Ilustração de Diane Muste
Ilustração de Diane Muste

Ondas gravitacionais: Einstein, cem anos depois

Natan Oliveira 

Em novembro de 1907, Albert Einstein se entusiasmava com uma série de reflexões pelas quais passava acerca da natureza do mundo físico. Anos mais tarde, o próprio Einstein ao descrever esta situação afirmaria ter tido na ocasião o “pensamento mais feliz” de sua vida. Os pensamentos aos quais ele se referia, oito anos depois, ficariam conhecidos publicamente como Teoria da Relatividade Geral.

As equações matemáticas que o físico apresentaria em novembro de 1915 à Academia Prussiana de Ciências seriam a expressão de uma nova teoria da gravidade e a base de uma nova compreensão do universo. Generalizando sua teoria da relatividade de 1905, Einstein passava a conceber a interação gravitacional como um efeito da geometria do espaço-tempo. O espaço e o tempo agora unificados, não seriam mais um palco inerte sobre o qual os eventos físicos se processariam; ao contrário, o próprio espaço-tempo seria maleável e teria uma dinâmica decorrente da distribuição de matéria e energia presente neles [1]. Desta forma, a geometria e a física estariam interligadas de modo íntimo. Objetos massivos causariam uma distorção do espaço-tempo à sua volta, fazendo com que outros objetos que tivessemem sua vizinhança seguissem o caminho provocado por esta distorção. A interação entre os objetos provenientes desta relação entre o espaço-tempo e a distribuição de matéria e energia seria a gravidade. De forma um tanto poética, o físico John Wheeler descreveu esta relação: “A matéria diz ao espaço como se curvar e o espaço diz à matéria como se mover”.

Quanto mais matéria ou energia um corpo tem, maior é a distorção provocada no espaço-tempo por este objeto. Apoiado nas equações de Einstein, o físico alemão Karl Schwarzschild previu teoricamente no ano de 1916 a existência de objetos tão massivos que nem mesmo a luz conseguiria escapar de seu interior. Após algumas décadas, estes objetos aparentemente tão estranhos, fariam parte do enredo de muitos filmes de ficção científica e seriam batizados de “buracos negros” (blackholes) pelo físico John Wheeler. Uma das confirmações da visão einsteiniana do espaço-tempo aconteceria em 1919, após a expedição em Sobral (Ceará) com a observação da deflexão da luz em um eclipse solar. O pensamento mais feliz de Einstein seria consagrado como uma das maiores “conquistas do pensamento humano”, ao ponto do físico inglês Paul Dirac – Nobel de Física e um dos fundadores da mecânica quântica – afirmar que esta teoria é “provavelmente a maior descoberta científica que já se fez”.

Cem anos após a publicação do trabalho de Einstein, novamente o nome do físico volta à cena. Agora devido à outra grande descoberta científica. Na quinta-feira pós-carnaval, dia 11 de fevereiro foi anunciada a descoberta das ondas gravitacionais, mais uma confirmação das previsões da teoria einsteiniana. Segundo pesquisadores do LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser), a descoberta ocorreu no dia 14 de setembro do ano passado, porém só agora viria a público [2].

As ondas gravitacionais são ondulações que viajam a velocidade da luz, resultantes da distorção do próprio espaço-tempo provocadas por um evento cósmico dramático. No caso em questão, as ondas gravitacionais são resultado da colisão entre dois buracos negros com massas de 29 e 36 vezes a massa do Sol. Os pesquisadores pronunciaram que a colisão aconteceu há 1,3 bilhão de anos e dela cerca de três vezes a massa do Sol foi convertida em ondas gravitacionais em menos de um segundo. Diferente do que se poderia imaginar, as ondas gravitacionais não são de fácil detecção [3], pois são efeitos minúsculos e exigem uma aparelhagem instrumental extremamente sensível para detectá-las. Dizendo de outro modo, as ondas gravitacionais detectadas são da ordem de um bilionésimo do bilionésimo do metro (10-18m), o que equivale a um milionésimo do núcleo atômico.

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Fonte: Ligo.org

Para tal detecção, uma iniciativa conjunta do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) e do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) elaborou e construiu o projeto LIGO. O projeto cujo custo estimado foi de US$ 620 milhões (cerca de 2,5 bilhão de reais) é operado por cientistas destas instituições, além de contar com a colaboração científica de mais de 1000 membros de 83 instituições em 15 países e o apoio financeiro da National Science Foundation dos EUA.

