sexta-feira, 22 de maio de 2015

Notícia - O peso da gravidade





Um mistério que continua a intrigar os cientistas
Mais de 300 anos depois da revelação de Newton, ainda não sabemos exactamente por que razão cai a maçã. Einstein foi o primeiro a reabrir um debate que desafia os próprios fundamentos da física.

Numa fria tarde de Janeiro de 1684, depois de almoçarem num pub de Londres, os físicos Edmund Halley e Robert Hooke conversavam sobre uma ideia que andava na cabeça de muitos astrónomos: se seria verdade que a força de gravidade entre o Sol e a Terra diminui com o quadrado da distância a que se encontram. O arquitecto e cientista Christopher Wren decidiu oferecer um livro de 40 xelins a quem conseguisse demonstrar a conjectura, mas não obteve resposta. O assunto foi esquecido até que um dia, no Verão seguinte, Halley viajou até Cambridge para visitar o excêntrico Isaac Newton. “Tem alguma ideia do tipo de curva que um planeta descreveria se a força de gravidade fosse o inverso do quadrado da distância?”, perguntou-lhe. A resposta não se fez esperar: uma elipse. Newton não encontrou a demonstração, mas prometeu escrevê-la e enviar-lha depois.

Quando Halley, passado três meses, recebeu o texto do amigo, incitou-o a redigir um livro. O criador da física moderna fez desse projecto o objectivo da sua vida: mal dormia e esquecia-se de comer. Foi assim que nasceu o livro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”). Na obra, Newton expunha o funcionamento da gravidade, uma força de acção instantânea e à distância. Todavia, não sugeria uma causa. De facto, nunca se deu ao trabalho de explicar o que era, limitando-se a fornecer uma explicação matemática para a forma de acção. Semelhante falha suscitou acesas críticas: o matemático Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716) descreveu-a como “ocultista”. Seria preciso esperar séculos para entendê-la verdadeiramente.

Berna, 1907. Sentado diante da mesa do gabinete de patentes onde trabalha, um tal Albert Einstein tem, subitamente, uma inspiração: se uma pessoa cai livremente, não sente o próprio peso. “Fiquei sobressaltado. Foi o pensamento mais feliz da minha vida”, confessaria, posteriormente, o físico de origem alemã.

O paradoxo do armário
Não era para menos, já que estava a abrir a porta à prodigiosa teoria da relatividade geral. O que Einstein acabava de descobrir era o chamado “princípio da equivalência”: fechados num armário, não temos maneira de distinguir se estamos na presença de um campo gravitacional ou se nos estão a levar pelo espaço em aceleração constante. Por outras palavras: gravidade e aceleração são equivalentes.

Dez anos depois, em Novembro de 1915, o então físico suiço apresentou ao mundo a sua nova teoria. Através dela, conseguimos finalmente entender não só como funciona a força gravitacional como, também, o que é. No decurso das suas três célebres aulas na Academia Prussiana das Ciências, Einstein deu a conhecer uma teoria que relacionava a geometria do espaço com a matéria ali presente. A frase que melhor a resume é, talvez, a que surge no livro Gravitation (1973), dos físicos John Archibald Wheeler, Kip Thorne e Charles W. Misner: “O espaço diz à matéria como deve movimentar-se; a matéria diz ao espaço como deve curvar-se.” É este o conceito fundamental da relatividade geral: o valor da curvatura em determinado ponto, provocada pela densidade do objecto, é uma medida da gravidade existente no referido ponto.

Einstein chegou a estas conclusões através de considerações exclusivamente estéticas. “Qualquer pessoa que tenha compreendido a teoria”, escreveu, “dificilmente poderá resistir a deixar-se seduzir pela sua magia.” Um encantamento que seria confirmado, em 1919, quando o astrofísico inglês Arthur Stanley Eddington (1882–1944) obteve, na então ilha portuguesa de São Tomé, a confirmação definitiva, ao observar o desvio gravitacional dos raios de luz provocado pelo Sol, durante o eclipse total desse ano. Os astros não estavam onde se supunha deverem estar, mas onde Einstein indicara.

Porém, faltava algo. A doutrina einsteiniana e o outro grande ramo da física do século XX, a mecânica quântica, não se dão bem. De facto, ao longo dos últimos 50 anos, os físicos têm lutado para conseguir encaixá-las, isto é, para descobrir equações que possam descrever o funcionamento da gravidade em escalas sub­ató­micas. Ainda não existe uma hipótese consistente, mas muitos pensam que há uma candidata bastante promissora. Nasceu na Primavera de 1985, quando um dos físicos mais jovens e brilhantes da Universidade de Princeton (Estados Unidos), Edward Witten, anunciou que ia proferir uma conferência.

A estrutura íntima da matéria
Como é habitual acontecer nos acontecimentos importantes, os rumores sucederam-se. Durante hora e meia, Witten falou sem parar e de forma muito rápida. O discurso destinava-se a apresentar, como ele próprio disse sem lhe atribuir demasiada importância, uma nova teoria sobre o Universo. Foi também uma lição de virtuosismo matemático. Quando chegou a altura das perguntas, o auditório permaneceu em silêncio. “Ninguém foi suficientemente corajoso para se levantar e revelar até que ponto a nossa ignorância era profunda”, afirmou o físico Freeman Dyson.

Witten formulou uma explicação sobre a estrutura mais íntima da matéria, o que está no nível abaixo dos quarks, dos electrões e das restantes partículas subatómicas: as cordas. Não são pontiformes, mas extensas e sem espessura; possuem apenas uma dimensão. O tamanho é também inconcebível: para termos apenas uma vaga ideia, a Terra é 10^20 vezes mais pequena do que o Universo, e o núcleo atómico é 1020 vezes menor do que o nosso planeta. Pois bem, uma corda é 10^20 vezes mais pequena do que esse núcleo.

De acordo com a teoria das cordas, vivemos num universo com dez dimensões (nove espaciais e uma temporal). O nosso mundo observável é uma espécie de folha ou lâmina (“brana”, no calão físico) de quatro dimensões. As partículas subatómicas que observamos são formas de vibração dessas cordas, como as notas musicais numa guitarra, e a gravidade pode ser entendida como uma interacção entre elas.

Não foi a última hipótese a surgir. De facto, abundam actualmente as tentativas para entender esta fugidia lei da natureza. A derradeira proposta provém do astrónomo holandês Erik Verlinde, o qual resolve o problema pela negação pura e simples. Em Junho passado, declarou ao New York Times: “Para mim, a gravidade não existe.” De acordo com a sua perspectiva, trata-se antes de uma propriedade emergente, como as oscilações da Bolsa, que surgem da acção individual dos investidores. Ou seja, dito de forma mais radical, a gravidade não passaria de uma ilusão.

M.A.S.
SUPER 154 - Fevereiro 2011
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