O que Einstein pensava sobre buracos negros?

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Este texto foi escrito por Carla Rodrigues Almeida, doutora em física pela Universidade Federal do Espírito Santo, atualmente realiza seu segundo posdoc, no Instituto Max Planck para História da Ciência, pesquisando sobre a História dos Buracos Negros.

Na quarta-feira da semana passada, dia 10 de Abril de 2019, cientistas lançaram a primeira foto tirada de um buraco negro, um corpo celeste que antes pensávamos não ser possível capturar em imagem. A fotografia, capturada pelo Projeto Event Horizont Telescope, foi sem sombras de dúvida uma conquista incrível para a comunidade científica e certamente vai nos ajudar a entender melhor o universo e seus mistérios. Após o anúncio, uma pergunta surgiu da plateia: a observação confirma a teoria da gravitação de Einstein? A resposta foi um ressonante sim! A observação encaixa perfeitamente no modelo previsto pela relatividade geral, Einstein estava certo!

Primeira foto de um buraco negro, produzida pelo Event Horizon Telescope Project, mostra que Einstein estava certo!
Isso significa que Einstein previu que buracos negros existem?

Não, Einstein estava certo sobre como a gravidade funciona, mas mesmo ele teve problemas em acreditar nas estranhas consequências de sua própria teoria. E, vamos combinar, não há nada mais estranho do que um objeto que se isola do resto do universo, que aprisiona até a luz e que esconde um buraco no tecido do espaço-tempo, uma singularidade. Um objeto que só pode ser percebido pela forte atração gravitacional que ele exerce.

Para Einstein, a ideia de uma singularidade, um furo no espaço-tempo, era deselegante; contrariava sua visão sobre a realidade física. Ele disse que isso traria muito arbitrariedade para as leis da natureza. Quando ele formulou a relatividade geral em 1915, ele tinha uma visão bem graciosa do universo como sendo esse tecido quadridimensional contínuo e suave, sem nenhum furo ou rasgo.  No entanto, quando a primeira solução para suas equações foram descobertas por Karl Schwarzschild apenas um ano depois, com uma descrição de um campo gravitacional esfericamente simétrico criado por uma massa localizada no centro, lá estavam elas: duas singularidades, uma pontual e outra radial.

 

Einstein  não acreditava na existência de buracos negros

Na verdade, Einstein não estava sozinho contra a existência de buracos negros. A comunidade científica como um todo não aceitava esta possibilidade. Físicos influentes como o britânico Sir. Arthur S. Eddington, Lev Landau, e até mesmo o próprio Schwarzschild não gostavam da ideia. Mas não é como se eles estivessem em negação, teimando contra um resultado óbvio. A ideia de que existia algo similar a um buraco negro no universo é extremamente extraordinária e, como diria Carl Sagan, alegações extraordinárias exigem provas extraordinárias. Passou-se muito tempo até que houvessem evidências convincentes de que eles existem.

 

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Por exemplo, o objeto mais denso que se conhecia na época eram estrelas chamadas anãs brancas. E, ainda assim, elas estavam muito longe de ter a densidade necessária para a formação de um buraco negro. Sem contar que a ideia de uma região no universo que estaria fora do nosso alcance, fechado para seu exterior, era muito bizarra para os cientistas, na época adeptos do positivismo lógico característico do começo do século XX. Mesmo hoje em dia, depois de mais de um século de avanços e descobertas, ainda é algo estranho de se pensar, tentem imaginar na época!

A curvatura da malha representa a densidade de cada objeto. Na época, apenas anãs brancas (white dwarfs) eram conhecidas.
A curvatura da malha representa a densidade de cada objeto. Na época, apenas anãs brancas (white dwarfs) eram conhecidas.

Além disso, ainda havia muito para se descobrir sobre a constituição interna de uma estrela, pouco se sabia na época. Do que elas são feitas? Como produzem energia? Elas são estáveis? Fora essas questões de astrofísica, ainda havia muito para se descobrir sobre a relatividade geral também. Ela está correta ou é apenas um artifício matemático? Como pode ser aplicada? Relatividade geral estava em sua infância ainda, era muito abstrata, muito difícil conciliar com a realidade na época. Ela tinha suas próprias batalhas para vencer.

Combinando o fato de que nenhum objeto mais denso que as anãs brancas tinha sido observado, com o absurdo que era pensar num corpo que aprisiona até a luz, era bem mais razoável assumir que existia um mecanismo dentro da estrela que impediria a formação de um buraco negro. Talvez a produção de energia da estrela gerasse pressões internas que contrabalanceariam a força da gravidade, que permitisse que estrelas atingisse equilíbrio. Talvez alguma reação desconhecida dissiparia parte da massa antes da estrela atingir a densidade necessária para entrar em colapso gravitacional. Essas eram possibilidades plausíveis e faziam muito mais sentido do que a ideia de buracos negros. Então havia a esperança de que avanços em física nuclear pudessem salvar a estrela desse destino terrível.

 

Evidências teóricas da existência dos buracos negros

As primeiras evidências teóricas em favor da existência dos buracos negros vieram em 1939. Nesse ano, Hans Bethe descobriu o mecanismo de fusão nuclear, enquanto Niels Bohr e John A. Wheeler apresentaram o processo de fissão nuclear ao mundo. Ao mesmo tempo, combinando relatividade geral e termodinâmica, J. Robert Oppenheimer e colaboradores descreveram a contração gravitacional contínua de uma estrela supermassiva, no que futuramente se desenvolveria para o conceito de buracos negros. Com os processos nucleares desvendados e bem entendidos e com a descrição teórica do colapso gravitacional, a ideia do buraco negro se tornou plausível.

Infelizmente, a Segunda Guerra Mundial interrompeu as pesquisas sobre o cosmo por mais de meia década. Avanços nos campos de rádio e computação obtidos nas décadas seguintes, tornaram possíveis a descoberta de objetos astronômicos ainda mais densos que as anãs brancas: os pulsares e os quasares; e ajudaram a entender melhor a evolução do universo e seus constituintes. Essas descobertas foram cruciais para aceitação da existência de buracos negros. Porém, isso tudo aconteceu na década de sessenta.

O nome buraco negro, por exemplo, foi cunhado apenas em 1967, por  John A. Wheeler. Infelizmente, Albert Einstein faleceu em 1955, antes de todas essas novas evidências serem descobertas. Ele nunca acreditou que buracos negros eram reais. Mas sim, ele estava certo sobre a gravidade e essa foto é uma prova disso. Einstein estava certo, mesmo quando não tinha todas as informações disponíveis para acreditar nas estranhas consequências de sua teoria.

 

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