Isaac Newton e o pé de jaca

AS CINCO IDADES DO UNIVERSO - PARTE 5

PETER MOON

“A física seria muito mais fácil se uma jaca tivesse caído na cabeça de Newton”. Este é o nome de um grupo no Facebook que conseguiu reunir, até o momento, 48.713 seguidores. São pessoas que têm trauma das aulas de física e, por isso mesmo, se divertem com a ironia sobre a famosa história da maçã que teria caído na cabeça de Sir Isaac Newton (1643-1727). Ora, se em vez de uma maçã tivesse sido uma imensa jaca, Newton teria morrido instantaneamente. Ele jamais teria descoberto a força da gravidade nem fundado as bases da Mecânica Clássica, cujas equações deram sustentação ao advento da Revolução Industrial e até hoje atormentam a mente de milhões de adolescentes nas aulas de física.

Segundo Michael White, o autor da biografia Isaac Newton, o último feiticeiro, Newton gostava de contar a história de que, aos 23 anos em 1666, viu maçãs caindo da macieira - não em sua cabeça - para ilustrar como e quando teve a centelha que despertou nele a ideia da gravitação universal. A queda das maçãs o fez compreender que a mesma força que fazia as maçãs caírem mantinha a Lua em órbita da Terra. Transformar aquela intuição inspirada em um conjunto de equações foi a verdadeira obra deste grande gênio da humanidade. O trabalho consumiu 20 anos e foi completado em 1687, com a publicação de Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (“Principia: Princípios Matemáticos de Filosofia Natural”), onde Newton apresentou a sua lei da gravitação universal, bem como as três leis do movimento da Mecânica Clássica.

Os 48.713 membros do grupo da Jaca de Newton no Facebook esquecem que, não fosse Newton, cedo ou tarde surgiria um outro gênio para, “apoiado sobre ombros de gigantes”, no caso Copérnico e Galileo, enxergar mais longe no oceano da natureza, como Newton observou em uma carta dirigida ao seu rival Robert Hooke, em 5 de fevereiro de 1676. Hooke o acusava de lhe ter roubado a ideia da gravitação.

A gravitação de Newton

Neste momento o leitor pode se perguntar o porquê deste preâmbulo newtoniano para a nossa crônica semanal sobre o nascimento, adolescência, maturidade e degenerescência do universo? É por causa da gravidade. É ela quem define, ou melhor, era ela quem até 1998 definia os desígnios da evolução do cosmo durante a Segunda Idade do Universo, a Era Estelar, aquela em que vivemos.

A era estelar começou quando o universo tinha apenas 379 mil anos e se tornou transparente (leia O candelabro estelar). A Era Estelar já dura 13,75 bilhões de anos e deve perdurar pelos próximos 100 trilhões de anos. Seu término dar-se-á quando todo o hidrogênio de todas as galáxias for consumido no coração das fornalhas estelares, fazendo as estrelas uma a uma se apagar. Depois disso será o escuro eterno.

Para compreender a beleza e a dinâmica da Era Estelar é preciso conhecer as propriedades da gravidade, a força elementar descoberta por Newton e por ele descrita nos seguintes termos: dois corpos se atraem mutuamente com uma força que é proporcional à massa de cada um deles e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa.

Essa lei, pensou-se por 250 anos, era suficiente para explicar porque as maçãs caíam, porque nossos pés estão fincados ao solo e não saímos flutuando como os anjos, porque os magníficos aneis envolvem Saturno e o cometa de Halley retorna pontualmente a cada 76 anos para rasgar o céu noturno (a próxima passagem será em 2061).

Por 250 anos, estivemos enganados. A lei da gravitação universal de Newton é suficiente para explicar a queda de maçãs e nossa impossibilidade de levitar. Quando se trata de corpos muito grandes como planetas e estrelas, ou quando as distâncias envolvidas são astronômicas, a gravitação de Newton torna-se imprecisa.

A desprezível brecha de Mercúrio

O primeiro sinal da inacuidade da gravitação de Newton foi detectado em 1859, quando o astrônomo francês Urbain Le Verrier notou uma discrepância na órbita de Mercúrio em torno do Sol. Le Verrier percebeu que, todos os anos, Mercúrio desviava 43 arco-segundos da órbita prevista pela gravitação de Newton. O que são 43 arco-segundos? Divida um círculo em 30.139 pedacinhos. Os 43 arco-segundos equivalem a um único destes pedacinhos. A diferença era mínima, quase desprezível. Mas negligenciá-la seria fechar os olhos para uma compreensão mais profunda do universo, escondida exatamente naquele vão de risíveis 43 arco-segundos.

A discrepância na órbita de Mercúrio passou despercebida por 200 anos pela inexistência de telescópios e instrumentos capazes de aferir uma variação tão pequena. No entanto, uma vez percebida em 1859, a discrepância teria que ser explicada. Os astrônomos passaram a segunda metade do século XIX investigando à procura de uma resposta. A única conclusão que chegaram foi que a gravitação de Newton não dava conta de explicar o fenômeno. O mundo precisava de um novo Newton...

Como se sabe, o gênio da humanidade que se apoiou sobre os ombros de Newton para enxergar um pouco mais além no horizonte do oceano cósmico foi Albert Einstein. Aquele jovem físico alemão de 25 anos era obcecado desde a infância com a velocidade da luz. Vivia sonhando acordado, se imaginando a viajar a bordo de um facho de luz à velocidade de 300 mil km/s.

Em 1905, Einstein publicou a sua Teoria da Relatividade Restrita, seguida em 1915 pela Teoria Geral da Relatividade. Ambas as teorias alteraram para sempre a nossa concepção da matéria, da energia, do espaço e do tempo. E, de quebra, explicaram a razão para a discrepância diminuta na órbita de Mercúrio - além de fornecer as bases para imaginarmos como se processará a evolução do cosmo nesta nossa crônica celestial.
Mas este é um assunto para a semana que vem.

Ah, sim, nas três horas que levei para escrever este artigo, o total de membros do grupo de Newton e o pé de jaca pulou para 48.717.

continuação de: O candelabro estelar

continua em: Einstein e a obsessão pela natureza da luz