Há um conceito fundamental para a química e a física.
Ajuda a explicar porque é que os processos físicos
vão num sentido e não noutro:
porque é que o gelo derrete,
porque é que as natas se dissolvem no café,
porque é que o ar se escapa de um pneu furado.
É a entropia, e é um conceito muito difícil de entrar na nossa cabeça.
A entropia é descrita com frequência como uma medida da desordem.
É uma imagem conveniente, mas, infelizmente, é enganadora.
Por exemplo, o que é mais desordenado,
uma chávena de gelo picado ou um copo de água à temperatura ambiente?
A maior parte das pessoas dirá que é o gelo,
mas, na verdade, é o gelo que tem menor entropia.
Outra maneira de pensar nela é com a ajuda das probabilidades.
Pode ser mais complicado de perceber, mas esperem até a assimilar
e ficarão com uma compreensão muito melhor da entropia.
Considerem dois pequenos sólidos
que são formados por seis ligações atómicas cada um.
Neste modelo, a energia em cada sólido está armazenada nas ligações.
Podemos pensar nelas como simples recipientes,
que podem conter unidades inseparáveis de energia, conhecidas por "quanta".
Quanto mais energia tem um sólido, mais quente está.
Acontece que a energia pode distribuir-se de inúmeras formas
nos dois sólidos
que continuam a ter a mesma quantidade total de energia em cada um.
Cada uma dessas opções chama-se um "microestado".
Para seis quanta de energia no sólido A e dois quanta no sólido B,
há 9702 microestados.
Claro, os oito quanta de energia podem ser arranjados de outro modo.
Por exemplo, toda a energia pode estar no sólido A
e nenhuma no sólido B,
ou metade em A e metade em B.
Se considerarmos que cada microestado é igualmente provável,
constatamos que algumas configurações de energia
têm mais probabilidades de ocorrer do que outras.
Isso é devido ao maior número de microestados.
A entropia é uma medida direta
da probabilidade de cada configuração da energia.
O que vemos é que a configuração da energia
em que a energia está mais espalhada entre os sólidos
é a que tem mais entropia.
Portanto, em sentido geral,
a entropia pode ser considerada
como a medida desta repartição de energia.
Uma entropia baixa significa que a energia está concentrada.
Uma entropia alta significa que ela está repartida.
Para perceber porque é que a entropia ajuda a explicar os processos espontâneos,
como o arrefecimento de objetos quentes,
precisamos de observar um sistema dinâmico
em que a energia está em movimento.
Na realidade, a energia não se mantém no mesmo lugar.
Move-se continuamente entre as ligações vizinhas.
À medida que a energia se desloca,
a configuração da energia pode mudar.
Por causa da distribuição dos microestados,
há 21% de hipóteses de que o sistema venha a estar numa configuração
em que a energia esteja repartida ao máximo.
Há 13% de hipóteses que ela volte ao ponto de partida
e 8% de hipótes de que A obtenha mais energia.
De novo, vemos que, como há mais formas
de obter uma energia repartida e uma entropia elevada
do que uma energia concentrada,
a enrgia tem tendência a repartir-se.
É por isso que, se pusermos um objeto quente ao pé de um frio,
o frio vai aquecer e o quente vai arrefecer.
Mas, mesmo neste exemplo,
há 8% de hipóteses de que o objeto quente fique mais quente.
Porque é que isto nunca acontece na vida real?
Tem tudo a ver com a dimensão do sistema.
Os nossos sólidos hipotéticos só tinham seis ligações cada.
Vamos aumentar os sólidos, em escala,
para 6000 ligações e 8000 unidades de energia
e recomeçar o sistema com três quartos da energia em A
e um quarto em B.
Descobrimos que a hipótese de A adquirir espontaneamente mais energia
é um número minúsculo.
Os objetos do nosso quotidiano têm muitíssimo mais partículas do que este.
A hipótese de um objeto quente no mundo real ficar mais quente
é ridiculamente pequena.
Nunca acontece.
O gelo derrete,
as natas misturam-se,
e os pneus esvaziam-se
porque esses estados têm mais energia repartida que o seu estado original.
Não há nenhuma força misteriosa obrigando o sistema a uma entropia maior.
É simplesmente que a entropia mais alta, estatisticamente, é sempre mais provável.
É por isso que chamamos à entropia "a flecha do tempo".
Se a energia tiver a oportunidade de se difundir, difundir-se-á.