Um mistério que continua a intrigar os cientistas
Mais de 300 anos depois da revelação de Newton, ainda não sabemos exactamente por que razão cai a maçã. Einstein foi o primeiro a reabrir um debate que desafia os próprios fundamentos da física.
Numa fria tarde de Janeiro de 1684, depois de almoçarem num pub de Londres, os físicos Edmund Halley e Robert Hooke conversavam sobre uma ideia que andava na cabeça de muitos astrónomos: se seria verdade que a força de gravidade entre o Sol e a Terra diminui com o quadrado da distância a que se encontram. O arquitecto e cientista Christopher Wren decidiu oferecer um livro de 40 xelins a quem conseguisse demonstrar a conjectura, mas não obteve resposta. O assunto foi esquecido até que um dia, no Verão seguinte, Halley viajou até Cambridge para visitar o excêntrico Isaac Newton. “Tem alguma ideia do tipo de curva que um planeta descreveria se a força de gravidade fosse o inverso do quadrado da distância?”, perguntou-lhe. A resposta não se fez esperar: uma elipse. Newton não encontrou a demonstração, mas prometeu escrevê-la e enviar-lha depois.
Quando Halley, passado três meses, recebeu o texto do amigo, incitou-o a redigir um livro. O criador da física moderna fez desse projecto o objectivo da sua vida: mal dormia e esquecia-se de comer. Foi assim que nasceu o livro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”). Na obra, Newton expunha o funcionamento da gravidade, uma força de acção instantânea e à distância. Todavia, não sugeria uma causa. De facto, nunca se deu ao trabalho de explicar o que era, limitando-se a fornecer uma explicação matemática para a forma de acção. Semelhante falha suscitou acesas críticas: o matemático Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716) descreveu-a como “ocultista”. Seria preciso esperar séculos para entendê-la verdadeiramente.
Berna, 1907. Sentado diante da mesa do gabinete de patentes onde trabalha, um tal Albert Einstein tem, subitamente, uma inspiração: se uma pessoa cai livremente, não sente o próprio peso. “Fiquei sobressaltado. Foi o pensamento mais feliz da minha vida”, confessaria, posteriormente, o físico de origem alemã.
O paradoxo do armário
Não era para menos, já que estava a abrir a porta à prodigiosa teoria da relatividade geral. O que Einstein acabava de descobrir era o chamado “princípio da equivalência”: fechados num armário, não temos maneira de distinguir se estamos na presença de um campo gravitacional ou se nos estão a levar pelo espaço em aceleração constante. Por outras palavras: gravidade e aceleração são equivalentes.
Dez anos depois, em Novembro de 1915, o então físico suiço apresentou ao mundo a sua nova teoria. Através dela, conseguimos finalmente entender não só como funciona a força gravitacional como, também, o que é. No decurso das suas três célebres aulas na Academia Prussiana das Ciências, Einstein deu a conhecer uma teoria que relacionava a geometria do espaço com a matéria ali presente. A frase que melhor a resume é, talvez, a que surge no livro Gravitation (1973), dos físicos John Archibald Wheeler, Kip Thorne e Charles W. Misner: “O espaço diz à matéria como deve movimentar-se; a matéria diz ao espaço como deve curvar-se.” É este o conceito fundamental da relatividade geral: o valor da curvatura em determinado ponto, provocada pela densidade do objecto, é uma medida da gravidade existente no referido ponto.
Einstein chegou a estas conclusões através de considerações exclusivamente estéticas. “Qualquer pessoa que tenha compreendido a teoria”, escreveu, “dificilmente poderá resistir a deixar-se seduzir pela sua magia.” Um encantamento que seria confirmado, em 1919, quando o astrofísico inglês Arthur Stanley Eddington (1882–1944) obteve, na então ilha portuguesa de São Tomé, a confirmação definitiva, ao observar o desvio gravitacional dos raios de luz provocado pelo Sol, durante o eclipse total desse ano. Os astros não estavam onde se supunha deverem estar, mas onde Einstein indicara.
Porém, faltava algo. A doutrina einsteiniana e o outro grande ramo da física do século XX, a mecânica quântica, não se dão bem. De facto, ao longo dos últimos 50 anos, os físicos têm lutado para conseguir encaixá-las, isto é, para descobrir equações que possam descrever o funcionamento da gravidade em escalas subatómicas. Ainda não existe uma hipótese consistente, mas muitos pensam que há uma candidata bastante promissora. Nasceu na Primavera de 1985, quando um dos físicos mais jovens e brilhantes da Universidade de Princeton (Estados Unidos), Edward Witten, anunciou que ia proferir uma conferência.
A estrutura íntima da matéria
Como é habitual acontecer nos acontecimentos importantes, os rumores sucederam-se. Durante hora e meia, Witten falou sem parar e de forma muito rápida. O discurso destinava-se a apresentar, como ele próprio disse sem lhe atribuir demasiada importância, uma nova teoria sobre o Universo. Foi também uma lição de virtuosismo matemático. Quando chegou a altura das perguntas, o auditório permaneceu em silêncio. “Ninguém foi suficientemente corajoso para se levantar e revelar até que ponto a nossa ignorância era profunda”, afirmou o físico Freeman Dyson.
Witten formulou uma explicação sobre a estrutura mais íntima da matéria, o que está no nível abaixo dos quarks, dos electrões e das restantes partículas subatómicas: as cordas. Não são pontiformes, mas extensas e sem espessura; possuem apenas uma dimensão. O tamanho é também inconcebível: para termos apenas uma vaga ideia, a Terra é 10^20 vezes mais pequena do que o Universo, e o núcleo atómico é 1020 vezes menor do que o nosso planeta. Pois bem, uma corda é 10^20 vezes mais pequena do que esse núcleo.
De acordo com a teoria das cordas, vivemos num universo com dez dimensões (nove espaciais e uma temporal). O nosso mundo observável é uma espécie de folha ou lâmina (“brana”, no calão físico) de quatro dimensões. As partículas subatómicas que observamos são formas de vibração dessas cordas, como as notas musicais numa guitarra, e a gravidade pode ser entendida como uma interacção entre elas.
Não foi a última hipótese a surgir. De facto, abundam actualmente as tentativas para entender esta fugidia lei da natureza. A derradeira proposta provém do astrónomo holandês Erik Verlinde, o qual resolve o problema pela negação pura e simples. Em Junho passado, declarou ao New York Times: “Para mim, a gravidade não existe.” De acordo com a sua perspectiva, trata-se antes de uma propriedade emergente, como as oscilações da Bolsa, que surgem da acção individual dos investidores. Ou seja, dito de forma mais radical, a gravidade não passaria de uma ilusão.
M.A.S.
SUPER 154 - Fevereiro 2011
