A detecção de ondas gravitacionais veio cedo demais? Que bom!
Você sabia que a gravidade pode dobrar o espaço e tempo, e que os relógios andam mais rápido no topo de um arranha-céu?
Martin Hendry descreve como a teoria da gravidade de Einstein molda o nosso mundo moderno, e como lasers, no coração dos instrumentos científicos mais sensíveis já construídos, estão abrindo toda uma nova maneira de estudar o cosmos.
Ainda assim, tendo crescido na Grã-Bretanha em 1980, vêm à mente as palavras 'Michael Fish' e ' furacão'.
No entanto, mesmo uma única pessoa, se ele saltar para cima no ar, pode, por assim dizer, fazer a Terra se mover.
O problema é que você não pode movê-la muito.
Então vamos supor que nós pudéssemos fazer uma medição, não tanto sobre o salto de cientistas sacudindo a terra, mas uma medida tão precisa que poderia nos dizer algo sobre a mudança e a forma do espaço em si produzido pela explosão de uma estrela no meio da galáxia.
Isso realmente soa como ficção científica, mas na verdade uma máquina desse tipo já existe.
É chamado de um interferômetro laser, e é um dos instrumentos científicos mais sofisticados já construídos.
E em alguns anos estamos confiantes de que vai se abrir para nós toda uma nova maneira de olhar para o universo chamada de astronomia de ondas gravitacionais.
Agora ondas gravitacionais não são a mesma coisa que a luz; eles não são parte do espectro de luz que nós chamamos o espectro eletromagnético, que se estende por todo o caminho a partir de ondas de rádio a raios gama.
Nós temos muitos tipos de luz, e nos últimos 60 anos ou mais, nos tornamos muito bons em investigar o universo com todos esses diferentes tipos de luz.
Quer se trate de construção de um radiotelescópio gigante na superfície ou colocar um observatório de raios gama no espaço, nós usamos essas janelas diferentes no cosmos para nos dizer algumas coisas bastante surpreendentes sobre como o nosso universo funciona.
Nós investigamos o nascimento e a morte de estrelas. Nós exploramos os corações de galáxias. Até que começamos a encontrar planetas como a Terra girando em torno de outras estrelas.
Mas o espectro da onda gravitacional será completamente diferente. Isso nos dará uma janela no universo em alguns dos eventos mais violentos e energéticos no cosmos: explosão de estrelas, colisão de buracos negros, talvez até mesmo o próprio Big Bang.
Agora, o que vamos aprender a partir da janela de ondas gravitacionais no universo? Bem, talvez as coisas mais excitantes são as coisas que nada sabemos sobre, os chamados desconhecidos desconhecidos, as coisas que nós nem sequer sabemos que não sabemos ainda.
Vamos levar alguns anos, mas estamos quase lá.
Agora, antes de falarmos sobre as ondas gravitacionais, vamos fazer uma pausa para pensar sobre a gravidade.
Há um outro mito urbano que tenho certeza que todo mundo já ouviu falar, aquela sobre a maçã caindo na cabeça de Isaac Newton.
Agora, eu não tenho certeza se havia algum fruto genuíno envolvido nesse, mas onde quer que ele teve sua inspiração, Newton veio com uma ideia muito inteligente.
Ele deduziu que ele poderia usar a mesma lei física tanto para descrever a queda de uma maçã de uma árvore como a lua orbitando a Terra.
E ele chamou esta sua lei universal da gravidade.
E que basicamente diz que tudo no cosmos atrai todo o resto.
É uma bela teoria e também é muito útil na prática.
Ele nos permite fazer todos os tipos de coisas úteis em nosso mundo moderno e tem feito por mais de 300 anos.
Ela nos permite voar por todo o mundo, nos permite ir de foguete para a lua e voltar.
Mas há um problema com a lei de Newton da gravidade, um problema filosófico.
Em um nível muito fundamental que realmente não faz sentido, porque Newton diz que há uma força entre a Terra ea Lua.
Bem, como é que a Lua sabe que é obrigada a orbitar a Terra? Como é que a força realmente começa a partir da Terra à Lua? Este foi um problema que não menos do que Albert Einstein intrigado com nos primeiros anos do século XX.
E Einstein veio com uma resposta verdadeiramente notável.
Albert Einstein foi, provavelmente, a primeira celebridade científica.
Apesar de ter morrido em 1955, em 1999, os editores da revista Time o elegeu a personalidade do século XX.
Embora eu devesse mencionar que houve uma votação pública no site que elegeu Elvis Presley.
(Risos)
Agora eu sou um grande fã de música do rei como qualquer um, mas eu ainda tenho que seguir a decisão do editor aqui.
Na verdade eu ainda tenho minha própria figurinha de Einstein da universidade.
(Risos)
Então, o que Einstein fez exatamente para ser a personalidade do século XX? Bem, o que ele fez, foi nos fazer repensar o que a gravidade realmente é.
De acordo com Einstein, a gravidade não é bem uma força entre a Terra e a Lua ou entre maçãs e árvores, ao invés disso é como uma curvatura ou uma dobra no próprio espaço e tempo.
