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Espaço

Testando a Teoria da Relatividade de Einstein

Patrick L. Barry - Dr. Tony Phillips - 31/03/2005

Este ano marca o centésimo aniversário de uma revolução em nossas noções de tempo e espaço.

Antes de 1905, quando Albert Einstein publicou sua teoria da relatividade especial, a maioria das pessoas acreditava que o espaço e o tempo eram como sir Isaac Newton os descrevera no século XVII: o espaço era o "palco" fixo, imutável, sobre o qual se desenrolava o grande drama cósmico, e tempo era o universal e misterioso "relógio no céu".

Mesmo hoje, as pessoas comuns assumem que essa noção intuitiva de espaço e tempo esteja correta. Mas ela não está.

O artigo de Einstein, de 1905, juntamente com outro, publicado em 1915, pintou um quadro totalmente diferente, de fundir a cuca. O espaço está constantemente sendo distorcido e curvado pela matéria e pela energia que se movem nele, e o tempo flui a taxas diferentes para diferentes observadores. Numerosos exemplos reais nos últimos 100 anos indicam que, espantosamente, Einstein estava correto.

Testando a Teoria da Relatividade de Einstein
O espaço fixo de Newton versus o espaço-tempo flexível de Einstein, mostrados no filme "Testando o Universo de Einstein", de Norbert Bartel.

Mas os cientistas hoje têm razões para pensar que mesmo a teoria de Einstein não conta a história toda; outra revolução parece inevitável.

A razão para essas dúvidas é que a teoria de Einstein é incompatível com a mecânica quântica, outro pilar da Física moderna, que descreve o singular mundo das partículas subatômicas. Quando as teorias são utilizadas em conjunto, algumas vezes suas equações combinadas não fazem sentido. Isto levou os cientistas a acreditar que as teorias atuais irão eventualmente ser substituídas por uma única e elegante teoria que explique todos os fenômenos físicos, do subatômico ao cósmico, a chamada "Teoria do Tudo".

Quando os primeiros sinais desta revolução na Física irão dar seus ares? Talvez quando for provado que Einstein, tal como Newton antes dele, estava errado - ou, pelo menos, não estava totalmente certo.

Para procurar por falhas nas teorias de Einstein, os cientistas estão fazendo experimentos que podem medir as previsões da relatividade com precisão cada vez maior. Um desses experimentos é a sonda espacial Gravity Probe B, da NASA.

Testando a Teoria da Relatividade de Einstein
Gravity Probe B orbitando a Terra, na visão de um artista.

De acordo com Einstein, a Terra faz uma pequena ondulação no espaço-tempo ao seu redor - algo como uma bola de boliche colocada sobre uma mesa elástica. Como a Terra gira, essa ondulação é distorcida, formando um suave vórtice. A Gravity Probe B está orbitando a Terra, nesse momento, em busca dessas distorções.

A sonda espacial detecta a distorção do espaço-tempo ao redor de nosso planeta utilizando giroscópios (há quatro deles a bordo). Francis Everitt, chefe da missão e professor da Universidade de Stanford, explica:

"Giroscópios se movendo ao longo do espaço-tempo curvo irão gradualmente alterar sua direção de giro em relação às estrelas. A Gravity Probe B irá medir esse movimento de inclinação com extraordinária precisão e, a partir dessa medição, nós poderemos calcular a estrutura do espaço-tempo próximo à Terra."

Além disso, a sonda espacial irá medir o gama, uma variável física importante, utilizada pelos cientistas em sua busca de superar a teoria da relatividade de Einstein. A grosso modo, gama corresponde à curvatura do espaço tridimensional.

Se a teoria de Einstein coincidir perfeitamente com a realidade, gama deverá ser exatamente igual a um. Uma medição do valor de gama que seja minimamente diferente de um poderá ser o primeiro sinal daquilo que os físicos estão procurando.

"Gama é a forma mais sensível de medir qualquer possível desvio de Einstein, porque ele é sensível a [qualquer tipo de campo desconhecido]," afirma Thibault Damour, professor do Institut des Hautes Etudes Scientifiques, França, e especialista em teorias que possam substituir a teoria da relatividade.

No experimento da Gravity Probe B, gama contribui para a minúscula inclinação do eixo de rotação dos giroscópios, os quais, se espera, movimentem-se 6,6 arcosegundos (0,00183 graus) durante o período de um ano que durará a fase de coleta de dados da missão. Esse movimento deverá permitir aos cientistas medir gama com uma precisão de cerca de 0,01% de seu valor - podendo chegar até a 0,001%, afirma Everitt.

Testando a Teoria da Relatividade de Einstein
Einstein continua sendo manchete.

Se gama mostrar-se ligeiramente menor do que um, isso poderá sustentar a idéia de que existe um novo campo de força, como a gravidade, mas muito mais fraco. Os físicos o chamam de um "campo escalar". Esse novo campo é uma característica de algumas teorias candidatas a se tornarem a "Teoria do Tudo", incluindo a teoria das cordas. A teoria das cordas é popular devido à sua elegância em explicar todos os fenômenos físicos conhecidos, desde o subatômico até o cósmico. O problema é que a teoria das cordas é muito difícil de ser testada no mundo real, e até hoje não foi encontrada nenhuma evidência experimental de suas previsões únicas.

"Descobrir que gama é ligeiramente menor do que um irá sustentar a idéia de um campo escalar e, desta forma, dar-nos um primeiro suporte experimental para a teoria das cordas," afirma Thibault.

Se gama for ligeiramente maior do que um, entretanto, isso significará o "retorno às pranchetas" para o teóricos. Nenhuma teoria atual prevê que gama possa ser maior do que um, de forma que os físicos não têm idéia de como explicar essa eventual descoberta. "Basta dizer que, toda vez que eu pergunto aos téoricos o que poderia significar se gama fosse maior do que um, eles mudam de assunto," brinca Everitt, que é um experimentalista.

A Gravity Probe B também poderá descobrir que, dentro dos limites de precisão do seu experimento, gama é igual a um - exatamente como Einstein previu. O que isso significará? Talvez a falha, se é que ela existe, seja menor do que a Gravity Probe B é capaz de detectar. Ou, talvez, os primeiros sinais da nova revolução deverão aparecer em outro lugar. Ninguém sabe.

A Gravity Probe B está no meio de sua missão de um ano. Cem anos se passaram e faltam agora seis meses para a chegada. Fique antenado para saber as respostas.




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