Recentemente foram detectadas as ondas gravitacionais previstas por Albert Einstein, há cerca de 100 anos, em sua Teoria da Relatividade Geral. O anúncio sobre sua detecção foi feito em 11 de fevereiro de 2016 e fez, mais uma vez, todo o mundo notar a genialidade do físico alemão.
Mas o que são as ondas gravitacionais? Primeiro, será preciso entender um pouco sobre o que é a Teoria da Relatividade Geral.
A Teoria da Relatividade Geral
No século XVII, o físico inglês Sir Isaac Newton, em seus estudos sobre a física do movimento dos corpos e do Universo, disse que as três dimensões do espaço e a dimensão do tempo são imutáveis. Esse postulado foi tido como verdade absoluta até o século XX, quando os físicos, ao estudarem a luz, perceberam que sua velocidade é sempre constante, para qualquer referencial. Mas como isso implica que o postulado de Newton sobre as dimensões espaciais e temporal estava incorreto?
Suponha que você esteja parado na rua, e que passe um ciclista por você a 20 km/h. Obviamente, a velocidade do ciclista em relação a você é de 20 km/h. Suponha que novamente este ciclista passe por você, com a mesma velocidade, só que agora você começa a correr atrás do ciclista a 10 km/h. Pelas leis de Newton do movimento, agora a velocidade do ciclista em relação a você é de 10 km/h, porque a velocidade da sua corrida compensa pela metade a velocidade do ciclista. Se você correr se afastando do ciclista, ele parecerá muito mais veloz.
Apliquemos agora esta situação a você, no planeta Terra, ao lado de um detector que mede precisamente a velocidade da luz, e a luz vinda de uma estrela muito distante. Suponha também que a trajetória da luz desta estrela seja paralela ao plano da órbita da Terra ao redor do Sol. Durante metade da trajetória da Terra em torno do Sol, nosso planeta se aproxima desta estrela longínqua. Durante a outra metade, nosso planeta se afasta desta estrela. Pelas leis de Newton, deveríamos supor que a velocidade da luz fosse maior, quando a Terra se aproxima desta estrela. Do mesmo modo, quando a Terra se afastasse desta estrela, deveríamos detectar que a velocidade da luz que ela emite fosse menor. Mas não foi isso que os físicos detectaram.
Os físicos detectaram, com detectores de alta precisão, que a velocidade da luz emitida por estrelas longínquas era sempre constante, independentemente da época do ano em que se fazia a medição. Isso afronta diretamente as leis de Newton do movimento. Isso implica que, para qualquer referencial, a velocidade da luz é sempre constante, aproximadamente 300.000 km/s. Foi então que os físicos perceberam que a velocidade da luz é sempre a mesma, independentemente de quem a meça. Vejamos um caso absoluto: suponha que você esteja a 299.999 km/s, perseguindo um raio de luz, e que meça sua velocidade. Pelas leis de Newton, você deveria medir 1 km/s, mas você mede 300.000 km/s. Sempre 300.000 km/s. Esse é o ponto de partida da Teoria da Relatividade Geral: para obedecer ao princípio de que a velocidade da luz é sempre constante (em um mesmo meio de propagação), as dimensões do espaço e do tempo devem ser maleáveis, ou seja, elas não podem ser imutáveis!
Neste caso, por que você está medindo a velocidade do raio de luz 300.000 km/s, se você está a 299.999 km/s? Isso só é possível porque, para você, as dimensões espaciais e temporais estão se modificando. Porém, para aumentar sua velocidade, você precisa de energia. E para chegar a uma velocidade próxima a da luz, você precisaria de energia infinita, o que é impossível. A equação E = mc² diz que energia e massa são grandezas proporcionais: onde há energia, há massa e vice-versa. Aplicando esta ideia aos corpos celestes, que possuem massas extremamente grandes, Einstein supôs que o espaço e o tempo formam um tecido e que este é curvado pelos objetos astronômicos do mesmo modo que um tecido elástico esticado é deformado quando colocamos um objeto pesado sobre ele.
Este é o tecido do espaço-tempo e a presença de energia e massa o deformam. Essas deformações mudam nossas percepções de espaço e de tempo. Para alguém que está numa parte do tecido que está menos deformada que outra, sua percepção de tempo e espaço é diferente.
As ondas gravitacionais
Sabemos que, ao jogarmos uma pedra em um lago, serão produzidas ondas em sua superfície. Isso também se aplica ao tecido do espaço-tempo, com eventos que envolvam grandes quantidades de energia e grandes massas. Foi exatamente o que aconteceu, há 1,3 bilhões de anos, quando houve a colisão de dois buracos negros massivos. Este evento produziu ondas que foram recentemente detectadas (elas demoraram 1,3 bilhões de anos para chegar até nós!) por nossos instrumentos muito precisos, que notaram perturbações em medidas de tempo e espaço, conforme vimos acima. Este foi o evento mais violento já detectado após o Big Bang. As ondas gravitacionais são muito fracas e é necessário um evento de tal magnitude para que possamos detectar sua presença.
