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O lapso Einsteiniano

Segundo artigo dos professores Luis Edmundo Furtado e Saulo Sobreira publicado no Ciência & Saúde em homenagem ao centenário da Teoria da Relatividade de Albert Einstein

20/08/2018 01:30:00
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Luís Furtado e Saulo Sobreira

Especiais para O POVO

 

Enquanto Einstein elaborava sua Teoria da Relatividade Geral, ele, como outros na época, acreditava que o Universo era estático, finito e que tudo estaria em equilíbrio. Esta convicção, reproduzida por parte majoritária dos cientistas, fora paulatinamente estabelecida por um histórico astronômico de milhares de anos que registrara os principais astros em perfeita harmonia.


Todavia, a solução de suas recém formuladas equações evidenciava um Universo dinâmico em que a Física, como era concebida por Newton, não se aplicaria. Para o maior pensador do século XX, o principal problema de sua formulação era o fato desta indicar que o Universo, como um sistema fechado, tenderia a colapsar devido à atração entre os corpos, estejam eles próximos ou distantes, refutando assim a prerrogativa inicial de um universo estável.


Como a matemática das equações era incontestável, ficava claro que seu modelo possuía vários problemas nas “condições de contorno” - um tipo de condição, ou requisito, que se imputa à função, uma verdade absoluta que deve ser satisfeita em todo ou em parte do limite de uma região na qual um conjunto de equações diferenciais deve ser resolvido.


Para resolver esse problema, Einstein incluiu uma constante em sua equação, que viria a ser conhecida como constante cosmológica. Da constante, que resolvia todos os problemas equacionais, resultava uma força repulsiva, que aumentaria proporcionalmente à distância entre os corpos, mantendo a força gravitacional contrabalanceada e manteria o Universo equilibrado, uma espécie de “antigravidade”. Em um artifício matemático, Einstein introduziu esse elemento novo à sua conveniência. Assim, a constante cosmológica seria representada por um lambda na equação. O problema estava resolvido, estética e matematicamente. Agora, o Universo, que antes não estava colaborando, teria que obedecer às suas leis.


Estava claro que o problema na Teoria Gravitacional de Newton, que já tinha mais de duzentos anos, era grave. Então, porque Einstein não abandonou a ideia de um Universo estático? Porque a comunidade científica preferiu colocar o problema para baixo do tapete e assumir que o Universo se mantinha estável “pela mão de Deus”? As respostas são no mínimo três: Primeiramente, as ideias de Newton eram consideradas inquestionáveis. Segundo, que a inércia dos corpos celestes poderia ser suficiente para tornar a atração tão lenta que, à luz da ciência da época, esta não poderia ser mensurada. Terceiro, porque era conveniente que assim fosse, especialmente para Einstein.


A equação previa que a tal força repulsiva é tanto maior quanto maior for a distância, de forma que seria desprezível em corpos próximos. Assim, quando a força produzida por lambda tendesse a zero, a equação se aproximaria das formuladas por Newton, uma região aplicada em corpos com baixa velocidade e campos gravitacionais pouco intensos. E quando a distância fosse muita elevada, o corpo seria afetado tenuemente pela força gravitacional que já estaria equilibrada pela força oriunda da recém pronunciada constante cosmológica.


Evidente que para chegar às equações de Newton a partir das equações de Einstein, que são mais abrangentes, tem-se que assumir: (1) que não há o efeito de dilatação espaço-temporal, ou seja, o “tecido” espaço-tempo é plano, esticado e não curvo, removendo assim algumas variáveis e tensores apresentados por Einstein; (2) remover a relatividade da equação, como ao negligenciar à pressão e a parcela proporcional à velocidade da luz.


Einstein já era um físico renomado à época, cujo trabalho repercutia globalmente – um gênio reconhecido ao seu tempo. Por isto, contestá-lo era um passaporte para o reconhecimento internacional que não demandava meramente um profundo conhecimento em física, mas também uma força de vontade singular. Contudo, a interpretação equívoca de que sua constante cosmológica alocaria um universo dinamicamente estável era latente, pois, na verdade, o equilíbrio produzido pela constante cosmológica é instável, e não estável, ou seja, uma pequena perturbação no universo regido pela equação e ele iria expandir, ou contrair, ad infinito de maneira acelerada.


