Einstein e a questão de dirigir café

A temperatura de um corpo não depende do seu estado de movimento

A temperatura de um gás aprisionado é independente de sua velocidade em relação ao observador. © Universidade de Augsburgo
ler em voz alta

Os físicos conseguiram esclarecer um problema aberto e muitas vezes controverso da termodinâmica e da teoria da relatividade de Einstein. Usando simulações de dinâmica molecular, eles provaram que, ao escolher um termômetro adequado, a temperatura de um corpo não depende de seu estado de movimento. Em outras palavras, a temperatura do café em um trem muito rápido não parece ser mais alta ou mais baixa do que em um trem lento. Os resultados apareceram na Nature e nas Physical Review Letters.

A termodinâmica e a teoria da relatividade de Einstein são os pilares da física moderna ao lado da mecânica quântica. Em contraste com campos especiais, como acústica ou óptica, eles formam uma estrutura geral que abrange e influencia todos os aspectos da física.

Einstein levanta questões

A teoria especial da relatividade afirma, entre outras coisas, que o comprimento de uma haste móvel é reduzido do observador estacionário. Em 1907, Planck e Einstein sugeriram que a temperatura absoluta de um corpo em movimento fosse reduzida analogamente. Por outro lado, outros grandes físicos como Eddington defendiam um aumento de temperatura, enquanto alguns autores argumentavam que a temperatura não mudava.

Para esclarecer isso, os físicos de Augsburgo, Jörn Dunkel, Professor Peter Talkner e Professor Peter Hänggi, do Departamento de Física Teórica I da Universidade de Augsburg, em colaboração com seus colegas espanhóis David Cubero e Jesus Casado da Universidade de Sevilha, fizeram extensas simulações da dinâmica molecular dos gases relativísticos realizada.

Os experimentos computacionais esclarecem de maneira ilustrativa como o conceito de temperatura pode ser incorporado na teoria da relatividade. Eles mostram como usar dados estatísticos para construir um termômetro capaz de determinar a temperatura de partículas relativísticas rápidas. "Nossas simulações fornecem uma resposta clara, pelo menos para sistemas em uma dimensão", diz Hänggi: "Usando um termômetro estatístico adequado, a temperatura de um gás não depende de seu movimento em relação ao observador; portanto, um gás que se move a uma velocidade constante não parece ser aquecido arrefecido. "

As partículas podem voar em velocidade superluminal?

E outro problema foi resolvido pela nova simulação: antes que a teoria da relatividade especial se tornasse conhecida em 1905, supunha-se que as velocidades das partículas em um gás fossem distribuídas de acordo com as estatísticas gaussianas. Em princípio, este último também permite valores de velocidade que excedem a velocidade da luz. Como Planck reconheceu corretamente, no entanto, isso contradiz a teoria da relatividade de Einstein, segundo a qual partículas afetadas pela massa não podem se mover mais rápido que a luz. Assim, dentro da estrutura da teoria da relatividade, a distribuição de velocidade gaussiana originalmente assumida deve ser substituída de tal maneira que não ocorra mais velocidade excessiva da luz.

Mas como é a distribuição de velocidade relativística realmente correta? Várias propostas controversas discutidas podem ser encontradas na literatura científica sobre esta questão. Agora, os expoentes dos físicos de Augsburgo e da Espanha confirmaram com grande precisão uma distribuição que já foi postulada em 1911 por Ferencz Jttner.

(Universidade de Augsburgo, 11.11.2007 - NPO)