Fluxo de Energia

Aqui está, pois, um aspecto do universo que parece ser eterno — sem início nem fim. A energia que o universo agora contém será sempre precisamente a mesma; a mesma quantidade dela sempre existiu, existe e existirá. O mesmo se aplica em relação a momento, momento angular, carga elétrica e assim por diante. Quaisquer tipos de modificações locais podem ocorrer como resultado de ganhos ou perdas de uma ou mais propriedades de conservação nesta ou naquela parte do universo — mas o total foi, é e será imutável.

FLUXO DE ENERGIA

Podemos, agora, traçar um paralelo entre o universo mítico e o universo científico.

No caso do universo mítico, há um reino celeste imorredouro, eterno, em contraposição ao mundo humano — mutável — com que estamos familiarizados. É a esse mundo mutável que nos referimos quando pensamos num fim; é só em relação a ele que as palavras “‘início” e “fim” adquirem um sentido. E, sob esse aspecto, ele não é apenas mutável, é temporário.

No universo científico, há propriedades conservadas — eternas, imorredouras — em contraposição a um mundo mutável que se exaure na base das e segundo as regras daquelas propriedades conservadas. É só em relação a esse mundo que as palavras “início” e “fim” adquirem um sentido.

E, sob esse aspecto, não é apenas mutável, é temporário.

Mas por que o universo científico deveria apresentar tal aspecto mutável e temporário? Por que todos os componentes do universo não se reúnem num objeto maciço com um certo momento angular, carga elétrica, conteúdo energético e outras constantes, sem jamais mudar?

Por que, em vez disso, o universo consiste numa miríade de objetos de todos os tamanhos

que constantemente transferem partes das propriedades conservadas de um para outro {4}?

O poder propulsor subjacente a essas mudanças é, aparentemente, a energia, de forma que ela parece ser a mais importante das propriedades do universo, e a conservação de energia é considerada por muitos a mais básica de todas as leis naturais.

A energia provoca todas as mudanças no universo, participando, ela mesma, das mudanças. Porções de energia fluem de um lugar para outro, de um corpo para outro, chegando a mudar de forma durante tais processos. Isso significa que temos que nos perguntar o que impulsiona a energia a comportar-se dessa maneira.

A razão para isso parece ser o fato de que a energia está espalhada pelo universo de modo desigual; apresenta-se em maior concentração em alguns lugares e em menor em outros. Todo o fluxo de suas porções (de um lugar a outro, de um corpo a outro, de uma forma para outra)

ocorre de modo tal que a tendência é equilibrar a distribuição {5}. O fluxo de energia que converte uma distribuição desigual em equilibrada pode ser aproveitado para produzir trabalho e realizar todas as mudanças que observamos; todas as mudanças que associamos ao universo como o conhecemos, com vida e inteligência.

É importante notar que o nivelamento de energia é espontâneo. Nada precisa impulsionar o fluxo energético para que se efetue. Acontece por si só.

É “auto-regulador”.

Analisemos um exemplo simples. Suponhamos dois recipientes de mesmo tamanho ligados na base por um tubo horizontal, que é bloqueado de modo a impedir qualquer comunicação entre os dois recipientes. Poderemos encher um dos dois com água até a borda, ao passo que, no outro, poremos só um pouquinho de água.

O recipiente que está cheio tem um nível de água mais alto, na média, que o outro. Para elevar o nível da água em detrimento da força gravitacional, requer-se uma quantidade de energia. Nessa medida, a água do recipiente cheio tem um nível de energia — com respeito ao campo gravitacional — maior que a água do recipiente quase vazio. Por razões históricas, dizemos que a água do recipiente cheio tem mais “energia potencial” que a água do recipiente quase vazio.

Imaginemos, agora, que o tubo que conecta os dois recipientes seja aberto. Imediatamente, a água escoará do lugar em que ela contém maior energia potencial para o lugar em que essa é menor. A água passará do recipiente cheio para o quase vazio — espontaneamente.

Tenho certeza de que não há dúvidas na mente de ninguém — contanto que essa mente tenha tido um mínimo de experiência com o mundo — de que esse é um evento espontâneo e inevitável. Se o tubo fosse aberto e a água deixasse de escoar do recipiente cheio para o quase vazio, concluiríamos imediatamente que o tubo de conexão não ficou realmente aberto. Se o pouco de água do recipiente quase vazio escoasse para o cheio, seríamos obrigados a crer que a água estava sendo bombeada.

