Crédito de imagem: NASA / JPL
Cedo ou tarde, o reinado de Einstein, como o reinado de Newton antes dele, chegará ao fim. Um tumulto no mundo da física que derrubará nossas noções de realidade básica é inevitável, acreditam a maioria dos cientistas, e atualmente uma corrida de cavalos está em andamento entre um punhado de teorias que competem para ser o sucessor do trono.
Na corrida, existem idéias alucinantes como um universo tridimensional, "constantes" universais (como a força da gravidade) que variam ao longo do espaço e do tempo e só permanecem realmente fixadas em uma 5ª dimensão invisível, cordas vibratórias infinitesimais como a constituintes fundamentais da realidade e um tecido de espaço e tempo que não é suave e contínuo, como Einstein acreditava, mas dividido em pedaços discretos e indivisíveis de tamanho extremamente pequeno. A experiência acabará por determinar quais triunfos.
Um novo conceito para um experimento para testar as previsões da relatividade de Einstein mais precisamente do que nunca está sendo desenvolvido por cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA. Sua missão, que efetivamente usa nosso sistema solar como um laboratório gigante, ajudaria a restringir o campo das teorias vivas e nos aproximaria um passo da próxima revolução na física.
Uma casa dividida
Pode não pesar muito na mente da maioria das pessoas, mas um grande cisma há muito atormenta nossa compreensão fundamental do universo. Atualmente, existem duas maneiras de explicar a natureza e o comportamento do espaço, tempo, matéria e energia: a relatividade de Einstein e o "modelo padrão" da mecânica quântica. Ambos são extremamente bem sucedidos. O Sistema de Posicionamento Global (GPS), por exemplo, não seria possível sem a teoria da relatividade. Enquanto isso, computadores, telecomunicações e Internet são derivados da mecânica quântica.
Mas as duas teorias são como idiomas diferentes e ninguém ainda sabe ao certo como traduzir entre elas. A relatividade explica a gravidade e o movimento, unindo espaço e tempo em um tecido elástico, dinâmico e tridimensional da realidade chamado espaço-tempo, que é dobrado e distorcido pela energia que contém. (A massa é uma forma de energia, por isso cria a gravidade distorcendo o espaço-tempo.) Por outro lado, a mecânica quântica assume que o espaço e o tempo formam um "estágio" plano e imutável, no qual se desenrola o drama de várias famílias de partículas. . Essas partículas podem se mover para frente e para trás no tempo (algo que a relatividade não permite), e as interações entre essas partículas explicam as forças básicas da natureza - com a evidente exceção da gravidade.
O impasse entre essas duas teorias continua há décadas. A maioria dos cientistas supõe que, de alguma forma, eventualmente, uma teoria unificadora seja desenvolvida, que inclua as duas, mostrando como as verdades que cada uma delas contém podem se encaixar perfeitamente dentro de uma única e abrangente estrutura da realidade. Tal "teoria de tudo" afetaria profundamente nosso conhecimento do nascimento, evolução e destino final do universo.
Slava Turyshev, um cientista do JPL, e seus colegas pensaram em uma maneira de usar a Estação Espacial Internacional (ISS) e dois mini-satélites que orbitam do outro lado do sol para testar a teoria da relatividade com precisão sem precedentes. Seu conceito, desenvolvido em parte por meio do financiamento do Escritório de Pesquisas Biológicas e Físicas da NASA, seria tão sensível que poderia revelar falhas na teoria de Einstein, fornecendo os primeiros dados necessários para distinguir quais teorias concorrentes de Tudo concordam com a realidade e com a realidade. que são meramente trabalhos de giz extravagantes.
O experimento, chamado Teste Astrométrico de Relatividade a Laser (LATOR), analisaria como a gravidade do sol desvia os raios de luz emitidos pelos dois mini-satélites. A gravidade curva o caminho da luz porque distorce o espaço pelo qual a luz está passando. A analogia padrão para essa distorção do espaço-tempo pela gravidade é imaginar o espaço como uma folha plana de borracha que se estende sob o peso de objetos como o sol. A depressão no lençol faria com que um objeto (mesmo uma partícula de massa sem massa) que passasse perto do sol se tornasse um pouco à medida que passava.
