Como a Lua está nos ajudando a confirmar a relatividade de Einstein
Esta medição é crucial para confirmar que um dos pressupostos da teoria da gravidade de Einstein é válido.
- A massa pode ser considerada a quantidade de “matéria” de que um objeto é feito. É o que causa a força gravitacional entre dois objetos e é o que dificulta o movimento dos objetos.
- Nas aulas introdutórias de física e até mesmo na teoria mais avançada de Einstein, os três “tipos” de massa são considerados a mesma coisa. Mas não há nenhuma razão fundamental pela qual devam ser assim.
- Uma série de medições precisas da Lua confirma que dois destes “tipos” de massa são iguais, o que também ajuda a validar a teoria da relatividade geral de Einstein.
Muitas vezes é possível usar dados recolhidos para um propósito para estudar outro. Por exemplo, um artigo recente usou meio século de observações da órbita da Lua para realizar testes sutis e precisos da natureza da gravidade, bem como algumas das principais suposições que levaram à derivação da teoria da relatividade geral de Einstein.
Uma massa, três funções
A massa pode ser considerada a quantidade de “matéria” de que um objeto é feito. É o que causa a força gravitacional entre dois objetos e é o que dificulta o movimento dos objetos. Essencialmente, ele cumpre três funções diferentes. Primeiro, a massa gera um campo gravitacional que exercerá uma força sobre outros objetos, então poderíamos chamar isso de “massa gravitacional ativa”. Em segundo lugar, a massa pode sentir os efeitos gravitacionais dos objetos circundantes, e poderíamos chamar isso de “massa gravitacional passiva”. Terceiro, a massa resiste a mudanças no movimento – e é por isso que é difícil empurrar uma pedra grande – então podemos chamar isso de “massa inercial”.
Nas aulas introdutórias de física e mesmo na teoria mais avançada de Einstein, os três “tipos” de massa são considerados a mesma coisa. Mas não há nenhuma razão fundamental pela qual devam ser assim. Pode ser que cada um seja diferente. Dada a ideia de que são iguais, um pressuposto fundamental da teoria da gravidade de Einstein, é imperativo que testemos a conjectura.
Então foi isso que os pesquisadores fizeram. Em 21 de julho de 1969, os astronautas da Apollo 11 colocaram um refletor laser na superfície da Lua, seguido por refletores adicionais nas missões lunares subsequentes. Desde então, os pesquisadores conseguiram monitorar a distância entre a Terra e a Lua. Esta é uma medição incrivelmente precisa, com precisão de um milímetro, que seria como medir a distância entre Nova York e Los Angeles com uma precisão equivalente à largura de um fio de cabelo humano. Um resultado foi que os cientistas determinaram que a Lua está se afastando da Terra a um ritmo imponente de 3,8 cm (1,5 polegadas) por ano.
Massa gravitacional ativa vs. passiva
O artigo mais recente investigou se a massa ativa e a massa passiva são iguais. Para fazer isso, os pesquisadores exploraram uma característica geológica da Lua. As missões Apollo determinaram que os mares (as grandes manchas escuras na face da Lua) eram ricos em ferro, enquanto as terras altas da Lua eram ricas em alumínio. Como os mares foram formados a partir de lava proveniente do interior da Lua, os investigadores presumiram que o manto lunar era rico em ferro. As terras altas, sendo a parte externa da Lua, deveriam refletir a composição química da crosta lunar rica em alumínio.
No caso em que as massas gravitacionais ativa e passiva são iguais, o puxão gravitacional do ferro sobre o alumínio deve ser o mesmo que o do alumínio sobre o ferro. No entanto, se a massa gravitacional ativa e passiva for diferente, deverá haver uma força resultante. Esta força resultante seria semelhante às marés da Terra e faria com que a órbita da Lua acelerasse ou desacelerasse.
Usando mais de meio século de medições da localização da Lua (de abril de 1970 a abril de 2022), os astrónomos conseguiram determinar que a órbita da Lua estava a abrandar na pequena quantidade de 25,8 segundos de arco por século. Nesse ritmo, levaria mais de 14.000 anos para a Lua cair um único grau atrás de onde estaria se continuasse a viajar na velocidade com que se move hoje.
A partir desta medição precisa, os investigadores concluíram que as formas activa e passiva de massa eram essencialmente idênticas. Se forem diferentes, a diferença é inferior a uma parte em 26 biliões.
Confirmando Einstein
Esta medição é crucial para confirmar que um dos pressupostos da teoria da gravidade de Einstein é válido. Caso contrário, poderia pôr em causa muitas facetas da astronomia moderna, incluindo a matéria escura e a energia escura. No entanto, a medição recente valida o nosso quadro teórico atual. Mais uma vez, Einstein mostra-se correto.
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