A mais nova descoberta da ciência apresenta outras formas de ver o universo e exige diferentes maneiras de ensinar astronomia em sala de aula

O dia amanhecera com poucas nuvens e um sol envergonhado. Era outono em Livingston, Louisiana (EUA), e o calor já não incomodava. Andar bons quilômetros até chegar ao centro de observação era compreensível para quem trabalhava lá, afinal, se fazia necessário estar longe de tudo que pudesse causar ruído ou vibração. Mas o clima pouco importava, pois, o dia de trabalho no LIGO se passava inteiramente dentro dos grandes laboratórios. “Seja bem-vindo ao observatório de ondas gravitacionais por interferometria laser”, a placa na entrada já saudava.

Fazer parte do time “LIGO” era saber que, a qualquer momento, o seu trabalho mudaria a história da ciência. “Lá vamos, mais uma vez”, pensavam os físicos, enquanto cobriam pés e cabelos utilizando um tecido com elástico nas bordas – o ato peculiar tinha como objetivo não deixar partículas no ar. Mal sabiam eles que aquele seria um dia memorável. O tempo de pausa, nada perdido, aprimorou a exatidão dos detectores, agora, mais precisos do que nunca. Setembro de 2015. Hora de recomeçar as detecções. Como dar “play” a uma canção, o show começou. O som, que parecia o pulsar de um coração, mexeu com o espírito daqueles cientistas. Ouviu-se, então, a primeira onda gravitacional.

A teoria

Em 1916, Albert Einstein expandiu a Teoria da Relatividade, agora chamada Especial, para incluir referenciais acelerados, obtendo a Teoria da Relatividade Geral. No tempo de Einstein, Isaac Newton era o “deus”, afinal, fora ele o fundador da ciência moderna. A teoria de Newton, por ele mesmo considerada inacabada, era usada de uma forma como se espaço e tempo fossem entidades absolutas, embora as fórmulas matemáticas não dependessem desses pressupostos.

Para Einstein, a gravidade nada mais era do que curvas no tecido do espaço-tempo. E pensou além: se o espaço é flexível o suficiente para “dobrar-se”, então também era capaz de ondular-se e causar vibrações. Logo, se um corpo muito pesado ou algum evento extremo (uma grande estrela ou um choque de buracos negros, por exemplo) perturbar o tecido do espaço-tempo, ondas acontecem. “Elas deformam o tecido e essas deformações se propagam como ondas por todo o espaço. Isso que chamamos de ondas gravitacionais”, explica o físico do Instituto de Física da USP, Sergio Turano.

Entender a teoria de Einsten e prová-la por meio das ondas gravitacionais eram os objetivos de muitos estudiosos desde muito tempo. Na década de 1960, pesquisas já eram feitas, mas só em 1992 o projeto, enfim, foi formalizado. Com o patrocínio da National Science Foundation (NSF), inaugurou-se o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, o LIGO. O maior e mais ambicioso projeto da NSF fora idealizado pelos físicos Kip Thorne, Ronald Drever e Rainer Weiss, estudiosos dos renomados institutos de tecnologia de Massachussetts (MIT) e da Califórnia (Caltech).

A descoberta

Migrando do sonho para a realidade, as ondas finalmente poderiam ser identificadas. No século 21 dois detectores começaram a funcionar nos estados americanos de Washington e Louisiana. Para aferir as ondulações no espaço-tempo, os detectores fazem o uso de uma luz à laser para medir o alongamento e compressão do espaço, causados pelas ondas. Esse raio de laser é dividido em duas direções por um vidro polarizado, percorrendo o interior de dois tubos, com quatro quilômetros de distância cada, em um ângulo de noventa graus. No fim do percurso, os feixes são refletidos de volta pelos espelhos mais estáveis da Terra. Se os dois voltarem na mesma frequência, nada foi detectado. Assim foi por muito tempo.

Uma verdadeira rede mundial estava empenhada em provar a existência das ondas, inclusive o Brasil, com seis representantes. Odylio Aguiar é um deles e afirma que a descoberta irá “causar uma revolução no conhecimento que temos do Universo”. No meio de tantas mentes brilhantes estava também a física Tiffany Summerscales, uma adventista, professora da Andrews University, colaboradora do projeto por 15 anos. Segundo ela, os dados eram analisados por cientistas de inúmeras nacionalidades. “Existem outros observatórios pelo mundo, tais como o Vigo, da Itália; Kagra, no Japão; e o LIGO Índia, que, juntos, formam uma rede mundial”.

Fugindo da mesmice de anos, os detectores sinalizaram algo diferente. De repente, as frequências se alteraram. Era 14 de setembro de 2015, quando a novidade impulsionou as análises, que levaram a tão aguardada confirmação. Em fevereiro de 2016, a descoberta fora anunciada ao mundo: “Senhoras e senhores, detectamos ondas gravitacionais. Nós conseguimos!”, comemorou David Reitze, diretor executivo do LIGO.

