Entenda de uma vez: o que é a gravidade?

Quando Einstein apresentou suas primeiras descobertas sobre o espaço e o tempo, em 1905, o mundo da física virou de pernas para o ar. Nem todos concordavam com ele, mas o tema virou rapidamente o favorito de toda a comunidade acadêmica, exceto por uma pessoa: o próprio Einstein.

Isso porque, apesar das revelações de que espaço e tempo eram relativos, o físico sabia que sua teoria estava incompleta. Suas equações só descreviam um caso específico, em que objetos estivessem em movimento uniforme. Ou seja, eles podiam estar a qualquer velocidade, contanto que ela fosse constante. Era uma versão restrita da relatividade, incapaz de descrever o que acontecia ao espaço e ao tempo quando objetos estavam acelerando, ou desacelerando.

Einstein ficou obcecado com esse problema e passou dez anos trabalhando nele. Como generalizar a Teoria da Relatividade para todas as circunstâncias? E aí ele atirou no que viu e acertou no que não viu. Einstein percebeu que uma teoria assim necessariamente teria de ser também uma teoria da gravidade.

Quer ver? Sigamos o alemão em mais um de seus famosos experimentos mentais. Para este aqui, teremos de nos imaginar no elevador de um edifício. Imagine-se dentro dele quando os cabos se rompem e ele despenca. Na queda, parecerá que flutuamos dentro do elevador, caindo ao mesmo ritmo que ele na direção do solo. Poupemos o sofrimento de pensar no que acontece ao fim da queda, e em vez disso imaginemos outro arranjo, em que o elevador está largado no meio do espaço, longe de tudo. Sem a gravidade por lá, também flutuaremos. Ou seja, é como estar em queda livre.

Sigamos agora esse experimento imaginando que, ao nosso elevador espacial, um foguete tenha sido preso aos cabos, puxando-nos para cima. Em razão da inércia (a “vontade” de o corpo permanecer no estado em que estava antes), seremos puxados para o chão do elevador. Curiosamente, ser puxado para cima faz seu peso se projetar para baixo da mesma maneira que faria se você estivesse no elevador em repouso, sob a gravidade da Terra. Ou seja, acelerar é como estar em repouso num campo gravitacional.

Einstein chamou isso tudo de Princípio da Equivalência. Ele diz basicamente que aceleração e gravidade são iguais, e que a mesma matemática capaz de descrever um processo necessariamente descreverá o outro. E aí ele passou uma década procurando as equações apropriadas. Quando as encontrou, em 1915, a Teoria da Relatividade Geral deu sentido pleno aos fenômenos sugeridos pela versão restrita.

O universo é ditado pelo que há nele: a massa diz ao espaço-tempo como se curvar, e o espaço-tempo diz à massa como se mover

O ESPAÇO-TEMPO

Einstein descobriu que é possível, matematicamente, tratar o tempo como apenas mais uma dimensão, juntando-o às três dimensões espaciais (largura, comprimento e altura) num espaço-tempo em 4D. E que a presença de objetos com massa curva esse espaço-tempo. Quanto mais massa, maior a curvatura, maior a distorção do tempo e do espaço. No Sol, o tempo flui mais devagar do que na Terra, com sua massa bem menor.

Com isso, o alemão reformou o entendimento da gravidade formulado por Isaac Newton no século 17. Em vez de ser uma misteriosa força a distância, ela passou a ser entendida, de forma mais elegante, como a influência que a curvatura do espaço-tempo produz sobre objetos que estejam nele. O americano John Wheeler foi quem melhor descreveu: “a massa diz ao espaço-tempo como se curvar, e o espaço-tempo diz à massa como se mover”. Ou seja, em vez de ser aquela coisa newtoniana de uma massa atraindo outra massa, é uma massa curvando o espaço-tempo e fazendo a outra massa mudar seu caminho por ele.

A primeira confirmação da relatividade geral veio com a observação de um eclipse solar em Sobral, no Ceará, em 1919, onde se mediu o quanto a presença do Sol curvava os raios de luz das estrelas distantes. Desde então, toneladas de experimentos confirmaram a teoria, culminando com a detecção das ondas gravitacionais – marolas no tecido do espaço-tempo – em 2015.

O mais notável da teoria de Einstein, contudo, é que ela permitiu pela primeira vez investigar de forma concreta como o próprio Universo teria nascido.