A teoria de Newton, estudada no ensino médio e acomparação com a de Einstein.
A gravidade está presente a todo o momento, tudo o que vemos na Terra está sujeito aos efeitos da gravidade. Ela foi primeiramente identificada pelo cientista inglês Isaac Newton. Diz o mito que Newton estava embaixo de uma macieira e, quando uma maçã caiu, Newton começou a se perguntar o porquê de ela ter caído ao invés de ter flutuado. Ele associou esse fenômeno com o mesmo que deixa a Lua na órbita da Terra, criando assim o conceito de gravidade. Apesar de Isaac Newton ter demonstrado que a gravidade existe, ele não sabia explicá-la. Apenas após 200 anos alguém pôde explicá-la e mudar a visão que Newton passou; essa pessoa era um humilde físico alemão chamado Albert Einstein.
A História
Milênios antes das teorias de Einstein e de Newton, acreditava-se que a força que nos mantêm na Terra era um Deus que “puxava” tudo e todos para que ficassem no chão. Com o passar do tempo a ciência se desenvolveu. Galileu Galilei provou, através de observações, que não era o Sol que rodeava a Terra, mas sim a Terra que rodeava o Sol. Galileu foi duramente criticado em sua época e sua teoria até foi considerada uma heresia. Se ele, em público, não tivesse declarado que suas teorias estavam erradas, seria morto. Foi apenas no século XVII que o cientista inglês Isaac Newton descobriu que isto ocorria por causa da gravidade. Por muitos anos essas teorias de Newton, muito estudadas hoje no Ensino Médio, pareciam inabaláveis, já que era precisa em propósitos práticos. Todavia, após 200 anos, Albert Einstein descobriu que não era bem assim.
Albert Einstein (1879-1955)
Albert Einstein nasceu em 14 de Março de 1879. A sua famosa teoria é denominada como a teoria da Relatividade Geral, melhor aplicada a grandes velocidades, como a da luz. Albert Einstein discordava da teoria de Newton nos seguintes pontos: as teorias de Newton precediam o entendimento que as alterações na força gravitacional eram instantâneas, o que contradiz o fato de que existe uma velocidade limite (a da luz). As teorias de Newton também não explicam a existência de buracos negros. Buracos negros são corpos dotados de imensurável densidade e gravidade, podendo até mesmo capturar a luz.
A gravidade é uma força de atração entre todas as partículas do Universo. Esta força é determinada pela massa dessas partículas: quanto maior a massa, maior a atração. Newton não pôde explicar como a gravidade funciona. Como a figura acima mostra, Einstein dizia que a gravidade era uma distorção do espaço-tempo. Para uma melhor vizualição, basta imaginarmos uma cama elástica (por analogia, é o espaço tempo) e uma bola de boliche. A bola irá distorcer a cama elástica; nessa distorção se colocarmos um objeto mais “leve”, esse objeto tenderá a aproximar do objeto mais “pesado”.
Foi assim que Albert Einstein definiu a Gravidade: sua teoria é bem aceita até os dias de hoje, apesar de ele ter vivido quase um século antes de nós.
A gravidade é algo que estamos acostumados a conviver desde muito novos, na realidade, desde que nascemos, mas entende-la tem sigo 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, obviamente, falsa. Basta pegar um pequeno imã e podemos vencer a força que TODA terra faz em um pedaço de ferro. Na realidade, é possível mostrar através de um pequeno cálculo que a força eletromagnética é 40 ordem de grandeza maior que a força gravitacional! Ainda existe uma força maior 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 massa 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 e acreditava que essa 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 descreve-la.
Para entendermos um pouco mais da gravidade temos que entender a massa e o espaço tempo da Relatividade Geral, segundo a mesma, não faz sentido falarmos de espaço e tempo separadamente (como falávamos na Mecânica Clássica), como o tempo é uma dimensão tao 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 se você imagina que a menor distância entre dois pontos é uma reta, mas para a Relatividade essa ideia só é verdadeira 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, de tal maneira que 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 algo relativamente simples: A curvatura no espaço tempo faz com que as massas sigam seus caminhos através das geodésicas devido a grande curvatura gerada por uma massa maior. O caminho seguido é, exatamente, 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!
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