As previs�es de Einstein confirmadas e as que continuamos a explorar

As previs�es do f�sico alem�o Albert Einstein (1879-1955) ainda surpreendem a comunidade cient�fica mais de um s�culo depois, tanto as j� confirmadas quanto as que ainda estamos explorando.

Einstein est� no topo da lista dos cientistas mais famosos e ic�nicos da hist�ria. Suas teorias da Relatividade Restrita em 1905 e da Relatividade Geral em 1915 revolucionaram o universo da f�sica.

O f�sico alem�o foi al�m da teoria da gravidade de Newton, que existia desde 1687.

Einstein tamb�m introduziu seus famosos experimentos mentais, que tamb�m colocaram � prova os primeiros desenvolvimentos da mec�nica qu�ntica. Suas contribui��es neste campo lhe renderam o Pr�mio Nobel de F�sica, que ganhou em 1921 pelo efeito fotoel�trico.

Muitas pessoas acreditam que o Pr�mio Nobel de Relatividade Geral, que n�o foi dado a ele, � uma grande d�vida pendente. Por essa teoria, a gravidade � entendida como uma deforma��o ou curvatura do espa�o-tempo, causada pela distribui��o de massas e energias.

Em outras palavras: quanto mais massa � compactada em menos volume, mais espa�o-tempo ao seu redor � deformado ou curvado. Quaisquer outras part�culas ou objetos que passam perto desses objetos sentem essa curvatura, o que faz com que sua trajet�ria mude.

Previs�o confirmada: o dia em que a curvatura do espa�o-tempo foi observada

Algumas das previs�es ou consequ�ncias da Relatividade Geral foram postas � prova em pouco tempo. Em 1919, apenas quatro anos ap�s a publica��o da teoria, ocorreu um eclipse solar total, o evento ideal para testar a curvatura do espa�o-tempo.

Foram v�rias as expedi��es cient�ficas que viajaram ao Brasil e � costa oeste africana para tirar as melhores fotos e dados daquele eclipse e, sobretudo, das estrelas que cercavam o Sol.

O objeto mais massivo e compacto que temos em nossas cercanias � o Sol. O que se queria verificar era se a luz de estrelas distantes era afetada pela curvatura do espa�o-tempo gerada pelo Sol ao passar perto dele.

Nesse caso, seu caminho se desviaria ligeiramente de uma linha reta, fazendo com que a posi��o aparente da estrela no c�u sofresse uma pequena mudan�a. A confirma��o desse efeito, consistente com as medi��es do eclipse de 1919, tornou Einstein mundialmente famoso.

As d�vidas de Einstein: as vibra��es do espa�o-tempo

Mas, para demonstrar experimentalmente outras previs�es da Relatividade Geral, precisamos esperar muito mais. Em 1916, Einstein come�ou a analisar detalhadamente suas equa��es e, em particular, uma s�rie de termos que, simplificadamente, se parecem com uma equa��o de onda: a mesma estrutura que aparece em muitos sistemas f�sicos nos quais temos uma perturba��o que se propaga transportando energia.

Nesse caso, as equa��es dizem que o que vibra � o pr�prio espa�o-tempo, e chamamos esses dist�rbios de ondas gravitacionais.

Eles poderiam ser vistos? Haveria uma maneira de "ouvir" as vibra��es do espa�o-tempo?

Durante sua vida, Einstein duvidou da real exist�ncia desse fen�meno (talvez fosse um artefato matem�tico, mas sem realiza��o f�sica?). Einstein n�o foi o primeiro nem o �nico f�sico a duvidar das consequ�ncias matem�ticas de sua teoria. Ele teve seus altos e baixos com colegas e revistas cient�ficas de prest�gio que deram origem a hist�rias muito interessantes.

Seja como for, e com a contribui��o de personalidades proeminentes, finalmente entendeu-se que as ondas gravitacionais eram de fato uma previs�o real da teoria.

Suas propriedades foram analisadas e restava ver se a corrida tecnol�gica para verificar experimentalmente sua exist�ncia rendia frutos.

