Lições de Física

A Gravidade

 A gravidade é algo que estamos acostumados a conviver desde muito novos. Na realidade, desde que nascemos. Mas entende-la tem sido algo muito complicado e deixa questões polêmicas até os dias de hoje.

A primeira ideia que a maioria das pessoas, intuitivamente, tem da gravidade é que ela é uma força muito forte. Tal ideia é falsa. Basta pegar um pequeno imã e podemos vencer a força que TODA a Terra faz em um pedaço de ferro. Na realidade, é possível mostrar, através de um pequeno cálculo, que a força eletromagnética é 40 ordens de grandeza maior que a força gravitacional! Ainda existe uma força mais intensa que ambas, chamada força nuclear forte, mas além dessa só prevalecer em pequenas distâncias não é o tema do post de hoje.

Resumindo: A força gravitacional é uma força fraca, pois precisa envolver grandes massas para que prevaleça perante as outras. Como por exemplo: massas de planetas!

Agora, naturalmente surge uma pergunta: como a gravidade age entre os corpos? Essa era uma pergunta que deixava o grande físico inglês Sir Isaac Newton envergonhado. Ele sabia como descrever a gravidade e fazer resultados e previsões a partir dela, mas não sabia explicar como essa força agia através de distâncias tão longas e muitas vezes dava explicações um tanto que místicas para o assunto. Ele acreditava que a gravidade agia instantaneamente. Ou seja: a velocidade de propagação da gravidade era infinita. Claro, que isso não tira todo o brilhantismo de Newton, nem sua imensa contribuição para a Física. Porem, a Mecânica Clássica falha ao explicar a origem da gravidade, embora seja relativamente boa em descrevê-la.

Para entendermos um pouco mais da gravidade temos que entender a massa e o espaço tempo da Relatividade Geral. Segundo esta teoria, não faz sentido falarmos de espaço e tempo separadamente (como falávamos na Mecânica Clássica). O tempo é uma dimensão tão importante quanto o espaço em 3 dimensões que estamos acostumados. Então, precisamos de quatro vetores canônicos linearmente independentes para gerar o mundo em que vivemos, tal mundo é chamado de: Space Time ou, Espaço Tempo. Acontece que, a massa tem o estranho poder de curvar o espaço tempo ao seu redor como se o mesmo (o espaço tempo) fosse uma cama elástica. Quanto maior a massa mais curvatura faz no Espaço Tempo. Essa ideia claro é não intuitiva. Você imagina que a menor distância entre dois pontos é uma reta, mas para a Relatividade essa ideia só é verdade se estivermos no vácuo. 

Onde não há matéria, o espaço tempo é plano e por isso, a menor distância entre dois pontos continua sendo uma reta. Com a presença da massa a menor distância entre dois pontos é evidentemente uma curva (pois a massa curva o espaço tempo). Tais curvas são chamadas de geodésia. Mas, você pode está se perguntando: Porque não vejo o espaço tempo curvado ao meu redor? A resposta é simples: Sua mente não está apta a enxergar o espaço tempo, ela apenas enxerga a parcela espacial ou temporal, separadamente. Deste modo,  nunca podemos ver diretamente o espaço-tempo. Ou seja: Vivemos no espaço-tempo mas, nossos cérebros não estão aptos a ver!

Discutir a validade da Relatividade Geral é algo que podemos trabalhar em outros pots, por hora, basta saber que existem vários experimentos realizados e todos indicam cada vez mais a valência e legitimidade da Relatividade Geral.

Sendo assim, explicar a gravidade aos olhos da Relatividade Geral é dizer que: A curvatura no espaço tempo faz com que as massas sigam seus caminhos através de caminhos curvos, devido a grande curvatura gerada por uma massa maior. O caminho seguido é a geodésia.

Sendo a gravidade uma consequência direta da curvatura do espaço tempo causado pela simples existência da massa, é intuitivo imaginar que, se uma massa que antes existia fosse totalmente convertida em energia em um certo instante de tempo, o espaço tempo em sua volta ia se modulando até ficar plano novamente. Também é intuitivo imaginar que isso não ocorreria instantaneamente mas demoraria um intervalo de tempo. Imagine que você tire a pesada bola de ferro de cima da cama elástica. Ela irá demorar um pouco até ficar plana novamente. Existe uma onda que se propaga e deixa a cama elástica plana. Quando passamos para o espaço tempo, essa onda se propaga com velocidade c, a velocidade da luz, e não com velocidade infinita, como pensava Newton. Tais ondas são chamadas de Ondas de Gravidade e foram propostas pelo físico alemão Albert Einstein.  

Para entender melhor a situação imagine a seguinte pergunta:

Em um certo instante de tempo, sem nenhum aviso prévio, o sol deixa de existir. Quanto tempo demoraríamos para sair de órbita?

Para Newton a resposta seria imediatamente, pois a gravidade age a distância e com velocidade infinita. Albert Einstein responderia: como a luz do sol demora 8 minutos para chegar até a terra e a velocidade das ondas de gravidade é a mesma que a luz, então demoraríamos 8 minutos para sair de órbita.

Hoje em dia a veia principal dos físicos acreditam mais em Einstein, mesmo que o sol ainda exista!