Perplexos com a gravidade? Não deixe que isso te derrube.
Gravidade: nós quase nunca pensamos sobre ela, pelo menos até que escorreguemos no gelo ou tropeçamos na escada. Para muitos pensadores antigos, a gravidade não era ainda uma força de que era apenas a tendência natural dos objetos afundarem em direção ao centro da Terra, enquanto os planetas estavam sujeitos a outros, independente de leis.
Claro, sabemos agora que a gravidade faz muito mais do que fazer as coisas caírem. Ele governa o movimento dos planetas em torno do Sol, detém galáxias juntas e determina a estrutura do próprio universo. Também reconhecemos que a gravidade é uma das quatro forças fundamentais da natureza, juntamente com o eletromagnetismo, a força fraca e a força forte.
A teoria moderna da relatividade – A Teoria geral da gravidade de Einstein – é uma das teorias mais bem sucedidas que temos. Ao mesmo tempo, nós ainda não sabemos tudo sobre a gravidade, incluindo a forma exata ele se encaixa com as outras forças fundamentais. Mas aqui estão seis fatos de peso que nós sabemos sobre a gravidade.
Ilustração pelo Sandbox Studio, com Ana Kova
1. A gravidade é de longe a força mais fraca que conhecemos.
Gravidade só atrai – não há nenhuma versão negativa da força para empurrar as coisas separadas. E enquanto a gravidade é poderosa o suficiente para manter as galáxias juntas, é tão fraca que você supera-a todos os dias. Ao pegar um livro, por exemplo, você está contrariando a força da gravidade de toda a Terra.
Para efeito de comparação, a força elétrica entre um elétron e um próton dentro de um átomo é aproximadamente um quintilhões (que é um seguido de 30 zeros) vezes mais forte que a atração gravitacional entre eles. Na verdade, a gravidade é tão fraca, que não sabemos exatamente o quão fraco ela é.
Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova
2. Gravidade e peso não são a mesma coisa.
Astronautas na estação espacial flutuam, e às vezes nós, preguiçosamente, dizemos que eles estão em gravidade zero. Mas isso não é verdade. A força da gravidade sobre um astronauta é de cerca de 90 por cento da força que eles iriam experimentar na Terra. No entanto, os astronautas têm peso, já que o peso é a força que o chão (ou uma cadeira ou uma cama ou qualquer outro) exerce em volta deles na Terra.
Leve uma balança de banheiro em um elevador em um grande hotel de luxo e fique em cima dela enquanto o elevador vai para cima e para baixo. Você vai perceber que seu peso oscila e você sente o elevador acelerando e desacelerando, mesmo assim, a força gravitacional é a mesma. Em órbita, por outro lado, os astronautas movem junto com a estação espacial. Não há nada para empurrá-los contra o lado da nave espacial para fazer peso. Einstein transformou esta ideia, juntamente com sua teoria da relatividade especial, dentro da relatividade geral.
Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova
3. A gravidade faz com que as ondas que se movem à velocidade da luz.
A relatividade geral prevê ondas gravitacionais. Se você tiver duas estrelas anãs brancas ou buracos negros presos em órbita mútua, eles lentamente se aproximam e criam ondas gravitacionais que carregam energia de distância. Na verdade, a Terra também emite ondas gravitacionais, uma vez que orbita o Sol, mas a perda de energia é muito pequena para se notar.
Nós tivemos evidências indiretas de ondas gravitacionais por 40 anos, mas o Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO), apenas confirmou o fenômeno neste ano. Os detectores captaram uma explosão de ondas gravitacionais produzidas pela colisão de dois buracos negros a mais de um bilhão de anos-luz de distância.
Uma consequência da relatividade é que nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz no vácuo. Isso vale para a gravidade, também: Se algo drástico acontecer com o sol, o efeito gravitacional chegaria a nós, ao mesmo tempo que a luz do evento.
Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova
4. Explicar o comportamento microscópico da gravidade tem jogado pesquisadores em um loop.
As outras três forças fundamentais da natureza são descritas por teorias quânticas na menor das escalas – espeficimente o Modelo Padrão. No entanto, nós ainda não temos uma teoria quântica da gravidade totalmente funcional, embora os pesquisadores estejam tentando.
Uma linha de pesquisa é chamada de Gravitação Quântica em Loop, que utiliza técnicas da física quântica para descrever a estrutura do espaço-tempo. Ele propõe que o espaço-tempo é uma partícula semelhante nas escalas mais ínfimas, da mesma forma que a matéria é feita de partículas. A matéria seria restringida a saltar de um ponto ao outro sobre uma estrutura flexível, do tipo de rede. Isso permite que a gravidade quântica em loop descreva o efeito da gravidade em uma escala muito menor do que o núcleo de um átomo.
Uma abordagem mais famosa é a Teoria das Cordas, onde as partículas – incluindo gravitons – são consideradas vibrações de cordas que são enroladas em dimensões demasiado pequenas para experimentos de alcançar. Nem a gravitação quântica em loop, nem a teoria das cordas, nem qualquer outra teoria é atualmente capaz de fornecer detalhes testáveis sobre o comportamento microscópico da gravidade.
Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova
5. A gravidade pode ser transportada por partículas sem massa chamadas grávitons.
No modelo padrão, partículas interagem umas com os outras através de outras partículas portadoras de força. Por exemplo, o fóton é portador da força electromagnética. As partículas hipotéticas para a gravidade quântica são grávitons, e nós temos algumas idéias de como eles devem trabalhar em relatividade geral. Como os fótons, grávitons provavelmente não tem massa. Se eles tivessem massa, as experiências já deveriam ter visto alguma coisa, mas eles não descarta uma massa ridiculamente pequena.
Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova
6. A gravidade quântica aparece no menor comprimento que qualquer coisa pode ser.
A gravidade é muito fraca, mas quanto mais próximos dois objetos são, mais forte ela se torna. Em última análise, atinge a força das outras forças a uma distância muito pequena conhecido como o comprimento de Planck, muitas vezes menor do que o núcleo de um átomo.
É aí que os efeitos da gravidade quântica serão fortes o suficiente para medir, mas são demasiado pequeno para qualquer experimento investigar. Algumas pessoas têm proposto teorias que iriam deixar a gravidade quântica mostrar-se perto da escala milimétrica, mas até agora não vimos esses efeitos. Outros têm olhado para formas criativas a fim de ampliar os efeitos da gravidade quântica, usando vibrações em uma grande barra de metal ou coleções de átomos mantidos a temperaturas ultra frias.
Parece que, desde a menor escala para o maior, a gravidade continua a atrair a atenção dos cientistas. Talvez isso seja algum consolo na próxima vez que você levar um tombo, quando a gravidade agarrar a sua atenção também.
Traduzido e adaptado de Symmetry magazine