Então, uma boa metáfora aqui é pensar da Terra sentado em uma folha esticada de borracha, como um trampolim.
A massa da Terra, a grande massa da Terra, vai dobrar essa folha de borracha muito, e então você realmente não precisa ter a Lua mais sentindo uma força a alcançando da Terra.
A Lua apenas segue as curvas naturais e inclinações de espaço e tempo ao redor da Terra.
Na verdade, Einstein também disse que não devemos mais pensar realmente de espaço e tempo como coisas separadas, logo você ouvirá as pessoas falando sobre o tecido do espaço-tempo.
O que Einstein disse foi que a gravidade é uma curva, a curvatura do espaço-tempo.
Ou, como outro físico, John Wheeler, colocá-lo em vez ordenadamente:
O espaço-tempo diz à matéria como se mover, e a matéria diz ao espaço-tempo como se curvar.
Agora, tudo isso soa muito grandioso e fundamental sobre a natureza do universo, mas tem um monte de aplicações práticas também.
Aqui na Terra, na gravidade fraca da Terra, há uma previsão muito notável da teoria de Einstein, que você provavelmente nunca deve ter notado antes.
Você sabia, por exemplo, que os relógios funcionar mais lentamente na superfície da Terra do que elevado acima da terra, porque o campo gravitacional é mais forte.
Você deve se lembrar que a cena no filme "Missão Impossível Protocolo Fantasma", quando Tom Cruise está escalando o Burj Khalifa, o edifício mais alto do mundo.
Mas mesmo quando ele estava a 800 metros acima do solo, o relógio de Tom, eu tenho certeza que ele estava muito ocupado para notar, mas o relógio de Tom só seria executando alguns bilionésimos de segundo mais rápido do que teria feito ao nível do chão.
Então, o que são poucos bilionésimos de um segundo entre amigos? Bem, isso é realmente o suficiente para fazer a diferença para o Sistema de Posicionamento Global.
Nos satélites GPS, os dados têm de ser ajustados para o tempo correr mais rápido na altitude dos satélites. E isso são gritantes 40 microssegundos por dia.
Agora, os sinais de rádio e sinais de microondas a partir desses satélites pode viajar cerca de 10 km em 40 microssegundos.
Então, basta pensar quão ruim a sua SatNav seria, se ela fosse boa apenas para 10 quilômetros. Nós todos nos perderíamos muito rápido.
Assim, a teoria da gravidade de Einstein, a Teoria Geral da Relatividade, realmente tem efeitos práticos do cotidiano em nossas vidas diárias.
Mas é lá fora no espaço profundo, onde você realmente irá vê-la ao máximo. Na verdade, se a gravidade é tudo sobre dobrar o espaço-tempo, podemos fazer uma espécie de experimento de pensamento.
Podemos imaginar que se pudéssemos colocar matéria suficiente em um espaço pequeno o suficiente, eventualmente, você iria dobrar o espaço-tempo tanto que nem a luz poderia escapar das garras da gravidade.
Você teria um buraco negro. Agora, buracos negros foram imaginados na época de Einstein.
De fato, em 1916, logo após Einstein publicar sua teoria, havia um artigo maravilhoso escrito por um jovem cientista, que estava no front na Primeira Guerra Mundial naquela época, Karl Schwarzschild.
E estabeleceu a teoria de um buraco negro. Os buracos negros realmente soam como se eles pertencessem ao reino da ficção científica.
Mas creio que os buracos negros realmente existam, e que, mesmo para a luz para escapar de um buraco negro realmente seria Missão Impossível.
Nós encontramos buracos negros nos restos de estrelas que explodiram, nós parecemos encontrá-los ainda em forma supermassiva no coração de virtualmente todas as galáxias no universo.
Imagine que você poderia ter um buraco negro e movê-lo perto da velocidade da luz.
Isso iria sacudir muito o espaço-tempo, é como deixar cair uma bala de canhão em um tecido de um trampolim.
Isso enviaria ondulações se espalhando, e essas ondulações são o que chamamos ondas gravitacionais.
Então, as ondas gravitacionais seriam produzidos por coisas como buracos negros, ou seus primos gravitacionais um pouco menos extremos chamados estrelas de nêutrons.
E se você pudesse ter dois deles a colidir em conjunto perto da velocidade da luz, o que iria realmente fazer algumas ondas.
Isso é o que estamos procurando para nos embarcar nesta nova área da astronomia de ondas gravitacionais.
Se fosse assim tão fácil. Esse é o plano, mas para executá-lo é difícil, porque mesmo que as ondas gravitacionais chacoalhe o espaço-tempo imensamente onde os buracos negros estão, assim como ondas em um lago, se elas se espalharem através do universo, elas ficariam cada vez mais fracas.
Até o momento em que chegariam à Terra, o tremor do espaço-tempo que estamos tentando medir é a grosso modo cerca de um milionésimo de milionésimo de milionésimo de metro. Isso é muito difícil de medir.
Então como você faz isso? Bem, correndo o risco de soar como um daqueles shows de mágica em Las Vegas, tudo é feito com espelhos e lasers.
