No relógio cósmico, os ponteiros avançam implacavelmente em direção ao fim dos tempos. A cada segundo que passa, o movimento de cada átomo e partícula que existe nos guia para os capítulos finais do Universo.
Dentre os possíveis cenários com os quais o nosso Universo pode chegar ao fim, um deles está escondido nas pistas presentes nas leis fundamentais da natureza que governam o calor, a energia, e o próprio tempo: as Leis da Termodinâmica.
Este conjunto de leis sugere que, um dia, todo o Universo entrará em um estado de morte térmica, um fim sem brilho, sem movimento e estéril. Mas como se chega a esta ideia?
Representação de uma máquina a vapor, exemplo clássico de um sistema termodinâmico.Fonte: Promilitares
A morte térmica do Universo
A hipótese da morte térmica do Universo surgiu no século XIX, no auge do desenvolvimento da termodinâmica. Cientistas como Lord Kelvin e Rudolf Clausius começaram a compreender as profundas implicações das Leis da Termodinâmica não apenas para os sistemas fechados, mas para o Universo na totalidade.
Lord Kelvin, em 1852, foi um dos primeiros a sugerir que o Universo poderia estar caminhando para um estado final de equilíbrio térmico, onde toda a energia estaria uniformemente distribuída, e não haveria mais trabalho útil a ser realizado. Essa ideia, conhecida como “morte térmica”, colocou uma perspectiva nova e desconcertante sobre o destino do Cosmos.
Para entender como essas leis apontam para o fim do Universo, precisamos primeiro compreender o que são essas leis e como elas governam o comportamento da energia em todos os sistemas.
As leias da Termodinâmica e o fim do Universo
A Primeira Lei da Termodinâmica é uma consequência da lei da conservação da energia e, fisicamente, determina que a variação da energia interna de um sistema termodinâmico equivale à diferença entre a quantidade de calor absorvido pelo sistema e o trabalho que ele realiza.
Uma implicação dessa afirmação é que a energia em um sistema isolado não pode ser criada nem destruída, apenas transformada de uma forma para outra.
O calor recebido por um sistema é igual à soma entre a variação da energia interna do sistema e o trabalho efetuado pelo sistema.Fonte: Instituto de Física UFRGS
Em termos cósmicos, isso significa que a quantidade total de energia no Universo é constante e, embora a energia não possa ser destruída, sua utilidade pode mudar. Por exemplo, a energia pode ser transformada em calor, que se espalha e se torna menos disponível para realizar trabalho útil.
A Segunda Lei da Termodinâmica é a principal chave para entender o destino do Universo. Ela estabelece que, em um sistema isolado, a entropia — que pode ser entendida como uma medida do grau de desordem ou de dispersão de energia — tende a aumentar com o tempo. Em outras palavras, os sistemas naturais evoluem para estados de maior desordem e menor capacidade de realizar trabalho útil.
Um exemplo de energia dissipada é o processo de esfriamento de um café exposto à temperatura ambiente.Fonte: Getty Images
A implicação dessa lei é profunda: à medida que o tempo avança, o Universo inteiro está constantemente aumentando em entropia. As estrelas queimam seu combustível nuclear, transformando energia útil em calor que se dissipa no espaço.
Eventualmente, esse processo levará a um estado onde toda a energia estará distribuída uniformemente e o Universo atingirá um equilíbrio térmico. Nesse ponto, não haverá mais gradientes de energia para alimentar estrelas, planetas, ou qualquer tipo de movimento, ou vida.
Finalmente, a Terceira Lei da Termodinâmica afirma que, à medida que a temperatura de um sistema se aproxima do zero absoluto (-273,15 °C), a entropia do sistema tende a alcançar um valor mínimo constante. Embora o zero absoluto seja teoricamente inatingível, essa lei nos dá uma visão sobre os limites da termodinâmica.
Daqui a centenas de trilhões de anos, todas as estrelas terão se apagado no Universo.Fonte: Getty Images
Quando aplicada ao Universo todo, ela sugere que, à medida que o cosmos se aproxima de sua morte térmica, a temperatura se aproximará do zero absoluto, mas nunca o alcançará completamente. Nesse estado final, o Universo será um vasto e frio vazio, onde a entropia estará maximizada e nada mais poderá acontecer.
Em suma, a morte térmica do Universo emerge como uma consequência inevitável dessas leis.
Neste cenário, todas as estrelas terão se apagado, todos os buracos negros terão evaporado (através do processo de radiação de Hawking), e toda a matéria terá se dispersado. Não haverá mais diferenças de temperatura, e, portanto, nenhum processo termodinâmico poderá ocorrer.
Representação de um estágio do futuro do Universo: cada vez mais frio e escuro.Fonte: Popular Mechanics
Neste Universo frio, escuro e estagnado toda a energia estará presente, mas será inútil, incapaz de realizar qualquer trabalho ou sustentar qualquer forma de vida. Esse estado final será o resultado natural da ação incessante e poderosa das Leis da Termodinâmica ao longo de trilhões de anos.
A ideia da morte térmica do Universo é uma lembrança solene do poder inexorável das leis naturais, que nos confronta com a realidade de que, por mais que o Universo e sua atividade prosperem agora, o destino de tudo o que conhecemos é o silêncio e a escuridão.
Contudo, melhor que lamentar um fim longínquo é apreciar a breve e brilhante chama da existência enquanto ela existe no vasto oceano do tempo cósmico.