O experimento [4] consiste em um equipamento que se utiliza de tecnologia de interferometria laser. O LIGO é composto de um conjunto de interferômetros, que consiste basicamente de espelhos e equipamentos de laser de alta potência que sãodirecionados a um detector posicionado a 4 mil quilômetros de distância deles – situados nas cidades de Livinston (em Louisiana) e Hanford (em Washington). O objetivo do experimento era detectar qualquer pequena variação na distância entre dois objetos. Os detectores são posicionados em forma de “L”, um em cada cidade. Com a passagem de uma onda gravitacional, o espaço seria comprido em uma direção e seria estendido em outra direção (por sua vez, no experimento este efeitoseria sentido: um braço do equipamento seria comprimido enquanto o outro seria esticado) produzindo como resultado uma interferência nos detectores, uma vez que um feixe de laser chegaria com intervalo de tempo menor enquanto o outro chegaria após um intervalo de tempo maior. O que veio a ocorrer no dia 14 de setembro de 2015.

Einstein tinha consciência das dificuldades que envolviam a detecção das ondas gravitacionais e imaginava que mesmo elas existindo, dificilmente seriam detectadas. Foram precisos pouco mais de cem anos para o LIGO conseguir confirmar as previsões de Einstein. A comunidade científica ainda continuará apurando o resultado desta descoberta e já se anima para novas explorações. Ao que parece, futuramente a missão eLisa da Agência Espacial Europeia (ESA) colocará um detector no espaço, que possibilitará a detecção de ondas gravitacionais em frequências diferentes.

A confirmação da existência das ondas gravitacionais aflora os ânimos dos cientistas, pois se abre uma nova forma de exploração dos fenômenos cósmicos como explosão de estrelas supermassivas, a compreensão da natureza dos buracos negros e, até mesmo, os primórdios do universo. Até então, toda forma de informação chegava por intermédio da radiação eletromagnética (luz), há agora, contudo, outra forma de informação de objetos astrofísicos que são as ondas gravitacionais que permitem aos cientistas estudar objetos cuja luz dificilmente chegaria até nós. Metaforicamente falando, é como se além de “enxergamos”, passássemos agora a “ouvir” os segredos do universo. O feito da descoberta das ondas gravitacionais é semelhante a confirmação do bóson de Higgs em julho de 2012 e não tardará muito também para que os envolvidos sejam agraciados com o Prêmio Nobel de Física.Algumas perguntas se concluem enquanto outras se iniciam. Há, evidentemente, muito caminho ainda a se percorrer.

Reiner Weiss, um dos primeiros cientistas a propor o LIGO como forma de detecção das ondas gravitacionais alegremente disse: “Seria fantástico ver o rosto de Einstein se pudéssemos contar isso a ele”. Em um diálogo imaginário, poderíamos pensar que a resposta de reação do grande físicoseria semelhante a que deu ao físico Max Planck na época em que sua Teoria da Relatividade Geral foi confirmada: “É uma dádiva do generoso destino ter me permitido essa experiência”. Ao que Planck, tal como outrora, mais uma vez poderia sentenciar: “A íntima união do belo, da verdade e do real foi novamente comprovada” [5].

Notas

[1] Para uma referência interessante de autoria do próprio Albert Einstein sobre sua teoria da Relatividade, consultar: Einstein, Albert. A Teoria da Relatividade Especial e Geral. 132 páginas. Rio de Janeiro: Contraponto, 1999. Para referências instigantes e com alcance mais amplo sobre as transformações conceituais causadas por Einstein: recomendamos Davies, Paul. Enigma do tempo: a revolução iniciada por Einstein. Rio de Janeiro: Ediouro, 1999; além desta, ver também Greene, Brian. O Tecido do Cosmos. São Paulo: Cia. das Letras, 2005.

[2] O artigo original: B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration). “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger”. Phys. Rev. Lett., v. 116, n. 06, 11 fev. 2016.

[3] A dificuldade de detecção é enorme, que em 2014 as ondas gravitacionais também foram notícia, quando pesquisadores usando o telescópio BICEP2 na Antártida anunciaram a detecção de assinaturas de ondas gravitacionais provenientes da radiação cósmica de fundo, que seria uma reminiscência do Big Bang. No entanto, este resultado se mostrou falso quando observações do Observatório Espacial Planck da Europa mostraram que as supostas assinaturas provavelmente foram provocadas por poeira espacial.

[4] Evidente que a descrição do experimento foi bastante simplificada, para efeitos didáticos. Entretanto, um excelente artigo com um pouco mais de detalhes, cuja leitura é interessantepor ser encontrado em Berti, Emanuele. “Viewpoint: The First Sounds of Merging Black Holes”. Physics, v. 9, n. 17. Fev. 2016. Disponível em: http://physics.aps.org/articles/v9/17. Acesso em 12 fev. 2016.

[5] Trechos extraídos do diálogo presente na obra: Isaacson, Walter. Einstein: sua vida, seu universo. São Paulo: Cia. das Letras, p. 273-274.