• Ciência dura

A gravidade é uma força? É complicado

• A gravidade, tradicionalmente entendida como uma força que faz com que os objetos caiam ou se movam uns em direção aos outros, foi descrita quantitativamente pela primeira vez por Isaac Newton em meados do século XVII.
• A teoria de Albert Einstein de 1915 propôs um afastamento radical, sugerindo que a gravidade não é uma força, mas sim uma distorção no espaço-tempo causada por objetos massivos.
• Qual modelo é o mais preciso para descrever a realidade? Talvez tenhamos alcançado um momento de Zen científico: a gravidade simplesmente existe.

À primeira vista, perguntar se a gravidade é uma força parece bastante bobo. Afinal, quando você era criança, você experimentou a gravidade jogando petiscos da cadeira alta para um cachorrinho agradecido. A comida sempre caía. E, quando você era muito mais velho, a história ainda era verdadeira – como talvez no seu aniversário de 21 anos, quando você bebeu demais e perdeu o equilíbrio, cair no chão foi um sinal claro de que a gravidade ainda funcionava.

Mas a questão é bastante complicada. Para respondê-la, primeiro precisamos definir o termo. A força pode ser pensado como algo que, quando aplicado a um corpo livre, pode fazer com que ele se mova ou se deforme, ou ambos. Assim, quando você empurra um carro para fora de um banco de neve, isso representa uma força. O mesmo acontece com quebrar uma melancia com uma marreta. E, uma vez que os objectos caem quando são largados, parece que não há dúvida de que a gravidade é de facto uma força.

Definindo gravidade

Deixando de lado algumas tentativas iniciais de compreender a gravidade, ela foi descrita pela primeira vez de forma quantitativa em meados de 1600 por Isaac Newton . Embora a história frequentemente contada de uma maçã caindo em sua cabeça seja apócrifa, o que Newton fez foi elaborar as leis matemáticas que governam a atração gravitacional entre dois corpos. A força gravitacional dependia da massa de cada objeto e da distância que os separava.

Apesar do sucesso impressionante das equações de Newton, ele nunca ficou completamente satisfeito com a sua teoria. Ele não viu o mecanismo que conectaria dois corpos astronômicos, como a Lua e o Sol. Para forças como pegar um copo, o que causou a força era claro. Mas isso não era verdade para a gravidade. Ele sempre se sentiu incomodado com essa ideia de “ação à distância” ( Ação sendo sua palavra para força). Ele até escreveu para um colega, dizendo a ele que qualquer um pensador competente não deveria acreditar em sua teoria.

Independentemente disso, funcionou. Os astrônomos usaram suas equações para prever os movimentos de planetas e cometas, bem como a localização e o momento dos eclipses solares. (E, um dia, a NASA os usou para pousar na Lua.) Por mais insatisfatória do ponto de vista filosófico, a gravidade parecia ser algum tipo de força.

Perturbando o carrinho de maçã

A situação mudou em 1915, quando Albert Einstein desenvolveu sua própria teoria da gravidade. Suas ideias eram surpreendentemente diferentes das de Newton. Einstein imaginou que espaço e tempo eram equivalentes, onde um poderia ser transformado no outro. Por serem iguais, ele os uniu em um único conceito: espaço-tempo.

Quando Einstein combinou seu conceito de espaço-tempo com a gravidade, ele descobriu que a gravidade era na verdade a distorção do espaço-tempo. Objetos pesados ​​como estrelas e planetas distorceram o espaço-tempo de uma forma que fez com que os objetos se movessem em direção a eles, de modo que a gravidade é simplesmente um resultado da geometria do espaço-tempo. Por mais bizarro que pareça, foi validado inúmeras vezes.

Uma perturbação na força

Embora as ideias de Einstein sejam muito bem vistas, também são conhecidas por serem incompletas. Sua teoria falha no mundo subatômico. Quando os cientistas tentam usar suas equações para descrever a natureza da gravidade em escalas atômicas (e menores), eles falham miseravelmente, prevendo infinitos não-físicos. Quando uma teoria prevê que algo será infinito , isso não é um sinal de que os infinitos sejam reais, mas de que a teoria está quebrada.

Conseqüentemente, os pesquisadores tentaram elaborar uma teoria da gravidade que descrevesse o mundo dos ultrapequenos. Para fazer isso, eles recorrem às teorias do eletromagnetismo e de outras forças subatômicas do mundo quântico, que funcionam muito bem. Aproveitando essas teorias bem-sucedidas, os cientistas chamam qualquer teoria de gravidade superpequena de “gravidade quântica”.

Embora nenhuma teoria bem-sucedida da gravidade quântica tenha sido desenvolvida, os cientistas usam outras teorias como guia para ajudar a imaginar o que uma teoria quântica da gravidade poderia prever. No eletromagnetismo, a força é transmitida por partículas chamadas fótons. Uma partícula eletricamente carregada emite um fóton, que então viaja para outro. Tanto as partículas emissoras quanto as receptoras recuam, mudando sua direção. Como as partículas mudam de movimento, o eletromagnetismo é certamente uma força.

No caso da gravidade, os físicos imaginam que partículas portadoras de força chamadas “grávitons” saltam entre partículas subatômicas massivas, o que fará com que elas recuem e se movam. Assim, na escala quântica, a gravidade é uma força muito parecida com o eletromagnetismo. Somente quando os efeitos de muitos grávitons trabalham juntos é que, em escalas maiores, a gravidade parece ser a distorção do espaço-tempo.

Então, a gravidade é uma força?

Tudo isto nos leva de volta à questão original: a gravidade é uma força? A resposta é obscura. É claramente uma força na definição mais simples da palavra. Mas também sabemos que a teoria de Einstein, que postula que a gravidade resulta da distorção do espaço-tempo, é um modelo incrivelmente bem-sucedido. Então talvez tenhamos alcançado um momento de Zen científico: a gravidade simplesmente existe. Ou, parafraseando Forrest Gump, “A gravidade é como a gravidade faz”.

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