Què és això que anomenem temperatura?

La temperatura és un concepte quotidià, que tots emprem constantment. Des de la temperatura que farà demà, fins a la que marca el termòmetre que li hem posat al nostre fill. La temperatura del congelador, o la del cafè que ens crema la llengua.

Us heu parat mai a reflexionar què és, en realitat, això que anomenem temperatura? Sembla una cosa esotèrica, màgica. Què és el que fa que un objecte, una cosa, ja sigui gran, com una nebulosa a l'espai, o petita, com una gota d'aigua, tingui temperatura?

Potser sembla una pregunta sense importància?

No val respondre-la dient: "És clar, la temperatura és si una cosa està freda o calenta". Perquè així no ho responem, sinó que donem voltes sobre el mateix concepte. Què és estar fred o calent? Què fa que un glaçó de gel estigui fred, o la flama d'un llumí calenta?

Per entendre-ho, aquest cop no mirarem a munt, a l'espai, sinó cap a dins de la matèria. Com sempre, em permetré fer algunes aproximacions en l'explicació per tal d'intentar fer-la més entenedora (perquè la realitat és un xic més complexa que la que explicaré, especialment si un té en compte els efectes de la mecànica quàntica).

Tota la matèria està composada per àtoms i molècules (que no són més que associacions d'àtoms). En un gas, les seves molècules es mouen lliurement dins l'espai en el que el gas està confinat, omplint-lo de forma homogènia. En un líquid, els àtoms i molècules es troben lligats entre ells, cosa que fa que la substància en qüestió tingui més consistència que un gas. I en un sòlid, aquests enllaços són molt més forts.

Però sigui quin sigui l'estat de la matèria, gasosa, líquida, o sòlida, els seus àtoms sempre estan en moviment. Ja hem comentat com les molècules d'un gas vaguen de forma aleatòria. Les d'un líquid també es mouen, cosa que fa que tot es mescli de forma homogènia. Inclús en un objecte sòlid. En aquest cas, tot i que les molècules es troben, com dèiem, fortament lligades entre elles, el moviment que tenen el podem visualitzar com si fos de vibració. Els àtoms vibren constantment, sense poder escapar-se i trencar els enllaços.

Doncs bé, la temperatura és una mesura estadística d'aquest moviment dels àtoms. Quan un termòmetre ens marca la temperatura, ens està dient com de ràpid o lent es mouen (o vibren) els àtoms amb els que ha estat en contacte.

Una temperatura alta significa que els àtoms o les molècules es mouen ràpidament (o vibren amb força). Si apliquem calor, és a dir si aportem energia a l'objecte, la seva temperatura puja, que vol dir que l'energia que li estem afegint al sistema passa a formar part de l'energia de moviment dels seus àtoms, que ara es mouen encara més ràpidament. Així, pot arribar un moment en el que es moguin tan fortament que els enllaços que mantenien la cohesió en un sòlid es trenquin, i les seves molècules es disgreguin, passant a ser un líquid o un gas.

Si refredem l'objecte, si aquest perd calor, el que estem fent en realitat és minorar l'energia de moviment dels seus àtoms. Aquests calmen el seu moviment o la seva vibració. Com més fred un objecte, menys energia tenen els seus àtoms, menys es mouen.

La transferència de calor entre objectes és, segons tot això, el traspàs de l'energia de moviment dels àtoms. Quan el meu dit es retira ràpidament del ferro roent és perquè els àtoms i molècules que conformen els teixits de la meva pell han adquirit més vibració (que també han transferit a les terminacions nervioses, que han alertat al cervell).

Aquesta transferència de calor, dels objectes més calents als freds és inevitable. És com posar unes tranquil·les boles de billar (àtoms d'un objecte fred) en mig d'una taula plena d'altres boles que circulen a tota velocitat per allà (àtoms calents). Tard o d'hora col·lidiran entre elles i es transferiran energia de moviment: unes guanyant moviment (les que estaven aturades), i les altres perdent-ne (les que es movien ràpidament). Fins a que tot quedi en equilibri.

Hi ha altres formes d'escalfar o refredar que no passen pel contacte entre objectes. Per exemple, l'aplicació d'un fort camp magnètic a una substància la pot escalfar, perquè farà augmentar la vibració dels seus àtoms. O els rajos del Sol ens escalfaran la cara, amb un procés molt similar al que acabem de comentar.

No sé si havíeu sentit mai a parlar de l'anomenat zero absolut. Una temperatura que es defineix com la mínima assolible a la natura (273,15 graus C sota zero). Sembla estrany aquest concepte d'un valor mínim del què no es pot baixar? Amb la definició de temperatura que hem vist ja no és tan rar. Aquest zero absolut seria la temperatura que immobilitzaria els àtoms. Com que la temperatura és una mesura del moviment, i si els àtoms ja no es mouen, doncs allà s'acaba el valor de la temperatura (companys qüàntics, no m'ho tingueu en compte si us plau).

Les temperatures més baixes trobades a l'univers, per tant, es mouen al voltant d'aquesta xifra del zero absolut, però sempre un xic per sobre.

Així que ja sabeu. La propera vegada que llegiu el que marca el termòmetre, recordeu que és com si estiguéssiu mesurant com de nervioses i excitades estan les seves molècules.