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Einstein tinha razão: foram detectadas ondas gravitacionais

sexta-feira 12 de fevereiro de 2016| Edição do dia

Hoje ao meio dia, cientistas do projeto LIGO anunciaram em uma vídeo-conferência mundial que foi detectado um fenômeno físico chamado “ondas gravitacionais", que foram descritas teoricamente a pouco mais de cem anos por Albert Einstein na Teoria de Relatividade Geral.

O fenômeno consiste na geração de ondas, no tecido do espaço-tempo, que são produzidas pela colisão dos corpos com grandes massas, como os buracos negros por exemplo. O que torna evidente a relação entre tempo, espaço e gravidade.

Um pouco mais de um século depois que Einstein desenvolveu a Teoria da Relatividade Geral, sua compreensão continua sendo um grande desafio. Muitos dos fenômenos físicos que foram descritos por esta teoria foram comprovados nos anos posteriores, apontando a validade da mesma e modificando nossa visão da Física Clássica, do tempo, do espaço, da gravidade e do próprio Universo.

O fenômeno detectado hoje consiste uma pequena alteração tempo-espaço observada simultaneamente em diferente sensores em pontos distantes.

Depois da descoberta de hoje, foi decidido instalar novos sensores em vários pontos do planeta para avançar no estudo dos fenômenos.

Dada a dificuldade para compreender os fenômenos descritos, muitas metáforas foram desenvolvidas ao longo da história, sobretudo por grandes divulgadores científicos e por filmes de ficção. Um bom exemplo é o livro (que depois tornou-se filme) Contato, de Carl Sagan e o mais recente filme Interestelar.

Só se compreende algo quando pode explicar a sua avó

Esta frase é atribuída geralmente a Einstein, ainda que na realidade não há nenhuma evidência que tenha dito. Mas o que temos certeza é que em 1916, o famoso cientista alemão publicou uma equação que descreve o Universo em grande escala. Essa equação, além disso, prevê que deveria existir algo chamado “ondas gravitacionais”. Cem anos depois, parece que finalmente estas foram detectadas diretamente.

Para celebrar a ocasião, vou tentar utilizar de meus conhecimentos em Física para “explicar à minha avó” o que são as ondas gravitacionais. A história começa assim:

Avó, você já deve saber o que são ondas. Por exemplo, se lança uma pedra um lago, logo se forma uma onda de água como está:

Na vida cotidiana estamos rodeados de todo o tipo de onda: por exemplo, o som (uma onda de ar) ou luz (uma onda do campo eletromagnético).

Se a onda em um tanque se move na água, por onde se move a onda gravitacional?

Uma onda gravitacional se move no espaço-tempo.

O que é o espaço-tempo?

O espaço-tempo é uma palavra que os físicos utilizam, porém esconde um conceito muito fácil. O espaço é por onde nos movemos e tem 3 dimensões porque:

Podemos nos mover para frente e para trás (primeira dimensão)
Podemos nos mover para direita e esquerda (segunda dimensão)
Podemos nos mover para cima e para baixo (terceira dimensão)

O tempo, a quarta dimensão, é o que medimos com um relógio.

Einstein nos ensinou que o espaço e o tempo estão relacionados e que não tem sentido falar de um sem mencionar o outro: por isso os físicos juntam as palavras e falam sempre “espaço-tempo”. Sendo assim, este possui 4 dimensões: as três de espaço e a do tempo.

E poderia fazer um desenho de espaço tempo?

É impossível desenhar em quatro dimensões, mas podemos imaginar o espaço-tempo como uma espécie de tecido invisível que se estende por todo o Universo. Algo como:

E o tecido do espaço-tempo é sempre plano?

Boa pergunta! Aí está toda a graça do assunto. Não, o espaço-tempo não é sempre plano. Einstein nos ensino que a massa dos objetos deforma o espaço-tempo. Por exemplo, o espaço ao redor do Sol é algo como:

Einstein também ensinou que esta deformação do espaço-tempo é, precisamente, a força da gravidade.

Entendo que o tecido do espaço-tempo pode se deformar com ação da gravidade. Mas o que isso tem a ver com as ondas em um lago?

Acontece que há fenômenos no Universo que deformam o espaço-tempo de uma forma que criam-se ondas. Como por exemplo duas estrelas, corpos muito massivos, se colapsando:

Estas ondas que viajam pelo espaço-tempo são as ondas gravitacionais.

Parecem ondas em um lago, mas como podemos ver estas ondas?

Não vemos estas ondas, mas podemos detectá-las.

E como se detectam?

Imagine que chegasse aqui uma onda gravitacional. Já dissemos antes que são deformações no espaço-tempo, assim deformaria o espaço-tempo ao nosso redor e com isso deformaria também a nós mesmos.

Bem, isso pode estar um pouco exagerado. Pois quando chegam à Terra, as ondas gravitacionais são tão pequenas que não percebemos seus efeitos. São tão difíceis de serem detectadas que demoramos 100 anos para conseguir!

Para detectar as ondas gravitacionais, os cientistas utilizaram um instrumento que se chama LIGO. Este funciona a partir de um prédio que saem braços que medem exatamente 4 km de comprimento cada um, como mostra a foto:

Quando chega uma onda gravitacional, o espaço se deforma de maneira que um braço torna-se maior e outro menor:

Braço A medirá 3,999999999999999 km e Braço B medirá 4, 000000000000001 km.

Sendo que realmente é um milagre tecnológico medir o comprimento dos braços com precisão suficiente para detectar a diferença.

E porque detectar as ondas gravitacionais é importante?

É muitíssimo importante porque dão um novo sentido para a compreensão do Universo. Até agora só víamos o Universo a partir da vista, da luz (ondas eletromagnéticas). Agora é como se também pudéssemos escutá-lo através das ondas gravitacionais.




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