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Pesquisadores da Unicamp e do Massachusetts Institute of Technology (MIT), nos Estados Unidos, desenvolveram uma nova metodologia de cálculo para determinar a entropia e a energia livre de sistemas físicos. O método não acrescenta novos conhecimentos essenciais à área, mas é entre 10 e 20 vezes mais rápido do que os convencionais, com a vantagem de manter o mesmo nível de eficiência destes. O foco da pesquisa, que teve início em 1995, é a física dos materiais.

De forma simplificada, entropia é o conceito que mensura a desordem ou desorganização da matéria. A entropia de um sólido, líquido ou gás cresce conforme a temperatura aumenta. Já a energia livre é a parcela da energia que pode ser convertida em trabalho útil. O que os cientistas fazem é promover simulações computacionais para entender o que ocorre com a matéria ao longo de grandes intervalos de temperatura. Esse estudo é importante, pois nem sempre é possível reproduzir em laboratório, por exemplo, as condições encontradas na natureza.
Um exemplo disso foi uma simulação realizada recentemente por um grupo de pesquisadores da Inglaterra. Por meio de cálculos computacionais, os cientistas estimaram em 6.500º Celsius a temperatura do ferro fundido no centro da Terra.

“Essa resposta seria extremamente difícil de ser obtida de forma experimental, já que não há condições de reproduzir de forma controlada em laboratório as condições de temperatura e pressão encontradas no interior do planeta”, explica o professor Alex Antonelli, do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp.
De acordo com ele, existem pelo menos 20 metodologias capazes de calcular a entropia e a energia livre de sistemas físicos. O método concebido conjuntamente por ele e por seu ex-aluno de doutorado, Maurice de Koning, é tão eficiente quanto os outros, mas é bem mais rápido. Em seu trabalho de pós-doutorado no MIT, de Koning percebeu que se alterasse determinados parâmetros do cálculo, também conseguiria conhecer como a energia livre e a entropia variam com a temperatura. Assim, ele ampliou os intervalos (a variação pode girar de 200 a até 2000º Celsius), reduzindo conseqüentemente o tempo da operação. “Há situações em que o tempo de cálculo cai de semanas para dias”, diz Antonelli.

A partir de 1999, os pesquisadores da Unicamp e do MIT, entre eles o professor Sidney Yip, considerado um dos pioneiros na simulação computacional de sistemas físicos, começaram a fazer a aplicação e a extensão do método. Ele tem sido usado para resolver problemas ligados à física dos materiais. Na natureza, esclarece Antonelli, a tendência é que os fenômenos sigam uma determinada ordem. Tome-se como exemplo uma pessoa filmando a seguinte cena: um vaso cai da mesa e se quebra. Agora imagine esse filme sendo passado ao contrário. Nesse caso, é fácil perceber que um monte de cacos não pode se juntar e voltar à mesa na forma do vaso.

A Física procura estabelecer critérios mais rigorosos para entender processos como esse. Um problema prático citado pelo professor do IFGW é o silício, material fundamental para a indústria eletroeletrônica. Valendo-se dos conceitos e conhecimentos da termodiâmica, os pesquisadores criam situações virtuais para saber como é o comportamento dos átomos quando esse material é submetido a altas temperaturas ou quando é resfriado. Algumas dessas respostas, reforça Antonelli, seriam muito difíceis de serem obtidas em laboratório.

Conforme o professor do IFGW, a nova metodologia já foi objeto de alguns artigos publicados em revistas conceituadas de circulação internacional. “Felizmente, o método vem tendo uma boa repercussão junto à comunidade científica e já vem sendo utilizado por alguns grupos de pesquisa no exterior”, diz, acrescentando que ele pode ser adaptado às várias técnicas de simulação computacional existentes. Os estudos conduzidos na Unicamp contam com investimentos da ordem de US$ 40 mil, financiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

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