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Como explicar as ondas gravitacionais à tua avó

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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 detetadas 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 detetadas 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 objectos 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 fenómenos 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 demorámos 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 exactamente 4 quilómetros. Aqui está uma foto aérea:

Quando chega uma onda gravitacional, o espaço deforma-se de maneira que um braço fica mais longo e outro braço fica mais curto:

Braço – A medirá  3,999999999999999999999 quilómetros

Braço – B medirá 4,000000000000000000001 quilómetros

É realmente um milagre tecnológico medir o comprimento dos braços com semelhante precisão para detectar uma diferença.

– E por que é que detectar as ondas gravitacionais é tão importante?

É muito, muito importante porque nos dão um novo sentido para observar o Universo.

Até agora só víamos o Universo através “da visão”, da luz (ondas de radiação electromagnética).

Agora é como se também nos tivessem dado “o ouvido”, podemos observar o Universo através de outras ondas diferentes, as ondas gravitacionais.”

Artigo publicado originalmente Principia Marsupia a 11 de fevereiro de 2016.

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6 Comentários

  1. Como explicar as ondas gravitacionais à tua avó

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  2. Como explichttps://www.facebook.com/VideoBlocks/videos/1284460438237898/ar as ondas gravitacionais à tua avó

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