Além disso, a crença de Einstein em um Universo estático e finito o fazia forçar suas equações a descrever este mesmo Universo. Para isto, ele escolheu um valor para lambda tal que a força gravitacional total no Universo teria que resultar em zero. O valor de lambda encontrado por Einstein gera, ainda hoje, uma outra controvérsia. Seus cálculos foram, talvez por um lapso, feitos a partir da mecânica quântica (aplicada a forças de interação atômica e subatômica) e acabaram por se mostrar muito grandes, discordando dos limites observacionais por algo como 120 ordens de magnitude ganhando o apelido de "a pior previsão em todas da física ". Ele, certamente, vislumbrou forças nesse nível de interação.


Por fim, alguns anos se passaram e, em 1931, Albert Einstein subiu o Monte Wilson em Pasadena, Califórnia, para conhecer o eminente astrofísico Edwin Hubble e seu telescópio de 100 polegadas, naquela época, o maior do mundo. Einstein estava impressionado com o progresso de Hubble no campo da Cosmologia, principalmente nas pesquisas de espaço profundo. Hubble, o primeiro a demonstrar a existência de galáxias, no final da década de 1920, percebeu que elas não eram estacionárias, mas se afastavam umas das outras, sendo que as mais distantes se afastavam ainda mais rapidamente, aceleradamente. Essa descoberta, que posteriormente levou à teoria do Big Bang, teoriza que o cosmos já foi minúsculo, uma singularidade, com toda a matéria do Universo compactada num ponto. Einstein sabia que, como consequência de tais descobertas na TRG, a polêmica da constante cosmológica chegara ao fim: a constante assumiria o valor zero, indicando que tanto o termo, quanto seu trabalho, não teria influência alguma sobre o universo. Mesmo assim, chegou ao Monte Wilson para apertar a mão de Hubble e agradecer-lhe por ter salvado a relatividade da constante cosmológica, cuja invenção Einstein denunciou como "o maior erro da minha vida".


O brilhantismo de Hubble estava na experimentação das leis da física através da observação astronômica precisa. Ele demonstrou que as ideias e equações do russo Aleksandr Friedmann e principalmente do padre belga Georges Lemaître estavam corretas, que o Universo estava mesmo em expansão acelerada. A base teórica utilizada era a observação das cores dos astros que, ao se afastarem do observador, assumiriam coloração tendente ao vermelho, e ao se aproximarem, ao azul, assim como fora observado experimentalmente. Esse efeito é semelhante ao efeito Doppler no som, que assume frequência diferente ao se aproximar ou se distanciar de um observador. Assim como a sirene de um carro de bombeiros.


Einstein, por outro lado, era um físico teórico que não estava muito disposto a comprovar as suas ideias, sendo este o trabalho dos físicos experimentais. A constante cosmológica foi abandonada, embora fosse uma contribuição importante para a cosmologia e adicionasse um elemento novo, uma força de repulsão. Suas convicções de que a constante seria um elemento pernicioso foram reforçados pelas descobertas de Hubble. Einstein rejeitou a constante baseado nas inconsistências física e estética, e, na década de 1930, já havia descartado até mesmo o termo “constante cosmológica”.


O que Einstein deixou passar, negligenciou ou mesmo não considerou consistente com suas fortes convicções foi que o Universo poderia estar em expansão, ainda mais acelerada. Essa hipótese não foi considerada. Se assim fosse, deveria existir mesmo um elemento repulsivo, o que veio a ser provado no final da década de 1990. Hoje é possível perceber que Einstein estava certo ao menos em teorizar uma força repulsiva. Parece até mesmo que o seu raciocínio o levava em direção à natureza dessas forças, quando resolveu calcular o valor de lambda através da Física Quântica – que está relacionada com as incertezas oriundas da matéria escura, e da energia escura.


O que é difícil de aceitar é o fato de que o maior erro de Einstein não foi adicionar aquela parcela envolvendo lambda, ou mesmo os erros numéricos. O seu maior erro foi achar que aquela parcela seria capaz de produzir um universo em equilíbrio estável, sendo que a constante cosmológica produziria um efeito instabilizante que, acabou tornando-se verdade, pois, aparentemente o universo ele está a se expandir cada vez mais rápido.


Caso Einstein tivesse reavaliado suas convicções, o que deve ser feito por todo cientista, poderia vir a ser aquele que ajudou a provar a segunda maior descoberta no campo cosmológico: a teoria do Big Bang. Pois suas equações diziam uma coisa, mas ele queria que dissessem outra, uma pena que não estivesse vivo para ver que sua constante cosmológica não estava tão errada assim.


MULTIMÍDIA


Primeiro artigo publicado > http://bit.ly/CiênciaEinstein1

Saulo Sobreira, Luís Furtado

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