A semente de uma nova física

Elisa Marconi e Francisco Bicudo

Foram necessários cem anos de paciência, persistência e muitas experiências para que os cientistas finalmente pudessem provar que o gênio da relatividade, mais uma vez, tinha razão. Dessa vez, o que se confirmou foi a existência das ondas gravitacionais, aquela deformação no espaço-tempo que um corpo de grandes proporções provoca no ambiente ao seu redor. O físico alemão Albert Einstein (1879 – 1955) previra esse fenômeno ainda no início do século XX, em 1915, na sua Teoria da Relatividade Geral, em que propunha que a gravidade e as demais forças de atração não acontecem porque os corpos se atraem mutuamente e o de massa maior acaba levando vantagem, como imaginava o físico britânico Isaac Newton (1643 – 1727). Einstein sugeriu que a atração se parecia mais com o que acontece quando se coloca uma bola de boliche sobre um colchão de espuma (a massa da bola provoca uma deformação no colchão). Caso alguém jogue bolinhas de ping-pong sobre esse mesmo colchão, as bolinhas se deslocarão até a bola de boliche, não porque a esfera maior as atraia, mas porque ela cria uma deformação no ambiente que induz aquele caminho para as menores.

Até aí, tudo certo. Os físicos aceitavam bem a proposição. No entanto, não tinham ainda encontrado meios de provar que ela fazia sentido e era real. E essa foi a grande virada do dia 11 de fevereiro, quando David Reitze, da Universidade da Flórida, anunciou que o grupo de pesquisa que ele dirige havia, finalmente, conseguido provar a existência das tais ondas. Reitze coordena o projeto Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), que opera dois detectores gigantes, com cerca de quatro quilômetros de extensão cada, nos estados de Washington e Louisiana, nos Estados Unidos. Os dois detectores atuam como buracos negros e a interação entre eles é que provocaria a deformação no tempo e no espaço. A tão aguardada detecção ocorreu em setembro de 2015, como resultado da atuação de mais de 1300 pesquisadores – entre eles o brasileiro Odylio Aguiar, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, o INPE. Há mais de trinta anos estudando as ondas gravitacionais, Aguiar é graduado em engenharia eletrônica pelo Instituto de Tecnologia da Aeronáutica, ITA, e ainda no final dos anos 1970 foi para a mesma universidade da Louisiana fazer o doutorado. O tema? Detecção de ondas gravitacionais, claro. “Quando voltei de lá, ajudei a equipe do INPE e da Universidade de São Paulo a implantar aqui no Brasil um detector de ondas gravitacionais. Bem diferente do que usamos na Louisiana, mas bastante eficiente”.

Desse esforço todo para o Ligo foi um pulo. O elo? Cesar Augusto Costa, que era doutorando no grupo de Aguiar no INPE, foi para os Estados Unidos trabalhar com detecção e caracterização dos ruídos do detector Ligo. A partir daí, nasceu a parceria que conta com seis brasileiros. O papel de Costa na comprovação da detecção das ondas gravitacionais foi bem importante, explica Aguiar: “Ele foi para lá para medir e classificar ruídos. A ideia é monitorar e explicar de onde vem cada captação, já que elas podem vir da rede elétrica, de abalos sísmicos, de relâmpagos. O papel do Cesar era entender de onde vinham os ruídos e ir descartando os que não eram provocados pelas ondas gravitacionais”. Quando, naquele histórico 14 de setembro, o grupo que fazia as medições junto com Costa concluiu que os ruídos captados não vinham de nenhuma daquelas duas mil variáveis monitoradas, os cientistas do Ligo tiveram a certeza de que se tratavam de ondas gravitacionais.

