A fascinante força da gravidade

ISAAC NEWTON, há cerca de 300 anos, apresentou a teoria de como funciona a gravidade ou gravitação. Ele imaginou um homem lançando um objeto do topo duma montanha excepcionalmente alta. Se o objeto fosse simplesmente largado, ele cairia, como se daria com uma maçã, em direção ao solo.
Se, contudo, fosse lançado à frente, seguiria uma trajetória curva ao cair ao solo. Newton então raciocinou que, se fosse lançado com suficiente rapidez, circularia em órbita da Terra.
À base desta teoria, tornou-se-lhe evidente o elo existente entre a gravitação e os movimentos da lua e dos planetas: a lua presa numa órbita ao redor da Terra, devido à força da gravidade terrestre, e os planetas mantidos em suas órbitas pela gravidade do sol.
Uma Lei Universal
Depois de cuidadoso estudo, Newton formulou uma descrição matemática precisa desta lei universal. Em termos simples, as equações de Newton diziam que todos os objetos, pequenos ou grandes, exercem atração uns sobre os outros, a força de tal atração dependendo da massa dos objetos, e da distância entre eles.
Com alguns refinamentos, os cientistas ainda utilizam as fórmulas básicas de Newton que descrevem a gravitação, especialmente ao planejar algumas aventuras espaciais, tais como mandar ao espaço uma sonda espacial ao encontro do cometa Halley, em 1985. Com efeito, o astrônomo inglês Edmond Halley, colega de Newton, utilizou as teorias de Newton para predizer o ano em que tal cometa voltaria a aparecer.
As descobertas de Newton sobre a gravitação lhe deram um lampejo da ordem manifesta no universo, ordem esta que surge através do design inteligente. Mas seu trabalho não era, de forma alguma, a última palavra sobre o assunto. No começo deste século, os cientistas vieram a compreender que alguns aspectos das teorias de Newton eram inadequados, até mesmo carecendo de consistência.
Einsten e a Gravitação
Em 1916, Albert Einstein apresentou sua teoria geral da relatividade. Sua surpreendente descoberta foi a de que a gravitação não só modela o universo, mas também governa o modo como o vemos e medimos. Ora, a gravitação influi até mesmo no modo de se medir o tempo!
Mais uma vez, uma ilustração ajuda a esclarecer os assuntos. Imagine o espaço como um infindável lençol de borracha. Agora, colocar-se um objeto neste colchonete flexível provocará uma covinha, ou depressão. Segundo a descrição de Einstein, a Terra, o sol, e as estrelas são como objetos colocados sobre um colchonete flexível, fazendo com que o espaço se curve. Se fizer rolar outro objeto sobre o lençol de borracha, este será deflexionado numa trajetória curva pela área comprimida em torno do primeiro objeto.
Similarmente, a Terra, os planetas e as estrelas se movimentam em trajetórias curvas, acompanhando as “depressões” naturais do espaço. Até mesmo um raio de luz é deflexionado quando passa próximo de objetos maciços no universo. Ademais, as equações de Einstein prediziam que a luz, ao ir em direção oposta à gravitação, perderia parte de sua energia, conforme observado por pequeno desvio de cor em direção ao extremo vermelho do espectro. Os físicos chamam este fenômeno de desvio gravitacional para o vermelho.
Assim, além de eliminar as discrepâncias oriundas das descobertas de Newton, a teoria de Einstein revelava novos segredos de como a gravitação opera no universo.
Efeitos Fascinantes
O poder da gravitação de influir no modo como a luz percorre sua trajetória dá origem a estonteantes conseqüências, que os astrônomos têm observado.
Os que viajam pelo deserto há muito conhecem as miragens — ilusões óticas que parecem água bruxuleante sobre o solo. Bem, os astrônomos têm fotografado “miragens” cósmicas. Como isto se dá?
A luz de um objeto distante, que se crê seja o núcleo ativo duma galáxia e que é chamado de quasar (ou, objeto quase estelar), passa pelas galáxias existentes pelo caminho, na linha de visão da Terra. À medida que a luz passa pelas galáxias, ela é desviada pelos campos gravitacionais. A curvatura da luz forma duas ou mais imagens de um único quasar. Um observador da Terra, imaginando que a luz tenha vindo direto em sua direção, conclui que ele está vendo mais de um objeto.
Outro aspecto fascinante que emana do trabalho de Einstein diz respeito aos buracos negros. O que são eles, e qual é sua conexão com a gravidade? Um simples experimento serve como resposta.
Tente lançar um objeto para cima de sua cabeça. Notará que ele sobe até certa altura, pára momentaneamente, e então cai de novo ao solo. Com a luz, isso é diferente. Um raio de luz pode escapar do campo de gravidade da Terra em razão de sua velocidade ser suficiente para isso.
Suponhamos, então, que o campo de gravidade fosse muito mais forte, forte o bastante para impedir que até a luz escapasse. De tal objeto, nada poderia escapar. O próprio objeto seria invisível, uma vez que nenhuma luz poderia escapar de seu campo gravitacional e atingir os olhos dum observador externo, sendo daí chamado de buraco negro.
O astrônomo alemão Karl Schwarzschild foi o primeiro a demonstrar a possibilidade teórica da existência dos buracos negros. Embora não haja, ainda, uma prova inequívoca de que realmente existam buracos negros no universo, os astrônomos já identificaram vários possíveis candidatos. Os buracos negros podem também ser ocultas usinas de força dos quasares.
