Sábado, 13 de Fevereiro, 2016

 

Ondas Gravitacionais Existem!

"Se minha Teoria da Relatividade estiver correta, a Alemanha dirá que sou alemão e a França me declarará um cidadão do mundo. Mas, se não estiver, a França dirá que sou alemão e os alemães dirão que sou judeu".

Nesse pensamento autoreflexivo sobre seu trabalho, Albert Einstein previu o que aconteceria com ele, e acertou. Nessa semana Einstein se tornou "cidadão do mundo" com a comprovação técnica da detecção de uma onda gravitacional, que está prevista pelas equações matemáticas da Teoria da Relatividade Geral.

Muitos conhecem a fórmula em que a energia E é igual ao produto da massa M pela velocidade da luz ao quadrado, mas as ondas gravitacionais surgiram de outra equação, essa a seguir.

Essa equação diz que a tensão na curvatura do espaço (letra G) depende de uma relação direta com a tensão de estresse no espaço devido a energia (letra T). O desenrolar dessa equação chega a uma forma vibratória, que previa ondas sem massa viajando por todo espaço sem interagir com nada, com nenhum corpo. Elas surgem de dois corpos muito grandes quando se chocam no espaço, tal como buracos negros. E daí vinha a dificuldade de encontrar as ondas gravitacionais, pois tudo o que conhecemos tem massa no espaço.

Hoje é fácil atribuir esse sucesso a Einstein, mas... espera lá! Ele também estava errado. Segundo conta essa interessante história pelo site Astronomy (ver aqui), Einstein escreveu o seguinte para seu amigo Max Born:

"Junto com um jovem colaborador, eu cheguei ao interessante resultado que ondas gravitacionais não existem, elas somente foram assumidas corretas numa primeira aproximação".

O artigo de Einstein tinha o título "Ondas gravitacionais existem?" e fora enviado para a prestigiada revista Physical Review Letters. O leitor deve prestar bem a atenção, pois no título existe um ponto de interrogação, ao qual Einstein chegava orgulhoso a conclusão de que elas não existiam.

O que Einstein não sabia, é que mesmo já sendo famoso em 1936, seu artigo fora enviado (como de praxe) para um revisor anônimo, hoje conhecido como Howard Percy Robertson. E o físico Robertson encontrou um erro primário, simples, que é ensinado no primeiro semestre de faculdades de Matemática, Física e Engenharia. Einstein errou mudança de coordenadas e isso fazia com que as ondas gravitacionais simplesmente "sumissem" da solução.

Com o artigo rejeitado, Einstein ficou furioso e retirou o artigo da revista, enviando para uma revista desconhecida, o pouco prestigiado Journal of the Franklin Institute. Até aí sem problema, mas o senhor Einstein fez uma pequena modificação. Ao se observar o original na imagem a seguir, podemos perceber que o ponto de interrogação simplesmente ... sumiu!

 

De um título questionando a existência das ondas gravitacionais comprovadas nessa semana, Einstein passou a afirmar que elas existiam e podemos notar na primeira linha, que ele escreve: "A rigorosa solução para ondas gravitacionais cilíndricas...". Essa é uma referência ao sistema de coordenadas que o físico revisor havia dito que era o correto. Nunca o senhor Robertson foi citado sobre sua proposta de solução, que realmente possibilitou a solução correta e a busca por 100 anos atrás das ondas gravitacionais.

A correção do artigo original foi de suma importância para a Física. Com ela, os físicos experimentais começaram a buscar metodologias para se medir essas interferências aqui na Terra.

O engenho proposto pelo grupo LIGO (laboratório localizado nos EUA e Europa e outros países), composto de mil cientistas pelo mundo, inclusive um grupo brasileiro, era medir dois raios de laser refletidos com alguns Kilometros de distância.

Quando duas ondas de igual frequência se encontram, em posições contrárias, elas se anulam. Ou seja, se imaginarmos duas crianças em cada ponta de uma corda, fazendo uma onda com igual repetição, quando essa onda chega ao meio da corda ela "morre", desaparece.

Mas se as frequências são diferentes, quando elas se encontram, uma nova onda com frequência diferenciada surge e começa a caminhar pela corda.

