A Termodinâmica é um dos pilares essenciais da Física. Os seus princípios e fundamentos estão entre os mais abrangentes de toda a Física. Estes fundamentos são tão essenciais e universais que compreendem, por exemplo, a noção de que a caracterização do estado de qualquer corpo exige pelo menos a determinação da sua temperatura e que a troca de calor e energia entre corpos e os sistemas que os contêm satisfazem invariavelmente o Princípio de Conservação da Energia. A descoberta fundamental de que o calor é uma forma de energia que pode ser convertido em trabalho mecânico transformou radicalmente a humanidade e foi literalmente a força motriz da Revolução Industrial no século XVIII na Europa.
Por sua vez, entendimento de que o calor acessível a uma máquina térmica obtido por meio da combustão de alguma substância de alta densidade energética não pode ser integralmente convertido em trabalho mecânico foi umas das descobertas mais fecundas do século XIX. A compreensão desta limitação deu origem ao Segundo Princípio da Termodinâmica e às ideias seminais do que hoje designamos por Mecânica Estatística. O desenvolvimento da Mecânica Estatística desempenhou um papel central na recuperação da ideia de que a matéria é constituída por corpúsculos elementares cuja subtileza das suas propriedades exige a construção de novas teorias físicas ainda mais sofisticadas. Este mergulho na estrutura mais íntima da matéria tem implicações igualmente profundas para o entendimento de quaisquer processos que tenham lugar em todas as escalas conhecidas e em todo o Universo.
Neste texto, procuramos apresentar esta extraordinária aventura intelectual de forma acessível e matematicamente rigorosa. Esperamos que a partir dele os estudantes possam gradualmente construir o conjunto de ideias e conceitos necessários para compreender os elementos essenciais da Termodinâmica e da Mecânica Estatística e que, acima de tudo, se sintam motivados para levantar questões e formular perguntas com um grau crescente de exigência intelectual e imaginação teórica.
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Orfeu Bertolami
Orfeu Bertolami nasceu em São Paulo, Brasil, em 1959. Licenciado em Física pela Universidade de São Paulo em 1980, obteve o mestrado no Instituto de Física Teórica em São Paulo em 1983, o Grau Avançado em Matemática em 1984 e o doutoramento em Física Teórica em 1987, respetivamente nas Universidades de Cambridge e Oxford no Reino Unido.
Desenvolveu atividades de investigação no Institut für Theoretische Physik em Heidelberg (1987 – 1989), no Centro Europeu de Investigação Nuclear (CERN / 1993 – 1995) em Genebra, na secção de Turim do Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (1994) e na Universidade de Nova Iorque (1999). Foi professor no Departamento de Física do Instituto Superior Técnico (1991 – 2010) e é Professor Catedrático no Departamento de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. Publicou mais de 365 artigos científicos, em livros, jornais, atas de conferências, dos quais mais de 205 em revistas especializadas com arbitragem nas áreas da astrofísica, cosmologia, física e propulsão espacial, gravitação clássica e quântica, teorias de cordas quânticas e sobre a física do Sistema Terrestre. Já apresentou mais de cinco dezenas de palestras convidadas em conferências internacionais e mais de duas centenas de seminários especializados em universidades e centros de investigação na Europa, Rússia, Coreia, Japão, China, Brasil, Argentina, Chile e Estados Unidos. Tem participado em atividades de divulgação apresentando muitas dezenas de palestras sobre temas como a unificação das interações fundamentais da natureza, o bosão de Higgs, o Big Bang, a estrutura em larga escala do Universo, as explosões de raios gama, a origem da vida, ciência e literatura, alterações climáticas, a vida e a obra de Albert Einstein e de Galileu. É autor do Livro das Escolhas Cósmicas (Gradiva, 2006), uma narrativa da história da física do Universo da antiguidade até os nossos dias. É co-autor, com Martin Tajmar, do texto sobre um putativo controle da gravitação, publicado pela Agência Espacial Europeia em 2002. É coorganizador e coautor do livro Do Big ao Homem (Editora da Universidade do Porto, 2015) e coautor de Seis Breves Apontamentos de Cosmologia Contemporânea (Editora da Universidade do Porto, 2016), este último em coautoria com Jorge Páramos.
Foi galardoado com um prémio da Gravity Research Foundation dos Estados Unidos em 1999, com o Prémio União Latina de Ciência em 2001 e o Prémio Universidade Técnica de Lisboa/Santander Totta de excelência científica nas áreas de Biofísica e Física em 2007. Colaborou em projetos europeus no estudo da estrutura microscópica do espaço-tempo, da física da matéria escura e de energia escura, em problemas de física fundamental no espaço e sobre a física do Sistema Terrestre.
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