GR-100 in Rio

NOTÍCIA /

por Mario Novello //

15-09-2012 ///

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Em 2015, o Instituto de Cosmologia Relatividade e Astrofísica (ICRA/CBPF) será a sede de uma conferência internacional para comemorar o centenário da obra mais fundamental de Albert Einstein: a Relatividade Geral (RG), uma teoria da gravitação que modificou profundamente a formulação anterior de Newton. Nessa ocasião será examinado seu legado, seu enorme sucesso e seu método de exame de processos extraordinários no universo, sejam eles localizados, como no caso dos buracos negros, ou em grande escala, em dimensões cósmicas. Iremos também promover um balanço crítico envolvendo algumas de suas dificuldades e analisar propostas alternativas que têm sido examinadas desde sua criação em 1915.

Depois de 100 anos de seu estabelecimento, é compreensível entender o crescimento de criticas que a RG tem recebido nos últimos tempos, vindo de diversas áreas. Como a gravitação é uma força bastante fraca – por comparação com as demais forças da natureza, isto é, o eletromagnetismo e as forças nucleares – podemos entender por que os mais importantes testes que determinam suas propriedades são obtidos por observações realizadas no espaço, até mesmo para além do sistema solar.

Quatro das principais críticas à RG estão, com efeito, no território da Astrofísica e da Cosmologia, a saber:

1 – Singularidade

2 – Matéria Escura

3 – Energia escura

4 – Quantização

Foi o próprio Einstein que limitou o alcance da aplicação da RG ao afirmar que nas regiões onde o campo gravitacional é extraordinariamente elevado, incapaz de ser descrito por uma função regular, permitindo assim o aparecimento de uma singularidade, as equações da RG devem ser alteradas. A matéria escura e a energia escura são propriedades hipotéticas da substância do mundo, criadas para contornar dificuldades observacionais que a teoria de Einstein exibe. Quanto à questão de quantização do campo gravitacional, a crítica é um pouco menos consistente, posto que ela repousa sobre uma hipótese – isto é, todo campo da física deve ser quantizado – que não possui suporte observacional.

Há várias propostas para alterar a RG associadas a diferentes áreas da física, desde a microfísica de altas energias (pretendendo considerar a gravitação como uma teoria quantizável); a física da matéria condensada via modelos análogos (na qual a gravitação seria o resultado macroscópico de forças de outra natureza em nível microscópico); alterações na dinâmica da RG (através de teorias envolvendo modos de propagação diferentes como as do tipo f(R)) e outras.

Dessas outras, particular atenção merece a recente teoria escalar geométrica apresentada em agosto de 2012 na Brazilian School of Cosmology and Gravitation (BSCG), em Mangaratiba.

Antes, e para entendermos seu contexto, uma breve história. No final da primeira década do século passado, ficou claro para vários cientistas (como Nordstrom, Einstein, Grossmann e outros) que a teoria da gravitação newtoniana deveria sofrer uma profunda modificação. Do ponto de vista formal isso apareceu como consequência natural da impossibilidade de conciliar a gravitação newtoniana com a Relatividade Especial de 1905, graças em particular à propriedade postulada na formulação newtoniana segundo a qual a força gravitacional ocorreria instantaneamente, em contradição com um dos preceitos da Relatividade Especial, que afirma não existir propagação com velocidade maior do que a da luz.

Os cientistas começaram então a procurar por uma nova teoria da gravitação que fosse a versão relativista da formulação newtoniana, sendo então levados a descrever o campo gravitacional como um campo escalar, isto é, por via de uma só função (semelhante, nesse aspecto, à versão newtoniana) adaptada à nova estrutura espaçotemporal que a Relatividade Especial estabelecera em 1905 e que substituira o espaço absoluto e o tempo absoluto.

Não posso aqui entrar em detalhes dessa proposta que vários cientistas e Einstein em 1913 perseguiram. Eu direi somente que pouco antes de 1915 Einstein a abandonou em nome de sua teoria da relatividade geral, trocando uma única função escalar pelas dez variáveis necessárias para caracterizar a métrica do espaço-tempo. Recentemente mostrou-se que a razão apresentada por Einstein para o abandono da teoria escalar, por considerá-la internamente inconsistente, estava errada.

Um reexame recente da proposta original da teoria escalar apontou as falhas na argumentação de Einstein, mostrando como é possível efetivamente construir uma teoria métrica da gravitação usando somente um campo escalar.

As perspectivas da nova teoria da gravitação são grandes, desde que todas suas consequências se mostrem compatíveis com as observações. De qualquer modo, podemos esperar grandes mudanças, em particular no tocante à descrição do comportamento do universo em grande escala. Isso se deve ao fato bem conhecido de que toda nova teoria da gravitação produz uma nova cosmologia.