O grupo do INPE trabalha, desde 2011, com tecnologias de isolamento vibracional dos espelhos. No meio do caminho, em 2013, a equipe também começou a colaborar com o resfriamento dos espelhos. “É um passo para o futuro, porque em 2022, os aparelhos vão passar por reformas e, em 2026, eles pretendem que o equipamento opere com espelhos resfriados”, conta Aguiar, “o mesmo vale para o isolamento vibracional. Ou seja, o que estamos trabalhando desde 2011 ainda não foi utilizado no Ligo”. No entanto, todos os envolvidos na colaboração sabiam em maior ou menor grau o que estava acontecendo. No próprio dia 14 de setembro, por exemplo, quem primeiro percebeu que teria ocorrido um evento forte foi o italiano Marco Drago e, logo depois, o estadunidense Sergey Klimenko, ambos também da Universidade da Flórida. Costa ficou sabendo no dia seguinte, porque a equipe de caracterização de ruídos foi convocada imediatamente para “descascar esse pepino e saber o que era mesmo aquele evento”, brinca Aguiar. O restante do grupo, incluindo os brasileiros, soube só no dia 16 e sem maiores detalhes, já que o consórcio tem todo um protocolo para divulgação das informações. “Nessa comunicação já veio o pedido de sigilo para todos os colaboradores. Imagine como é, você fica 30 anos buscando um evento e, quando ele acontece, não pode falar para ninguém!”, conta Aguiar, entre risos.

Embora não tenha feito parte do grupo que detectou o evento em si, ele, assim como os demais colaboradores do Ligo, narra que as decisões e os rumos da pesquisa foram tomados em conjunto. “Fomos chamados para discutir sobre se o evento era mesmo real ou não. Todos participaram e todos vivemos essa emoção de constatar que era o evento que procuramos por tanto tempo. Uma verdadeira emoção”, comemora. E, de fato, pensando no cotidiano do fazer científico, o cientista passa muito mais tempo buscando do que encontrando o resultado. Por isso mesmo, trata-se de um momento raro e digno de festa. “Ainda mais porque comprova o que Einstein já dizia há um século”, completa Aguiar.

Mas o fazer científico não para na demonstração há tanto perseguida. Os pesquisadores associados do Ligo seguem firmes trabalhando. Estão cheios de planos para o futuro e buscam repetir o feito do ano passado, agora em condições ainda mais precisas. O grupo do INPE, por exemplo, é um dos poucos na colaboração que trabalha com baixas temperaturas. E, nas próximas semanas, vão receber um pesquisador dos Estados Unidos que trabalha numa área correlata, mas com outra metodologia. “Nós fazemos isolamento vibracional passivo, ele faz isolamento vibracional ativo e vai ensinar essa técnica para nossos alunos, vai fazer um seminário, dar um minicurso, e vem conhecer a nossa câmara, que ele não tem lá nos Estados Unidos”, conta o pesquisador do INPE, planejando o futuro. Um dos experimentos que vão fazer agora é resfriar os espelhos a -269 graus Kelvin, muito próximo do zero absoluto, que sagra em -273oK. Manipular bem essa técnica vai ajudar a dar continuidade nos experimentos no Ligo.

Outro grande avanço que a detecção das ondas gravitacionais vai permitir é uma ventilada nas aulas de física do ensino médio. Imagine um professor de física olhando para o seu planejamento de aulas e pensando: e agora? Onde encaixar essa comprovação? É verdade que as teorias de Albert Einstein ainda ocupam pouco espaço nos conteúdos curriculares, mas não dá para passar batido diante desse fenômeno. Aguiar pensa um pouco e sugere que, quando o professor estiver ensinando a gravidade de Newton, em geral no 2º ou 3º anos do ensino médio, que mencione a teoria da gravitação de Einstein. “Tem aí um componente que os jovens costumam se envolver, que é a ideia de Einstein de que o tempo não é desconectado do espaço, eles são ligados e se influenciam mutuamente”, propõe. “Assim, esse espaço-tempo em quatro dimensões, como Einstein colocava, sugere que a presença de grandes massas entorta o espaço-tempo e, por isso, o espaço de Einstein não é rígido como o espaço de Newton”.