Previs�o confirmada: ondas gravitacionais foram finalmente "ouvidas"

A amplitude dessas ondas � t�o, t�o extremamente fraca que o pr�prio Einstein n�o tinha muita confian�a de que sua detec��o seria poss�vel um dia.

Cada um dos testes a que a Relatividade Geral foi submetida n�o foi capaz de encontrar discrep�ncias, mas n�o detectar ondas gravitacionais ou detect�-las com propriedades diferentes das teorizadas seria uma demonstra��o de que essa teoria n�o reproduzia fielmente a realidade.

O sucesso do desenvolvimento tecnol�gico levou d�cadas, e das habituais tentativas fracassadas que nem sempre s�o mencionadas na ci�ncia, como os experimentos pioneiros do f�sico Joseph Weber com barras ressonantes na d�cada de 1960.

Os instrumentos que finalmente conseguiram superar esse desafio s�o os interfer�metros a laser.

A primeira detec��o de ondas gravitacionais ocorreu em 2015.

Ela foi realizada pelos observat�rios americanos LIGO e foi um evento literalmente hist�rico.

As ondas gravitacionais detectadas tamb�m foram associadas a outra das consequ�ncias da Relatividade Geral: vieram da fus�o de dois buracos negros de cerca de 36 e 29 vezes a massa do Sol, e passaram pelos detectores ap�s viajarem cerca de 1,3 bilh�o de anos-luz.

O Observat�rio Europeu Virgo se juntou � coleta de dados no ver�o de 2017, com uma detec��o tripla de uma fus�o de estrelas de n�utrons que incluiu ondas gravitacionais na astronomia multi-mensageiro (astronomia baseada no registro e interpreta��o simult�nea de v�rios sinais do espa�o). O observat�rio KAGRA se juntar� � rede global no pr�ximo per�odo de observa��o, programado para dezembro deste ano.

J� temos um total de 90 eventos confirmados, todos eles t�m como cen�rio astrof�sico a fus�o de dois objetos compactos: pares de buracos negros, pares de estrelas de n�utrons ou pares mistos de um buraco negro e uma estrela de n�utrons.

A porta da pesquisa est� aberta para objetos compactos de natureza diferente, e as ondas gravitacionais que eles geram podem nos dar pistas sobre sua estrutura e propriedades. Estamos impacientes para ver as novas surpresas que est�o por vir.

A constante cosmol�gica: o maior "erro" de Einstein?

No cap�tulo sobre as previs�es de Einstein n�o podemos esquecer a famosa constante cosmol�gica, que tamb�m gerou contradi��es. Essa constante, suas propriedades e se ela � capaz de modelar fielmente a evolu��o e expans�o do universo � luz de dados futuros � a p�gina do livro que est� sendo escrita neste momento.

Einstein introduziu essa constante em suas equa��es para for�ar (devido a cren�as pessoais) um modelo de universo est�tico, uma esp�cie de "energia repulsiva" sem a qual o universo acabaria entrando em colapso devido ao efeito da pr�pria gravidade.

No entanto, ap�s as observa��es em 1931 do f�sico Edwin Hubble (1889-1953) sobre a expans�o do universo, Einstein considerou sua proposta como "o maior erro" de seu trabalho cient�fico. Ele estava certo?

O interesse pela constante cosmol�gica introduzida por Einstein ressurgiu novamente com as teorias qu�nticas de campo, uma vez que estas predizem uma energia do v�cuo que pode se comportar, para todos os efeitos, como a constante cosmol�gica que ele previu.

Ent�o parece que Einstein, mais uma vez, acertou novamente.

*Isabel Cordero Carri�n � professora e pesquisadora da Faculdade de Matem�tica da Universidade de Val�ncia, Espanha.

Este artigo foi publicado originalmente no site de not�cias acad�micas The Conversation e republicado aqui sob uma licen�a Creative Commons. Leia aqui a vers�o original (em espanhol).

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