Um provavelmente não caiu na cabeça de Sir Isaac Newton em 1665, deixando escapar a iluminação sobre a natureza da queda dos corpos. E já agora, esqueça o que aprendeu sobre a gravidade na escola. Não é assim que realmente funciona. Mas não acredite na nossa palavra. Deixe que os principais concorrentes na história da teoria gravitacional se pronunciem.
Round 1: Newton
“A gravidade realmente existe”, disse Newton em 1687. “age de acordo com as leis que temos explicado, e serve abundantemente para explicar todos os movimentos dos corpos celestes”. Antes de Newton, ninguém tinha ouvido falar da gravidade, muito menos do conceito de uma lei universal.
A Universidade de Cambridge, onde Newton estudou, foi fechada devido à peste em 1665. Descansando na sua casa de infância, o rapaz de 23 anos mergulhou em meses de brainstorming matemático febril. Isto, mais uma descida duvidosa de maçã no pomar de trás, lançou as bases para sua obra-prima Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Em Principia, Newton descreveu a gravidade como uma força sempre presente, um puxão que todos os objetos exercem sobre objetos próximos. Quanto mais massa um objeto tem, mais forte é o seu puxão. Aumentar a distância entre dois objetos enfraquece a atração.
Principia As explicações matemáticas destas relações foram simples e extremamente úteis. Com suas equações, Newton foi capaz de explicar pela primeira vez porque a Lua permanece em órbita ao redor da Terra. Até hoje, usamos a matemática de Newton para prever a trajetória de um lançamento de softball ou da aterrissagem de astronautas na Lua. Na verdade, todas as observações diárias da gravidade na Terra e nos céus podem ser explicadas com bastante precisão com a teoria de Newton.
Okay, nós a compramos. Mas como funciona?
Olá?
Silêncio do canto do anel de Newton.
A verdade é que Newton poderia descrever a gravidade, mas ele não sabia como funcionava. “A gravidade deve ser causada por um agente agindo constantemente de acordo com certas leis”, admitiu ele. “Mas quer esse agente seja material ou imaterial, eu deixei à consideração dos meus leitores.”
Durante 300 anos, ninguém realmente considerou o que esse agente poderia ser. Talvez qualquer possível concorrente tenha sido intimidado pela genialidade de Newton. O homem inventou o cálculo, pelo bem do Pete.
Ding. Round 2: Einstein
Aparentemente Albert Einstein não foi intimidado. Ele até pediu desculpa. “Newton, perdoa-me”, ele escreveu nas suas memórias. “Você encontrou a única maneira que, na sua idade, era quase possível para um homem com o mais alto pensamento e poder criativo.”
© Arquivos Einstein da Universidade Hebraica de Jerusalém
Em 1915, após oito anos a ordenar os seus pensamentos, Einstein tinha sonhado (literalmente… ele não tinha precursores experimentais) um agente que causava a gravidade. E não era simplesmente uma força. De acordo com sua teoria da Relatividade Geral, a gravidade é muito mais estranha: uma consequência natural da influência de uma massa no espaço.
Einstein concordou com Newton que o espaço tinha dimensão: largura, comprimento e altura. O espaço pode estar cheio de matéria, ou não. Mas Newton não acreditava que o espaço fosse afetado pelos objetos nele contidos. Einstein acreditou. Ele teorizava que uma massa pode produzir muito espaço. Pode distorcê-lo, dobrá-lo, empurrá-lo, ou puxá-lo. A gravidade era apenas um resultado natural da existência de uma massa no espaço (Einstein tinha, com sua Teoria da Relatividade Especial de 1905, adicionado o tempo como quarta dimensão ao espaço, chamando o resultado de espaço-tempo. Grandes massas também podem empenar o tempo, acelerando-o ou desacelerando-o).
Você pode visualizar a urdidura da gravidade de Einstein pisando em um trampolim. A sua massa causa uma depressão no tecido elástico do espaço. Role uma bola passando a urdidura a seus pés e ela vai curvar em direção à sua massa. Quanto mais pesado você for, mais você dobra o espaço. Olhe para as bordas do trampolim – a urdidura se afasta menos da sua massa. Assim, as mesmas relações newtonianas são explicadas (e previstas matematicamente com melhor precisão), mas através de uma lente diferente do espaço deformado. Toma lá, Newton, diz Einstein. Com lamentações.
A teoria de Einstein também triunfou triunfantemente na lógica de Newton. Se, como Newton alegou, a gravidade fosse uma força constante e instantânea, a informação sobre uma súbita mudança de massa teria que ser comunicada de alguma forma por todo o universo de uma só vez. Isto fazia pouco sentido para Einstein. Pelo seu raciocínio, se o Sol desaparecesse subitamente, o sinal para que os planetas parassem de orbitar teria logicamente que levar algum tempo de viagem. E definitivamente levaria mais tempo a chegar a Plutão do que a Marte. Nada universal sobre isso.
O que Einstein propôs como o agente de comunicação desaparecido? Entrar, novamente, na sua muito útil dobra espacial. Muito como uma pedra jogada em um lago, uma mudança na massa causará uma ondulação no espaço que sai de sua fonte em todas as direções à velocidade da luz. À medida que se desloca, a ondulação aperta e estica o espaço. Chamamos tal perturbação de uma onda gravitacional.
Com este golpe final, a Relatividade Geral de Einstein explicou tudo o que a teoria de Newton fez (e algumas coisas não fez), e melhor. “Estou plenamente satisfeito”, disse Einstein em 1919. “Não duvido mais da correção de todo o sistema”
Nesta rodada, vitória para Einstein.
Ding. Ronda 3: A Próxima Onda
Einstein pode ter previsto ondas gravitacionais, mas ele tinha pouca fé que os cientistas alguma vez as detectariam. Ondas gravitacionais apertam e esticam o espaço apenas uma pequena quantidade. Na verdade, é ridículo, horrivelmente, quase impossivelmente pequeno: uma distância centenas de milhões de vezes menor do que a de um átomo.
Até agora, Einstein estava certo. Já se passaram oito décadas desde que ele introduziu a Relatividade Geral, e uma onda gravitacional ainda não foi detectada. Não foi até 1974 que os cientistas chegaram perto. Naquele ano dois radioastrônomos, Joseph Taylor e Russell Hulse, estavam analisando um par de estrelas de nêutrons (estrelas superdensas em colapso) que se orbitam um ao outro. Hulse e Taylor perceberam que as órbitas estavam acelerando a uma velocidade que Einstein previu que ocorreria se as ondas gravitacionais estivessem de fato sendo geradas pelo sistema. A primeira evidência indirecta de ondas gravitacionais estava dentro, mas as ondas em si não foram medidas directamente.
Embora qualquer objecto possa gerar ondas gravitacionais, apenas as extremamente maciças produzem deformações do espaço suficientemente grandes para serem medidas. Tais mudanças gigantescas de massa são encontradas apenas no espaço, tais como estrelas de nêutrons em órbita, buracos negros colidindo, ou supernovas. Os pesquisadores estão agora procurando ondas que emanam dessas fontes com um dos instrumentos científicos mais precisos já feitos: o LIGO, o Interferómetro Laser do Observatório de Ondas Gravitacionais. O LIGO é gigantesco, inteligente e de aparência estranha, e levou mais de 365 milhões de dólares e 30 anos para se desenvolver. Sua capacidade de medir distâncias infinitesimais poderia ajudar a colocar a “descoberta” de ondas gravitacionais na primeira página de cada jornal a qualquer momento e anunciar a próxima grande rodada em nosso entendimento da gravidade.
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