Ou seja, a não rigidez do espaço é, justamente, o que permite a propagação das ondas gravitacionais, que são essa flexibilidade se propagando à velocidade da luz. Aqui é, ainda segundo Aguiar, o momento certo de explicar bem o exemplo da bola de boliche sobre o colchão de espuma. “Quando o professor explica a gravitação de Newton, ele cita a presença de forças invisíveis, como cordões, que manteriam as bolinhas orbitando a bola maior e mais pesada. Para Einstein, não existem forças invisíveis, o que acontece é que a massa grande entorta o espaço-tempo e as massas menores seguem o espaço-tempo deslocado e ficam girando em órbita”, completa. E quando a massa é muito grande, o deslocamento do espaço-tempo é ainda maior. E é exatamente o que acontece com a órbita do planeta Mercúrio em torno do Sol, ou com o deslocamento dos feixes de luz próximos do Sol, ou ainda com o deslocamento de estrelas no eclipse solar. Se as aulas de física forem inspiradas em questões bem contemporâneas, como transmissão de sinais pelo espaço (satélites, telefonia celular, GPS, etc…), o educador pode falar do deslocamento desses sinais quando se aproximam de grandes massas. “Quando sondas foram enviadas para Marte e Vênus e estavam do outro lado do Sol, com o Sol entre os planetas e a Terra, os sinais claramente chegavam atrasados aqui, como se eles acompanhassem a depressão no espaço-tempo causada pelo Sol e chegassem mais tarde, porque gastaram tempo escorregando pelas curvas do espaço”, palpita.

Para além dos experimentos e da física aplicada, a confirmação das ondas gravitacionais autorizou os estudantes de hoje a retomarem o contato com um velho sonho da humanidade que as teorias de Einstein incentivaram: a viagem no tempo. Dobrar o tempo, enganando o espaço. Não é exagero contar que os adolescentes gastam parte de seu tempo flertando com a cosmologia e com a filosofia, quando se perguntam: “afinal, o que estamos fazendo aqui? O que somos nós, esses pontinhos minúsculos no meio de um universo infinito?”. E nesse ponto, a nova física que se abre pode ser um grande chamariz para futuros cientistas. “A astronomia de ondas gravitacionais foi inaugurada com esse evento. Agora vamos começar a detectar outros eventos e isso vai mudar o conhecimento que temos do universo, sem sombra de dúvida”, defende Aguiar.

Para ele, a comprovação das ondas gravitacionais é seminal como o feito de Galileu, quando apontou o telescópio para o céu. “Até aquele momento, todo mundo fazia astronomia, mas a olho nu. Quando Galileu vê as luas na órbita de Júpiter, derruba de vez a ideia de que tudo girava em torno da Terra e inaugura ali outro momento. Estamos vivendo algo assim.” O pesquisador reforça: as ondas gravitacionais estão revelando aspectos que não se pode observar com ondas eletromagnéticas. Ele cita como exemplo um evento como dois buracos negros orbitando um ao redor do outro e depois interagindo e virando um só e que não pode ser detectado e confirmado com as ondas eletromagnéticas, só com as gravitacionais. “A gente já imaginava que fenômenos como aquele dos buracos negros aconteciam, mas, agora, a gente vai começar a ver coisas que a gente nem imagina que acontecem”, convida Aguiar. Essas descobertas, segundo o pesquisador, vão revolucionar a física. As equações que os físicos usam hoje não vão servir mais, porque os fenômenos que vão ser observados não podem ser medidos com as ferramentas que temos hoje. “Vamos ter que criar uma nova física, que vai impactar as invenções e as tecnologias que as pessoas vão usar e que a gente ainda nem imagina. E vamos precisar de gente para descobrir e inventar tudo isso”, conclui.


 Para saber mais:

“Experimento detecta ondas gravitacionais” (revista Pesquisa Fapesp)

“Mais uma janela para o universo” (revista Pesquisa Fapesp)

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About Elisa Marconi e Francisco Bicudo

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Elisa Marconi é Radialista e professora na Faculdade Rio Branco. Francisco Bicudo é Jornalista diplomado e professor da Universidade Anhembi Morumbi. Autor dos livros “Caros Amigos e o resgate da imprensa alternativa no Brasil” (Annablume, 2004) e “Saúde – Exercício da Vida” (Salesiana, 2009), "Memórias de uma Copa no Brasil" (Chiado, 2014) e "Crônicas boleiras" (Chiado, 2016).

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