a idéia de aumento da entropia. Haveria por acaso dois princípios? Um relacionado à matéria inanimada e outro à matéria viva? Mas a matéria inanimada torna-se animada e vice-versa! Não há como distinguí-la no decorrer do tempo.
A termodinãmica dos processos irreversíveis resolve em parte este problema. Mas, além de ser muito complexa para ser tratada aqui, é como disse: resolve em parte. Não parece ser a solução definitiva. Esta me parece situar-se no ápice de um ramo mais simples da árvore da ciência. Um ramo que começa por nos exigir a análise de três conceitos importantes: a organização, a individualidade e a uniformidade.
Admitamos a existência de um grande número de tijolos, todos exatamente iguais e dispostos em inúmeras pilhas, lado a lado e num estado tal que possamos considerá-lo como de máxima organização; ou seja, numa disposição totalmente inútil mas, até certo ponto, estética. Trata-se também de um estado de uniformidade máxima: os tijolos são todos iguais e as pilhas idem. Há também um certo grau de individualidade, ou seja, cada tijolo é um indivíduo independente dos demais; o grau de liberdade depende, no entanto, da distribuição primitiva. Neste exemplo os tijolos, ainda que "ideologicamente" independentes, "seguram-se" uns aos outros, interagem-se. Logo, a individualidade não pode ser máxima; como também não é o grau de liberdade. Uma mesma região do espaço não pode ser ocupada por mais do que um tijolo.
Se espalharmos os tijolos pelo chão a organização diminuirá, desde que o espaço agora ocupado pelo conjunto, incluindo o intervalo entre dois tijolos, seja maior. A uniformidade diminuirá apenas quanto a um aspecto: não haverá mais pilhas iguais mas as unidades indivisíveis apresentam ainda uma uniformidade total. A individualidade, sob o aspecto "ideológico", é a mesma; mas o grau de liberdade é agora maior; as interações são mais fracas e, portanto, num "lacto sensu", a individualidade aumenta.
Se construirmos uma casa com os tijolos notaremos que a organização, à semelhança do exemplo anterior, será menor. Porém não tanto, pois os tijolos estão empilhados de uma forma ordenada, constituindo as paredes da casa. A individualidade se reduz bastante: não existem mais tijolos e sim paredes; e estas, conquanto sejam indivíduos, estão totalmente restritas a uma posição definida do espaço. A uniformidade também é reduzida pois o que era um conjunto de tijolos iguais transformou-se num conjunto de paredes diferentes.
Até que ponto a termodinâmica explica esta evolução? Nem explica e nem é pretensão da termodinãmica explicar este fenômeno; e nem poderia, mesmo que quisesse. A construção de uma casa é orientada por um arquiteto, um criador. E não há nenhuma lei da termodinâmica que o considere. Parece-me estranho que a mesma termodinâmica que não possui condições para explicar a evolução de uma pilha de tijolos manuseada pelo homem, pretenda explicar a evolução do Universo. Não digo que se deva admitir a existência de um Criador. O que eu quero deixar claro é que existe um ponto de interrogação que a mim não representa ainda um indeterminismo; e que a nossa ciência, muito comodamente, atribui ao acaso; ou ao Acaso, como querem alguns. O que eu quero deixar claro é que devem existir princípios outros que orientem a evolução do Universo. Da mesma forma que existem princípios que orientam o arquiteto na construção de uma casa para que ela se torne habitável; ainda que nem todos os arquitetos se preocupem com esse detalhe "secundário".
A porção do Universo que enxergamos está em evolução; e evoluindo para a complexidade, para a perda da uniformidade. Os átomos de Demócrito agruparam-se em partículas maiores; estas em átomos de Dalton; estes em moléculas; estas em macromoléculas; e estas em seres vivos. E estas modificações são tão irreversíveis quanto as demais que constatamos obedecer à segunda lei da termodinâmica; pelo menos na porção do Universo em que vivemos. Aliás, o simples fato de dizermos que o Universo evolui já nos dá o conteúdo essencial da segunda lei da termodinâmica a propor que "as transformações naturais são irreversíveis". A meu ver este conteúdo pode ser expandido para um princípio mais geral ao qual tenho chamado Princípio da Evolução do Universo: "O Universo evolui de um estado de organização e uniformidade máximas para um estado de organização e uniformidade mínimas, com redução concomitante da individualidade.
Pelo menos é o que se nota no Universo que se nos mostra. Não é impossível, no entanto, que além das fronteiras de um buraco negro ocorra justamente o contrário; e que estes sejam nada mais, nada menos, que organismos despoluentes do Universo, onde tudo volte a ser simplesmente os indivisíveis átomos de Demócrito; e estes, dotados exclusivamente de energia cinética, ou seja, de movimento, facilmente daí seriam liberados. Os buracos negros seriam então lixeiras cósmicas fantásticas, destinadas a inverter a evolução do Universo e reencaminhar os tijolos para um local onde pudessem novamente evoluir. E desta forma o Universo seria eterno.
Gostaria de deixar claro que o Princípio da Evolução do Universo constitui-se, a meu ver, numa norma geral de evolução, a qual deve estar baseada em princípios outros que não o "princípio do acaso" e muito menos o princípio da incerteza.
O texto termina aqui. Lembro de que quando o escrevi meus conhecimentos em física eram pouco mais do que rudimentares: Limitavam-se a física do segundo grau, a bio-físico-química do curso de graduação em medicina e à pós-graduação em fisiologia com área de concentração em biofísica do néfron (incluindo como créditos Termodinâmica dos Sistemas Biológicos, Mecânica dos Fluidos, Transporte através de Membranas Biológicas e outros). Não obstante, se fosse reescrever o tópico hoje mudaria muito pouca coisa.
Como disse acima, tentei apenas apresentar uma introdução aos tópicos fundamentais e relacionados às suas dúvidas. Estou aqui para possíveis esclarecimentos e/ou para ampliar o debate.
[]'s
Alberto---------------------------------------------------------------------