O que você faz é tomar um feixe de laser, direcionar o raio laser em um espelho, dvidir o raio em dois feixes que vão em ângulos retos entre si, rebatê-los em um espelho, recombiná-los, e, em seguida, observar o que você tem.
Se os dois feixes tiverem viajado exatamente a mesma distância, então o que você recebe de volta são feixes em perfeita sintonia um com o outro.
Eles são ondas de luz assim como todas as outras formas de luz, de modo que os fluxos de onda serão compensados.
Todavia, se eles tiverem percorrido uma distância diferente, eles vão estar fora de sintonia uns com os outros, eles interferem uns com os outros - nós chamamos esse fenômeno interferência, é por isso que essas coisas são chamados de interferômetros laser.
Então, um interferômetro laser é uma coisa legal se você quer tentar pegar uma onda gravitacional. Mas lembre-se que eles são sinais incrivelmente ínfimos, por isso vai ser um grande desafio de engenharia para construir um.
Então Einstein disse que, quando uma onda gravitacional passa, ele vai esticar e espremer o espaço-tempo em nossa vizinhança, mas por esta quantidade incrivelmente pequena. Então, estamos tentando usar o feixe de laser e seu padrão de interferência para nos dizer se uma onda gravitacional passou.
Mas você realmente tem de ampliar a experiência e pensar grande. E é aí que entra o LIGO. LIGO significa Interferometer Gravitational-Wave Observatory Laser.
E é o projeto científico mais ambicioso e sofisticado jamais empreendido pela National Science Foundation nos EUA.
Na verdade, há dois LIGOs. Há um em Louisiana e outro no estado de Washington.
E, juntamente com outros dois interferômetros, um chamado GEO na Alemanha e Virgem na Itália, este é o nosso sistema de alerta para ondas gravitacionais.
Agora, eles são construídos em locais bastante remotos, LIGO, e acho que os moradores realmente não entendem o que eles são.
Um dos meus colegas do LIGO estava voando sobre o sítio de Livingston e uma passageira no voo estava olhando para o detector e disse:
- 'Eu tenho uma teoria que isso é. É realmente uma máquina do tempo secreta do governo.'
Ele não tinha certeza de como responder, mas bem ele meio que disse,
- 'OK, então, por que a forma de "L"?'
E ela disse:
- 'Ah, eles têm que voltar.'
(Risos)
A viagem no tempo é realmente ficção científica, mas encontrar ondas gravitacionais, esperamos muito sinceramente, em poucos anos, será um fato científico.
Agora é difícil.
Todos esses pequenos efeitos minúsculos que estamos tentando medir poderiam ser afetadas pelos distúrbios locais de tremer o chão; não por causa do universo exterior, mas por causa de fenômenos muito mais mundanos aqui na Terra.
Então, o que você tem que fazer, é colocar os espelhos em sistemas de suspensão muito complexos que forçam os limites da tecnologia de materiais.
E até mesmo um golpe de ar no feixe de laser poderia inundar o nosso sinal, por isso temos de deixar os lasers a reboque do mais ultra-alto vácuo da Terra, apenas um trilionésimo de pressão atmosférica que estamos respirando aqui hoje.
Então juntar tudo isso, gastar algumas centenas de milhões de dólares, e espero que você vai encontrar algumas ondas gravitacionais. Mas isso necessita de um monte de cientistas de fazê-lo.
Então, em Glasgow nós somos parte da cooperação científica LIGO. Mais de 900 cientistas e engenheiros do mundo todo em busca de ondas gravitacionais.
Agora nós não encontramos nenhuma ainda, mas ter múltiplos detectores, que não é apenas uma "compre um, leve dois", é porque se você detectar um sinal em ambos os detectores, os dois detectores LIGO, ajuda a convencê-lo que você tem realmente tem alguma coisa.
E se você vê-lo em Virgo e em GEO, tanto melhor.
Então, muito em breve vamos ter uma rede global de detectores avançados porque as LIGO não são sensíveis o suficiente para fazer o trabalho ainda.
Mas nós estamos dando-lhes espelhos mais pesados, lasers mais potentes, melhores sistemas de suspensão, e esperamos que em torno de 2016, nós teremos uma rede de interferômetros de ondas gravitacionais avançados em busca de ondas gravitacionais.
Agora quanto tempo temos que esperar para obter um sinal? Nós realmente não sabemos, mas com base no que sabemos, não creio que deveria ser mais do que alguns meses.
Na verdade, em uma conferência no ano passado, um grupo de cientistas na Polônia tentou chegar a um quadro, uma data, de quando esperamos ver um.
Mas ficamos segurando o riso um pouco quando previram a data de 1º de janeiro de 2017.
Eu fiz salientar que provavelmente não teria muito muitas pessoas no trabalho em Glasgow naquele dia.
(Risos)
No entanto ondas gravitacionais estão chegando. Nós estamos à beira da abertura dessa nova janela para o universo e é um momento muito emocionante para ser um astrofísico.
Muito obrigado.
(Aplausos)
Fonte: TEDxGlasgow
[Visto no Brasil Acadêmico]
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