Se o tubo estivesse de fato aberto e fosse evidente que não havia bombeamento e a água do recipiente cheio não passasse para o quase vazio ou, pior ainda, se o oposto acontecesse, seríamos forçados a chegar à aflita conclusão de que testemunhávamos o que só pode ser descrito como milagre.

(É desnecessário dizer que um milagre de tal natureza jamais foi testemunhado e registrado

nos anais da ciência{6}.) De fato, é tão certo o fluxo espontâneo da água dessa forma, que o usamos, automaticamente, como medida da direção do fluxo de tempo.

Suponhamos, por exemplo, que tivessem sido filmados os eventos dos dois recipientes e estivéssemos assistindo aos resultados. O tubo de conexão é aberto e a água não escoa. Imediatamente pensaríamos que o filme não estava rodando e que estávamos assistindo a uma paralisação cênica. Em outras palavras: no universo cinematográfico, o tempo tinha parado.

Suponhamos, mais uma vez, que o filme mostrasse a água do recipiente quase vazio escoando para o cheio. Teríamos certeza de que o filme estava sendo rodado ao contrário. No universo cinematográfico, a direção do fluxo de tempo era o inverso do que é na vida real. (É por isso que o fato de se passar um filme ao contrário é quase que invariavelmente hilariante porque, então, aparecem inúmeros eventos que, sabemos, nunca acontecem na vida real. A água que chapinha “para dentro” enquanto um mergulhador emerge dela primeiramente com os pés, depois com o resto do corpo e, por último, com a cabeça, para, finalmente, aterrizar no trampolim; os cacos de vidro que se juntam perfeitamente para refazer um copo intato; cabelos desfeitos que recuperam um penteado perfeito. Assistindo a qualquer dessas tomadas, podemos perceber quantos eventos da vida real são claramente espontâneos; quantas reversões, se possíveis, pareceriam miraculosas; e como podemos distingui-los com facilidade simplesmente pela experiência.)

Voltando aos recipientes de água, é fácil demonstrar que a velocidade de passagem da água do recipiente cheio para o quase vazio depende da diferença da distribuição de energia. No início, a energia potencial da água do recipiente cheio é consideravelmente maior que a energia potencial da água do quase vazio; portanto, a água escoa rapidamente.

À medida em que o nível de água caí no recipiente cheio e aumenta no quase vazio, a diferença de energia potencial entre os dois recipientes decresce continuamente, de modo que a distribuição de energia é menos desigual e a água escoa com velocidade visivelmente decrescente. Quando os níveis de água estão quase se igualando, a água escoa muito vagarosamente; quando os níveis dos dois recipientes estão igualados, e não há diferença de energia potencial entre ambos, o fluxo de água pára.

Resumindo, a mudança espontânea se dá de um estado de distribuição desigual de energia para uma distribuição de energia homogênea e com uma velocidade proporcional ao grau de desigualdade. Uma vez alcançada a distribuição homogênea, a mudança cessa.

Se estivéssemos observando dois recipientes de água ligados e com nível de água igual em ambos e se, sem qualquer intervenção externa, a água escoasse de um recipiente para outro, de maneira que o nível em um aumentasse e no outro caísse, estaríamos testemunhando um milagre.

A água em movimento pode produzir trabalho. Pode girar uma turbina que gerará um fluxo de eletricidade ou pode, simplesmente, transportar coisas. À medida em que a velocidade do fluxo de água diminui, o índice de trabalho capaz de ser realizado diminui. Quando o fluxo pára de vez, torna-se impossível a realização de trabalho.

Quando o fluxo de água pára, porque a altura da água é a mesma em ambos os recipientes, tudo pára. Toda a água ainda está lá. Toda a energia ainda está lá. Tanto a água como a energia, no entanto, não mais estão desigualmente distribuídas. É a distribuição irregular de energia que produz mudança, movimento e trabalho, à medida em que busca um equilíbrio na distribuição. Uma vez conseguido, não mais existe mudança, movimento, ou trabalho.

Além disso, a mudança espontânea é sempre no sentido da distribuição desigual para a

equilibrada; ocorrido isso, nada de espontâneo inverterá o processo {7}.

