• Começa Com Um Estrondo

Como a relatividade de Einstein salvou o sistema solar

Crédito da imagem: Graham Templeton do Geek.com, via http://www.geek.com/science/treating-space-time-like-a-fluid-may-unify-physics-1597276/ .

Houve um grande problema há um século, e foi preciso um Einstein para resolvê-lo.

Aprenda com o ontem, viva o hoje, espere pelo amanhã. O importante é não parar de questionar. – Albert Einstein

Por milênios, durante a maior parte da história humana, os planetas e a Lua foram as únicas chaves para um Universo em mudança que tínhamos. As estrelas e a Via Láctea – noite após noite, ano após ano – pareciam as mesmas, ou pareciam mudar tão pouco, tão raramente e tão gradualmente que a humanidade nunca notou. Um olhar cuidadoso notaria que os planetas não apenas vagavam de noite para noite, mas se moviam em um conjunto previsível de modas, exibindo movimentos progressivos e retrógrados.

Crédito da imagem: E. Siegel, do próximo livro, Além da Galáxia.

Havia dois métodos principais para explicar seus padrões aparentes no céu:

1. Ou os planetas se moveram em órbitas dadas por equantes, deferentes e epiciclos ao redor da Terra,
2. Ou os planetas se moveram ao redor do Sol, com a Terra como apenas mais um desses planetas.

Por quase 2.000 anos, essa interpretação anterior foi a que prevaleceu. Mas depois que Copérnico apresentou o último no século 16, seguido pelo trabalho de Galileu, Kepler e, finalmente, Isaac Newton, o modelo heliocêntrico venceu.

Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt.

O avanço de Newton foi de longe o maior, porque ele não se propôs apenas a descrever o comportamento desses objetos — que os planetas se moviam em elipse em torno do Sol, com o Sol em um foco — mas porque ele acrescentou um mecanismo para esse comportamento: a lei da gravitação universal. Essa lei explicava a gravitação não apenas na Terra, mas em todos os corpos celestes. Explicou por que as luas orbitam seu planeta-mãe, por que os cometas apareceram e foram frequentemente perturbados por outros planetas, por que nosso mundo experimenta marés e por que os planetas não se perturbam e causam ejeções frequentes.

Também explicou alguns efeitos mais sutis, que levaram gerações para serem percebidos.

Crédito da imagem: usuários do Wikimedia Commons Arpad Horvath e Rubber Duck.

Se o Universo consistisse apenas de duas massas pontuais – o Sol e um planeta – a órbita desse planeta faria uma elipse perfeita e fechada que retornaria o mundo ao seu local inicial a cada viagem ao redor do Sol. Mas em um Universo governado pela gravidade newtoniana, com uma infinidade de corpos massivos em nosso Sistema Solar, essa elipse preceder , ou girar ligeiramente em sua órbita. Em meados de 1800, os desvios orbitais de Urano de seus movimentos previstos levaram à descoberta de Netuno, já que a influência gravitacional do mundo mais externo era responsável pelo excesso de movimento.

Mas no interior do Sistema Solar, o planeta mais próximo do Sol, Mercúrio, estava passando por um problema semelhante.

Crédito da imagem: Equipes de MENSAGEIROS , JHU APL , NASA .

Com observações detalhadas e precisas desde o final dos anos 1500 (graças a Tycho Brahe), pudemos medir como o periélio de Mercúrio – seu ponto orbital mais próximo do Sol – estava avançando. O número que chegamos foi de 5.600″ por século, o que é incrivelmente lento: pouco mais de 1,5 graus em um período de 100 anos! Mas disso, 5025″ vieram da precessão dos equinócios da Terra, um fenômeno bem conhecido, enquanto 532″ foram devidos à gravidade newtoniana.

Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Mpfiz.

Mas 5025 + 532 faz não igual a 5600; fica aquém por uma quantidade pequena, mas significativa. A grande questão, claro, é Por quê .

Claro que surgiram várias possibilidades.

1. Talvez os dados estivessem errados; um erro de menos de um por cento dificilmente parece um motivo para pânico. E, no entanto, os erros na época eram inferiores a 0,2%, o que significa que os dados eram significativos.
2. Talvez houvesse um planeta extra interior, um até mesmo interior a Mercúrio. Esta explicação foi apresentada por Urbain Le Verrier, o cientista que previu a existência de Netuno. No entanto, após uma busca exaustiva, incluindo modificações na coroa do Sol, nenhum planeta foi encontrado.
3. Ou talvez a lei de força newtoniana precisasse de um pequeno ajuste. Em vez de uma lei do quadrado inverso, é concebível que houvesse uma pequena força extra: talvez em vez da potência de 2, a lei de potência fosse 2,0000000(algo), uma explicação apresentada por Simon Newcomb e Asaph Hall.

Mas nada disso deu certo; nenhum deles foi satisfatório. Além disso, esta última opção - apesar de ser concebível como a explicação para esta órbita – não deu um a-ha preditivo que alguém poderia usar para procurar outra coisa para validá-lo ou falsificá-lo.

Crédito da imagem: ESO/L. Calçada.

Mas depois de Einstein especial teoria da relatividade surgiu em 1905, Henri Poincaré mostrou que os fenômenos de contração do comprimento e dilatação do tempo contribuíram com uma fração - entre 15-25% - da quantidade necessária para a solução, dependendo do erro. Isso, mais a formalização de Minkowski de espaço e tempo não como entidades separadas, mas como uma única estrutura unida por sua união, espaço-tempo , levou Einstein a desenvolver a teoria geral da relatividade.

Em 25 de novembro de 1915, ele apresentou seus resultados, computando a figura espetacular de que a contribuição da curvatura extra do espaço previa uma precessão adicional de 43″ por século, exatamente a figura certa necessária para explicar essa observação.

As ondas de choque nas comunidades de astronomia e física foram tremendas. Menos de dois meses depois, Karl Schwarzschild encontrou uma solução exata, prevendo a existência de buracos negros. A deflexão da luz das estrelas e os desvios para o vermelho/azul gravitacionais foram realizados como possíveis testes e, finalmente, o eclipse solar de 1919 validou a relatividade geral como superando a gravidade newtoniana.

Crédito das imagens: New York Times, 10 de novembro de 1919 (L); Illustrated London News, 22 de novembro de 1919 (R).

E no século desde então, suas previsões, de lentes gravitacionais a arrastamento de quadros, decaimento orbital e muito mais, todo foi validado. Nunca as observações contradisseram a teoria e hoje comemoramos 100 anos da maior realização de Einstein. Um século depois, observações aprimoradas e compreensão do Sistema Solar validaram a precessão do periélio de Mercúrio até a precisão de centésimos de segundos de arco por século, com incertezas continuando a cair nas frentes teórica e observacional.

Quem sabe quais novas descobertas, ou quais novas possibilidades, os próximos 100 anos reservarão?

Sair seus comentários em nosso fórum , Apoio, suporte Começa com um estrondo! no Patreon , E use WS15XMAS30 para pré-encomendar nosso livro, Além da Galáxia , e 30% de desconto!

Compartilhar: