Há pouco mais de uma semana, físicos europeus anunciaram que tinham medido a força da gravidade na menor escala de sempre.



Numa experiência inteligente de mesa, investigadores da Universidade de Leiden, na Holanda, da Universidade de Southampton, no Reino Unido, e do Instituto de Fotónica e Nanotecnologias, em Itália, mediram uma força de cerca de 30 attonewtons numa partícula com pouco menos de meio miligrama de massa. Um attonewton é um bilionésimo de bilionésimo de newton, a unidade padrão de força.

Os pesquisadores dizem que o trabalho pode “desvendar mais segredos sobre a própria estrutura do universo” e pode ser um passo importante em direção à próxima grande revolução na física.

Mas por que isso acontece? Não é apenas o resultado:é o método, e o que ele diz sobre o caminho a seguir para um ramo da ciência que os críticos dizem pode estar preso num ciclo de custos crescentes e retornos decrescentes.

Gravidade

Do ponto de vista de um físico, a gravidade é uma força extremamente fraca. Isso pode parecer uma coisa estranha de se dizer. Não parece fraco quando você tenta sair da cama pela manhã!

Ainda assim, em comparação com outras forças que conhecemos – como a força eletromagnética que é responsável pela ligação dos átomos e pela geração de luz, e a força nuclear forte que une os núcleos dos átomos – a gravidade exerce uma atração relativamente fraca entre os objetos.

E em escalas menores, os efeitos da gravidade ficam cada vez mais fracos.

É fácil ver os efeitos da gravidade em objetos do tamanho de uma estrela ou planeta, mas é muito mais difícil detectar efeitos gravitacionais em objetos pequenos e leves.

A necessidade de testar a gravidade

Apesar da dificuldade, os físicos realmente querem testar a gravidade em pequenas escalas. Isso ocorre porque poderia ajudar a resolver um mistério centenário da física atual.

A física é dominada por duas teorias extremamente bem-sucedidas.

A primeira é a relatividade geral, que descreve a gravidade e o espaço-tempo em grandes escalas. A segunda é a mecânica quântica, que é uma teoria de partículas e campos – os blocos básicos de construção da matéria – em pequenas escalas.

Essas duas teorias são, de certa forma, contraditórias, e os físicos não entendem o que acontece em situações em que ambas deveriam ser aplicadas. Um dos objetivos da física moderna é combinar a relatividade geral e a mecânica quântica em uma teoria da “gravidade quântica”.

Um exemplo de situação em que a gravidade quântica é necessária é a compreensão completa dos buracos negros. Estes são previstos pela relatividade geral – e observámos buracos enormes no espaço – mas pequenos buracos negros também podem surgir à escala quântica.

Actualmente, contudo, não sabemos como reunir a relatividade geral e a mecânica quântica para dar conta de como a gravidade e, portanto, os buracos negros, funcionam no domínio quântico.

Novas teorias e novos dados

Uma série de abordagens para uma teoria potencial da gravidade quântica foram desenvolvidas, incluindo a teoria das cordas, a gravidade quântica em loop e a teoria dos conjuntos causais.

No entanto, essas abordagens são inteiramente teóricas. Atualmente não temos como testá-los por meio de experimentos.

Para testar empiricamente estas teorias, precisaríamos de uma forma de medir a gravidade em escalas muito pequenas, onde os efeitos quânticos dominam.

Até recentemente, a realização de tais testes estava fora de alcance. Parecia que precisaríamos de equipamentos muito grandes:ainda maiores do que o maior acelerador de partículas do mundo, o Grande Colisor de Hádrons, que envia partículas de alta energia girando em torno de um loop de 27 quilômetros antes de colidi-las.

Experimentos de mesa

É por isso que a recente medição da gravidade em pequena escala é tão importante.

A experiência realizada em conjunto entre os Países Baixos e o Reino Unido é uma experiência de “mesa”. Não exigia maquinaria enorme.

O experimento funciona flutuando uma partícula em um campo magnético e, em seguida, balançando um peso sobre ela para ver como ela “oscila” em resposta.

Isto é análogo à maneira como um planeta “oscila” quando passa por outro.

Ao levitar a partícula com ímãs, ela pode ser isolada de muitas das influências que tornam tão difícil a detecção de influências gravitacionais fracas.

A beleza de experiências de mesa como esta é que não custam milhares de milhões de dólares, o que elimina uma das principais barreiras à realização de experiências gravitacionais em pequena escala e, potencialmente, ao progresso na física. (A última proposta para um sucessor maior do Grande Colisor de Hádrons custaria 17 bilhões de dólares.)

Trabalho a fazer

Os experimentos de mesa são muito promissores, mas ainda há trabalho a fazer.

O experimento recente chega perto do domínio quântico, mas não chega lá. As massas e forças envolvidas precisarão ser ainda menores para descobrir como a gravidade atua nesta escala.

Também precisamos de estar preparados para a possibilidade de não ser possível levar as experiências de mesa tão longe.

Pode ainda haver alguma limitação tecnológica que nos impeça de realizar experiências de gravidade em escalas quânticas, empurrando-nos de volta à construção de colisores maiores.

De volta às teorias

Também vale a pena notar que algumas das teorias da gravidade quântica que podem ser testadas através de experimentos de mesa são muito radicais.

Algumas teorias, como a da gravidade quântica em loop, sugerem que o espaço e o tempo podem desaparecer em escalas muito pequenas ou em altas energias. Se estiver certo, talvez não seja possível realizar experimentos nessas escalas.

Afinal, os experimentos como os conhecemos são o tipo de coisa que acontece em um determinado lugar, durante um determinado intervalo de tempo. Se teorias como esta estiverem corretas, talvez precisemos repensar a própria natureza da experimentação para que possamos entendê-la em situações onde o espaço e o tempo estão ausentes.

Por outro lado, o próprio facto de podermos realizar experiências simples envolvendo a gravidade em pequenas escalas pode sugerir que o espaço e o tempo estão afinal presentes.

O que será verdade? A melhor maneira de descobrir é continuar com os experimentos de mesa e levá-los o mais longe possível.

Fornecido por The Conversation

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.