Tomemos outro exemplo, agora envolvendo calor em vez de nível de água. De dois corpos, um pode conter maior intensidade de energia térmica que o outro. O nível de intensidade de energia térmica é medido como “temperatura”.

Quanto mais alta a intensidade de energia térmica de um corpo, mais elevada é sua temperatura e mais quente ele está. Podemos portanto falar de um corpo quente e um corpo frio e considerá-los equivalentes ao nosso caso anterior dos recipientes cheio e quase vazio.

Suponhamos que os dois corpos formem um sistema fechado, de modo que nenhum calor possa ser-lhes acrescido (vindo do universo externo) nem retirado (indo para o universo externo). Imaginemos que os dois corpos, o quente e o frio, foram postos em contato.

Por experiência própria, sabemos exatamente o que aconteceria. O calor fluiria do corpo quente para o frio, da mesma maneira que a água escoa do recipiente cheio para o vazio. À medida em que o fluxo de calor continuasse, o corpo quente resfriaria e o frio esquentaria, como o recipiente cheio torna-se menos cheio e o vazio, menos vazio. Finalmente, os dois corpos teriam a mesma temperatura, exatamente como os dois recipientes terminam por ter o mesmo nível de água.

Percebe-se, mais uma vez, que a velocidade do fluxo térmico do corpo quente para o frio depende do grau de desigualdade da distribuição de energia. Quanto maior a diferença de temperatura entre os dois corpos, mais rapidamente o calor fluirá do corpo quente para o frio. À medida em que o corpo quente esfria e o frio esquenta, a diferença de temperatura diminui, o mesmo valendo para a velocidade do fluxo térmico. Finalmente, quando os dois corpos atingem a mesma temperatura, o fluxo de calor se interrompe e deixa de se mover em qualquer das direções.

Outra vez ainda, essa direção do fluxo térmico é espontânea. Se dois corpos com diferentes temperaturas fossem postos em contato e o calor não fluísse, ou se o calor fluísse do corpo frio para o quente de maneira que o corpo frio ficasse ainda mais frio e o quente, mais quente ainda — e se tivéssemos certeza de estar lidando com um sistema realmente fechado e sem truques —, então teríamos que concluir estarmos testemunhando um milagre.

(Mas tal milagre jamais foi testemunhado e registrado por cientistas.) Assim, então, uma vez que os corpos tenham a mesma temperatura, qualquer fluxo térmico capaz de causar modificações na temperatura de um dos corpos não pode acontecer.

Tais mudanças também se relacionam com o fluxo de tempo. Se filmássemos os dois objetos, focalizando um termômetro preso a cada um deles, e notássemos que uma das temperaturas permanecia alta e a outra, baixa, sem modificação, concluiríamos que o filme não estava rodando. Se percebêssemos que a coluna de mercúrio no termômetro com temperatura mais alta subia ainda mais, ao passo que a coluna no outro caía mais, concluiríamos que o filme estava sendo rodado ao contrário.

Utilizando-nos de um corpo quente e de um outro frio, poderíamos produzir trabalho por meio do calor. O calor do corpo quente poderia evaporar um líquido e o vapor em expansão empurraria um pistão. O vapor, então, aqueceria o corpo frio, liquefar-se-ia de novo e o processo reproduzir-se-ia indefinidamente.

À medida em que o trabalho é realizado e o calor flui, o corpo quente transfere seu calor para o líquido em evaporação e o vapor, enquanto se condensa, transfere seu calor ao corpo frio. O corpo quente, por conseguinte, resfria-se progressivamente, ocorrendo o inverso no corpo frio. À medida em que as temperaturas se nivelam, a velocidade do fluxo térmico diminui, o mesmo valendo para a quantidade de trabalho efetuado. Quando ambos os corpos atingem a mesma temperatura, cessam o fluxo térmico e o trabalho.

Os corpos ainda estão presentes, toda a energia térmica tambem, mas não há mais uma distribuição de calor desigual e, portanto, não há mais mudanças, movimento ou trabalho. Mais uma vez a mudança espontânea se faz no sentido da distribuição desigual da energia para a equilibrada e, por conseqüência, de capacidade para modificação, movimento e trabalho para a ausência de tal capacidade. E assim, uma vez ausente essa capacidade, ela não mais reaparece.