Como explicar as ondas gravitacionais à tua avó

Em 1916, Einstein publicou uma equação que descreveu o Universo a uma grande escala. Essa equação, além disso, previu a existência de ondas gravitacionais. Cem anos depois, finalmente foram detectadas diretamente.

Por Principia Marsupia.

Deformação do espaço-tempo pela força da gravidade de um corpo.

“Só compreendes algo quando o podes explicar à tua avó”. Esta frase é comummente atribuída a Albert Einstein, ainda que na realidade não esteja do todo provado que o tenha pronunciado.

O que está provado é que em 1916, Einstein publicou uma equação que descreve o Universo a uma grande escala. Essa equação, além disso, previu a existência de algo chamado ondas gravitacionais. Cem anos depois, finalmente foram detectadas diretamente.

Para celebrar a ocasião, decidi verificar a validade do meu doutoramento em Física, explicando à minha avó o que são as ondas gravitacionais.

Foi mais ou menos assim:

"Avó, tu já sabes o que são ondas. As ondas não são mais do que ondas. Por exemplo, se lanças uma pedra num lago formar-se-á uma onda de água assim:

Na vida quotidiana, estamos rodeados de todo o tipo de ondas: por exemplo, o som (é uma onda de ar) ou a luz (é uma onda do campo electromagnético).

- Ok, a onda do lago move-se na água, mas onde se move uma onda gravitacional?

Uma onda gravitacional move-se no espaço-tempo.

- O que é o espaço-tempo?

O “espaço-tempo” é um palavrão que os físicos utilizam, mas que esconde um conceito muito simples.

O “espaço” é por onde nos podemos mover e dizemos que tem três dimensões porque podemos mover-nos para a frente e para atrás, para a direita e para a esquerda, para cima e para baixo.

O “tempo” é o que medimos com um relógio.

Einstein ensinou-nos que o espaço e o tempo estão tão relacionados que não faz sentido falar do um sem mencionar ao outro: por isso os físicos juntam as duas palavras e falamos sempre do “espaço-tempo”.

O “espaço-tempo” tem quatro dimensões: as três do espaço e a do tempo.

- E não me poderias mostrar um desenho do “espaço tempo”?

É impossível desenhar em quatro dimensões, mas podemos imaginar o “espaço-tempo” como uma espécie de esquadria invisível que se estende por todo o Universo.

Algo como:

- E esta esquadria, o espaço-tempo, é sempre plano?

Boa pergunta avó! Aí está toda a piada do assunto.

Não, o espaço tempo não é sempre plano. Einstein provou que a massa dos objetos deforma o espaço-tempo.

Por exemplo, o espaço-tempo ao redor do Sol é algo assim:

Einstein também provou que essa deformação do espaço-tempo é precisamente a força da gravidade.

- Ok, a esquadria (o espaço-tempo) pode-se deformar e a deformação é a gravidade. O que é que isso tem a ver com as ondas do lago?

Há fenômenos no Universo que deformam o espaço-tempo de tal maneira que criam uma onda.

Por exemplo, estas duas estrelas que estão a colapsar:

Estas ondas que viajam no espaço-tempo são as ondas gravitacionais.

- Pois, de facto pareciam-se com as ondas num lago. E podemos ver estas ondas?

Não, não as podemos ver, mas podemos detectá-las.

- Como se detectam?

Imagina que chegava até aqui uma onda gravitacional.

Dissemos antes que são deformações no espaço-tempo, de modo que deformaria o espaço à nossa volta e com isso deformar-nos-ia também a nós.

- Não pode ser. Eu isso nunca vi.

Bom, isso é porque tenho exagerado um pouco. Quando chegam à Terra, as ondas gravitacionais são tão, tão pequenas, que não percebemos os seus efeitos.

É tão complicado detectá-las que demoramos cem anos a fazê-lo!

Para detectar as ondas gravitacionais, os cientistas usaram um instrumento que se chama LIGO.

LIGO é um edifício do qual saem dois braços que medem cada um exatamente 4 quilômetros. Aqui está uma foto aérea: