Famosa equação de Einstein pode ser inválida no espaço
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Com
as primeiras explosões das bombas atômicas, o mundo tornou-se
testemunha de um dos princípios mais importantes e consequentes da
física: energia e massa, fundamentalmente falando, são a mesma coisa e
podem, de fato, ser convertidos um no outro.
Isto foi demonstrado pela primeira vez por Albert Einstein em sua Teoria da Relatividade Especial, com a famosa equação E = mc2, onde E significa energia, m significa massa e c para a velocidade da luz (elevada ao quadrado).
Embora
os físicos desde então tenham validado a equação de Einstein em
inúmeras experiências e cálculos, além de várias tecnologias, como
telefones celulares e GPS de navegação, Lebed tem agitado a comunidade
científica, sugerindo que a equação de Einstein pode não funcionar em
determinadas circunstâncias.
A chave
para o argumento de Lebed reside no próprio conceito de massa em si. Não
existe diferença entre a massa de um objeto em movimento, que pode ser
definido em termos de sua inércia, e a massa concedida a esse objeto
através de um campo gravitacional. Em termos simples, o primeiro, também
chamado de massa inercial, é o que faz com que um pára-choques de um
veículo se amasse quando há um impacto, enquanto o segundo, chamada
massa gravitacional, é popularmente conhecido como “peso”.
Este
princípio de equivalência entre as massas inerciais e gravitacionais,
introduzidas na física clássica por Galileu Galilei e na física moderna
por Albert Einstein, foi confirmado com um nível muito elevado de
precisão. “Mas meus cálculos mostram que, além de uma certa
probabilidade, há uma pequena de que quebre em certas circunstâncias.
Se
medirmos o peso dos objetos quânticos, como um átomo de hidrogênio, com
bastante frequência, o resultado será o mesmo na grande maioria dos
casos, mas uma pequena porção destas medições dará uma leitura
diferente, em uma violação aparente de E = mc2 . Isto tem
confundido os físicos, mas pode ser explicado se a massa gravitacional
não for a mesma que a massa inercial, que é um paradigma na física.
“A
maioria dos físicos não concorda com isso, porque eles acreditam que a
massa gravitacional é exatamente igual à massa inercial”, disse Lebed.
“Mas o meu ponto de vista é que a massa gravitacional não pode ser igual
a massa inercial devido a alguns efeitos quânticos na relatividade
geral, que é a teoria de Einstein da gravitação.”
A chave para entender o raciocínio de Lebed é a gravitação. Pelo menos no papel, ele mostrou que, apesar de E = mc2 sempre valer para massa inercial, nem sempre pode ser útil para a massa gravitacional.
“Isso provavelmente significa que a massa gravitacional não é a mesma da inercial”, disse ele.
De
acordo com Einstein, a gravidade é o resultado de uma curvatura no
espaço em si. Pense em um colchão em que vários objetos foram colocados
sobre, por exemplo, uma bola de pingue-pongue, uma bola de beisebol e
uma bola de boliche. A de pingue-pongue não fará efeito visível no
colchão, mas a bola de boliche vai afundar na espuma. Estrelas e
planetas fazem a mesma coisa no espaço. Quanto maior a massa de um
objeto, mais ele afundará o espaço.
Em
outras palavras, quanto mais massa, mais forte é o puxão gravitacional.
Neste modelo conceitual da gravitação, é fácil ver como um pequeno
objeto, como um asteroide errante pelo espaço, eventualmente pode ser
capturado pelo campo gravitacional de um planeta.
De acordo com o físico, a curvatura do espaço é que faz com que a massa gravitacional seja diferente da massa inercial.
Lebed
sugeriu testar sua ideia através da medição do peso do objeto mais
simples: um único átomo de hidrogênio, que consiste apenas de um núcleo,
um único próton e um elétron.
Em
raras ocasiões, o elétron circula o núcleo do átomo e salta para um
nível mais elevado de energia, que pode ser pensado como uma ampla
órbita. Dentro de um curto espaço de tempo, o elétron volta para o seu
nível de energia anterior. De acordo com E = mc2, a massa do átomo de
hidrogênio vai mudar, juntamente com a alteração do nível de energia.
Muito
bem, mas o que aconteceria se mudarmos o átomo para longe da Terra,
onde o espaço não é curvo? O elétron não poderia saltar para níveis mais
elevados de energia, porque no espaço plano seria confinado ao seu
nível de energia primária.
“Neste
caso, o elétron pode ocupar somente o primeiro nível do átomo de
hidrogênio,” Lebed explica. “Ele não sente a curvatura da gravidade. Na
curvatura do espaço, há uma grande probabilidade de que ocorra saltos
dos elétrons a partir do nível primário para o secundário. E agora a
massa será diferente.”
Lebed sugeriu o
seguinte experimento para testar sua hipótese: Enviar uma pequena nave
espacial com um tanque de hidrogênio e um fotodetector sensível para uma
viagem ao espaço. No espaço exterior, a relação entre massa e energia é
a mesma para o átomo, mas só porque o espaço plano não permite que o
elétron mude seu nível de energia.
“Quando
estamos perto da Terra, a curvatura do espaço perturba o átomo, e há
uma probabilidade que o elétron salte, assim emitindo um fóton que é
registrado pelo detector”, disse ele.
Dependendo
do nível de energia, a relação entre massa e energia já não é fixada
sob a influência de um campo gravitacional. Lebed disse que a nave não
teria que ir muito longe, algo duas ou três vezes o raio da Terra.
De
acordo com Lebed, seu trabalho é o primeiro a testar a combinação da
mecânica quântica e da teoria da gravidade de Einstein no sistema solar.
“Não
há provas diretas sobre o casamento dessas duas teorias”, disse ele. “É
importante não só do ponto de vista de que a massa gravitacional não é
igual à massa inercial, mas também porque muitos vêem o casamento como
uma espécie de monstro. Gostaria de testar este casamento. Quero ver se
ele funciona ou não.” [ScienceDaily]
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