De fato, foi medindo a inclinação da luz das estrelas pelo sol durante um eclipse solar em 1919 que Sir Arthur Eddington testou pela primeira vez a teoria da relatividade geral de Einstein. Em termos cósmicos, a gravidade do sol é bastante fraca; o caminho de um feixe de luz percorrendo a borda do sol só seria dobrado em cerca de 1,75 arco-segundos (um segundo é 1/3600 de grau). Dentro dos limites de precisão de seu equipamento de medição, Eddington mostrou que a luz das estrelas realmente se dobra nessa quantidade - e, ao fazê-lo, efetivamente impeachmentou Newton.
O LATOR mede essa deflexão com um bilhão de (109) vezes a precisão do experimento de Eddington e 30.000 vezes a precisão do atual recordista: uma medição acidental usando sinais da sonda Cassini a caminho de explorar Saturno.
"Eu acho que o LATOR seria um avanço muito importante para a física fundamental", diz Clifford Will, professor de física da Universidade de Washington que fez grandes contribuições para a física pós-newtoniana e não está diretamente envolvido com o LATOR. "Deveríamos continuar tentando pressionar com mais precisão os testes da relatividade geral, simplesmente porque qualquer tipo de desvio significaria que há uma nova física da qual não tínhamos conhecimento antes".
Laboratório solar
O experimento funcionaria assim: dois pequenos satélites, cada um com cerca de um metro de largura, seriam lançados em uma órbita que circundava o sol aproximadamente à mesma distância da Terra. Esse par de mini-satélites orbitaria mais lentamente do que a Terra; portanto, cerca de 17 meses após o lançamento, os mini-satélites e a Terra estariam em lados opostos do sol. Embora os dois satélites estivessem separados por cerca de 5 milhões de km, o ângulo entre eles, visto da Terra, seria minúsculo, apenas cerca de 1 grau. Juntos, os dois satélites e a Terra formariam um triângulo fino, com raios laser ao longo dos lados e um daqueles raios passando perto do sol.
Turyshev planeja medir o ângulo entre os dois satélites usando um interferômetro montado na ISS. Um interferômetro é um dispositivo que capta e combina feixes de luz. Ao medir como as ondas de luz dos dois mini-satélites “interferem” entre si, o interferômetro pode medir o ângulo entre os satélites com uma precisão extraordinária: cerca de 10 bilionésimos de segundo de arco ou 0,01 ′ como (microssegundos). Quando a precisão das outras partes do projeto LATOR é considerada, isso fornece uma precisão geral para medir quanta gravidade flui o feixe de laser de cerca de 0,02? Como para uma única medição.
"O uso da ISS nos oferece algumas vantagens", explica Turyshev. “Por um lado, está acima das distorções da atmosfera da Terra, e também é grande o suficiente para deixarmos as duas lentes do interferômetro afastadas (uma lente em cada extremidade da treliça do painel solar), o que melhora a resolução e a precisão da resultados."
A precisão de 0,02? Como LATOR é boa o suficiente para revelar desvios da relatividade de Einstein previstos pelas aspirantes teorias de tudo, que variam de aproximadamente 0,5 a 35? As. O acordo com as medidas do LATOR seria um grande impulso para qualquer uma dessas teorias. Mas se nenhum desvio de Einstein for encontrado até pelo LATOR, a maioria dos concorrentes atuais - juntamente com suas 11 dimensões, espaço pixelado e constantes inconstantes - sofrerão um golpe fatal e "passarão" para aquela grande pilha de biblioteca empoeirada no céu .
Como a missão exige apenas tecnologias existentes, Turyshev diz que o LATOR pode estar pronto para voar assim que 2009 ou 2010. Portanto, pode não demorar muito para que o impasse na física seja quebrado e uma nova teoria da gravidade, espaço e tempo leve o trono.
Fonte original: NASA / Science Story