Ondas Gravitacionais
À base do trabalho de Einstein, podemos também representar a gravidade como uma teia invisível, vinculando tudo e mantendo unido o universo. O que acontece quando se perturba tal teia?
Considere, de novo, a ilustração do lençol de borracha, e suponha que um objeto sobre o lençol seja subitamente impulsionado para a frente e para trás. As vibrações geradas no lençol perturbariam os objetos próximos. Similarmente, se uma estrela fosse violentamente “impulsionada”, poderia gerar ondulações, ou ondas gravitacionais, no espaço. Os planetas, as estrelas ou as galáxias colhidas na trajetória duma onda gravitacional experimentariam o próprio espaço contrair-se e expandir-se como um lençol de borracha vibrando.
Visto que tais ondas ainda não foram detectadas, que prova possuem os cientistas de que a teoria de Einstein é correta? Um dos melhores indícios provém de um sistema estelar conhecido como pulsar binário. Este consiste em duas estrelas de nêutrons em órbita em torno de um centro comum, com um período orbital de cerca de oito horas. Uma destas estrelas é também um pulsar — ele produz uma emissão de rádio à medida que gira, como o raio giratório de luz dum farol. Graças à cronometragem precisa do pulsar, os astrônomos podem mapear a órbita das duas estrelas com grande precisão. Eles verificam que o tempo da órbita está lentamente diminuindo, exatamente de acordo com a teoria de Einstein, de que estão sendo emitidas ondas gravitacionais.
Na Terra, os efeitos destas ondas são infinitesimais. Para ilustrar: Em 24 de fevereiro de 1987, os astrônomos localizaram uma supernova — uma estrela que passava por espetacular transformação, reluzindo com o brilho de milhões de sóis, à medida que fazia explodir suas camadas exteriores. As ondas gravitacionais produzidas pela supernova causariam, sobre a Terra, um diminuto tremor da dimensão de apenas um milionésimo de diâmetro dum átomo de hidrogênio. Qual a razão duma mudança tão pequena? Isto se daria porque a energia já se teria espalhado por ampla distância, na ocasião em que as ondas atingissem a Terra.
Atordoadores
Apesar dos grandes progressos em conhecimento, certos aspectos fundamentais da gravidade ainda deixam atordoados os cientistas. Tem-se presumido há muito que existem, basicamente, quatro forças — a força eletromagnética, responsável pela eletricidade e o magnetismo; as forças fraca e forte que atuam no núcleo do átomo, e a força da gravidade. Mas, por que existem quatro? Poderia ser que todas as quatro sejam apenas manifestações de uma única força fundamental?
Recentemente, estabeleceu-se que a força eletromagnética e a força fraca são manifestações de um fenômeno subjacente — a interação eletrofraca — e as teorias procuram unificar a força forte com estas duas. A gravidade, contudo, é a excêntrica que fica de fora — ela não parece ajustar-se às outras.
Os cientistas esperam que surjam indícios dos experimentos recentes, realizados no lençol de gelo da Groenlândia. As medições efetuadas em um buraco de 2.000 metros de profundidade, perfurado no gelo, parecem indicar que a força da gravidade diferia daquilo que se esperava. Experimentos prévios, realizados em poços de minas e em torres de televisão, indicavam semelhantemente que algo de misterioso estava provocando desvios das predições feitas quanto à descrição newtoniana da gravitação. No ínterim, alguns teóricos tentam desenvolver um novo enfoque matemático, a “teoria da supercorrente”, a fim de unificar as forças da natureza.
Gravidade — Vital Para a Vida
As descobertas, tanto de Newton quanto de Einstein, demonstram que os movimentos dos corpos celestes são governados por leis, e que a gravidade atua como vínculo que une o universo. Um professor de física, escrevendo na revista New Scientist, trouxe à atenção a evidência de design em tais leis, e disse: “A mínima mudança nas potências relativas das forças gravitacional e eletromagnética transformariam estrelas como o Sol em gigantes-azuis ou anãs-vermelhas. Por toda a nossa volta, parecemos ver evidência de que a natureza o fez bem direitinho.”
Sem a gravidade, simplesmente não poderíamos existir. Considere só: A gravidade mantém a coesão interna de nosso sol, sustenta suas reações nucleares, que fornecem o calor e a luz de que necessitamos. A gravidade mantém nossa Terra giratória em sua órbita ao redor do sol — produzindo o dia, e a noite, e as estações — e nos impede de ser atirados fora como lama duma roda que patinha. A atmosfera da Terra é mantida em seu lugar pela gravidade, ao passo que a força da gravidade da lua e do sol geram marés regulares que ajudam a circular as águas de nossos oceanos.
Ao usarmos um diminuto órgão de nosso ouvido interno (otólito), sentimos a gravidade e aprendemos a levá-la em conta desde a tenra infância, quando andamos, corremos ou pulamos. Quão muito mais difícil é para os astronautas, quando têm de enfrentar condições de gravidade zero nos vôos espaciais!
Sim, a gravidade contribui para fazer com que a vida na Terra seja normal para nós. É deveras, um exemplo fascinante das “obras maravilhosas” de nosso Criador.