No caso do experimento, o tempo de observação desse fenômeno está sempre (previsto pelas equações da relatividade) por volta de 0,2 segundos.

Mas isso é impossível de ser observado por equipamentos ópticos ou sonoros, ou qualquer aparelho convencional. O que os pesquisadores observaram foi o "som" da onda no espectro.

Sim, para nosso leitor assíduo, o espectro é o mesmo que utilizamos para o IMA - ═ndice de Mudanšas Abruptas. O eixo horizontal está o tempo medido em segundos e o eixo vertical a frequência (Hz), da mesma maneira que avaliamos o mercado financeiro.

Então, conforme pode ser visto ao lado, uma figura indicando aumento de luminosidade no espectro (indica aumento da frequência no encontro dos raios layser) apareceu assim que o equipamento foi ligado no ano passado. Como os próprios pesquisadores comentam, era visível a olho nú.

Howard Percy Robertson - Revisor do artigo de Einstein

 

 

 

 

Espectro da onda gravitacional

 

Esquema do experimento do LIGO

 

 

 

 

 

 

 

LIGO - Hanford Observatory (EUA)

Ao lado é possível ver o esquema descrito no artigo original que está gratuito para todos lerem e baixarem o pdf na Physical Review Letters (ver aqui). A distância entre um espelho e outro é de 4 km, por onde o raio layser trafega, bate e volta para compor a tela do espectrômetro anterior.

Mas se o exerpimento foi realizado no ano passado, por que tanto tempo para se provar que realmente o espectro mostrou ondas gravitacionais?

Porque essas ondas possuem intesidades muito, muito pequenas e os instrumentos devem ser ultrasensíveis. Assim, se os instrumentos estivessem mal calibrados, pequenas oscilações no ar e na terra, poderiam aparecer no espectro.

A ordem de grandeza é de 10^(-20) ou seja, depois casa decimal são 19 zeros até aparecer o primeiro número. Um avião voando baixo, poderia interferir, e isso precisava ser verificado.

Pequenos tremores de terra são outro problema. E até mesmo explosões solares, com ondas viajando do Sol para a Terra aparecem no espectrômetro.

Assim, o problema do grupo não foi a detecção em si, mas a busca por possíveis ruídos que estariam interferindo na medida. Isso aconteceu nos anos de 1970, quando pesquisadores se enganaram ao afirmar que tinham detectado essas mesmas ondas.

Só depois de todos os dados verificados com todas as agências de pesquisa, depois do encontro entre todos os pesquisadores e depois de muito debate, um artigo resumindo o experimento foi elaborado e enviado para a publicação, que saiu nessa semana como o assunto mais importante desse novo século na área da Física.

Outra parte boa da história é que um bom e representativo grupo do Brasil fez parte dessa colaboração no INPE (São José dos Campos - SP) e na UNESP.

Mesmo sem recurso, como sempre escrevemos aqui, é um tremendo engano subestimar nossa capacidade de escrever artigos de bom calibre, de pensar, de pesquisar e colcaborar com os outros.

O que nos falta é aquilo que sobra na corrupção: dinheiro.

Infelizmente, no entanto, essa pesquisa está muito longe do conhecimento da população comum. E no Brasil, ao contrário do resto do mundo, ainda mais distante.

Em outros países, as pessoas ignorantes no assunto criticam, mas enfim acabam por reconhecer que a pesquisa, por mais longe delas serve para algo que ainda será útil anos à frente.

Basta no Brasil, percorrer alguns fóruns de comentários dos sites de notícias, para se espantar com o alto grau de desconhecimento, de sacanagem, de piadas em cima de um assunto tão importante para o mundo da Ciência.

É uma mistura de sarcasmo, misturando piadas com políticos e Carnaval, com temas e discussões que nada tem a ver com os resultados da semana.

 

Assim fica difícil corrigir o país, fica difícil explicar por que nossa educação no atual estágio não levará a lugar nenhum. As ondas gravitacionais são muito diminutas, mas poderiam ao menos ser um pouco maior para interferir nos cérebros de algumas pessoas para tentar corrigir um erro grave da natureza: as ondas da ignorância.

 

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