Dois buracos negros, objetos cheios de força gravitacional, chocaram-se há 1,3 bilhão de ano luz, causando uma distorção no espaço-tempo, que foi identificada pelos detectores do LIGO. “Somente os mais poderosos eventos no universo criam ondas gravitacionais”, complementa Tiffany. O meio científico vibrou a conquista e o mundo passaria a entender o que aquilo significava. “É como se olhássemos para o céu e, agora, além de olhar, pudéssemos ouvi-lo’, analisa Turano.

Como afirmou Einstein, o espaço-tempo não é rígido. As massas sobre ele alocadas são capazes de deformar esse espaço maleável, principalmente aquelas mais pesadas. Pense só: se algo no espaço muda de lugar, essa informação é “transmitida” por ondulações, que viajam à velocidade da luz. A onda que passou pela terra e foi detectava pelo LIGO é um bilhão de vezes menor do que o tamanho de um átomo. Apesar de ser um número ínfimo, não é insignificante: uma onda gravitacional nada mais é do que um aviso de que o universo é ativo.

O impacto do fenômeno na Terra é quase nulo, mas o que o causou tem dimensões gigantescas. Os dois buracos negros tinham, cada um, cerca de 29 e 36 vezes a massa do sol. Essas regiões do espaço possuem naturalmente uma enorme força gravitacional, fazendo com que nem a velocidade da luz seja capaz de escapar sua atração.

Os “elefantes do espaço”, como são chamados os buracos, nunca foram vistos pelos cientistas, mas são considerados existentes devido à atração que exercem sobre outros corpos celestes. Na década de 1990, o físico Eduardo Lutz integrou uma das equipes que observou objetos movendo-se a altíssimas velocidades ao redor de algo com muita gravidade. Segundo ele, aquela foi a primeira confirmação sobre a existência de buracos negros e, de lá para cá, muitos outros foram descobertos. “Parece haver pelo menos um buraco negro gigantesco no centro de cada galáxia espiral”, revela.

Ciência viva

Desde a década de 1960, o mundo inteiro esteve atrás das ondas gravitacionais. Não é para menos que ela tem sido considerada a maior descoberta do ano na ciência. Até o Brasil construiu detectores na Universidade de São Paulo (USP), em parceria com Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe). A descoberta já causa impactos na astronomia e astrofísica, possibilitando enxergar o que antes não era visto. “Da mesma forma aconteceu quando Galileu inaugurou a astronomia óptica, em 1606”, equipara Aguiar, também pesquisador do Inpe.

Entre os assuntos ensinados em sala de aula e as novidades da ciência, ainda existe um buraco a ser preenchido. O conteúdo, por vezes rudimentar, ainda está longe de descobertas como a das ondas gravitacionais. Os próprios cientistas afirmam que não é fácil explanar, de forma integral, uma descoberta com tecnologia e números tão complexos. Jorge Horvath, físico e professor do mestrado profissional em Ensino de Astronomia da USP, questiona os assuntos abordados em sala de aula, muitas vezes, extremamente ultrapassados. Motivado a atualizar métodos e conteúdos, o doutor em ciências exatas já elabora um projeto chamado “astronomia do século 21”.

Aos poucos, é preciso tornar a ciência viva para os alunos. Ao dinamizar os assuntos abordados e adicionar novidades, tudo se torna mais palpável. O ensino sobre a teoria da relatividade geral de Einstein, por exemplo, pode ser feito com a utilização de um tecido elástico e objetos esféricos, de diferentes pesos. Ao posicionar uma peça pesada ao centro, o tecido sofrerá uma deformação e, quando uma esfera mais leve é colocada no mesmo pano, imediatamente se aproximará da mais densa. Pronto. Está explicado como a gravidade funciona entre os objetos astronômicos (ver quadro na página ao lado). Para Turano, o imaginário infantil está correto: “um cientista louco em um laboratório gigante, cheio de coisas estranhas. É isso mesmo. E pode ser muito divertido!”.

O tempo do Criador

A marcante descoberta das ondas gravitacionais levanta algumas questões que podem aparentemente divergir com o modelo criacionista. O choque de buracos negros, que ocasionou as ondas detectadas em 2015, ocorreu há 1,3 bilhão de anos. Segundo Lutz, que é adventista do sétimo dia, é possível adaptar a estimativa científica sobre a colisão aos parâmetros da criação.

O físico defende que Gênesis 1 não narra a criação do universo como um todo, mas apenas do planeta Terra. “Em Jó 38”, exemplifica, “lemos que quando Deus lançava os fundamentos da Terra, os seus filhos e as estrelas da alva celebravam”. A interpretação bíblica evidencia que, quando Deus criou nosso planeta, já existiam pessoas no universo. Olhando para certas galáxias, estamos vendo acontecimentos de 168 bilhões de anos atrás, o que não é só um tempo, mas um meio de medir a distância em que elas estão de nós. Esse é o tempo que a luz demorou para percorrer essas distâncias, nos trazendo imagens de coisas que aconteceram ao longo da história. “Quando observamos o universo estamos vendo o passado”, revela Lutz.

Deus é desconhecido para a grande parte daqueles que, por anos, estavam focados em provar a teoria de Einstein. Não era o objetivo aponta-lo como autor do universo ou coisa parecida. A descoberta recente abre possibilidades para ver o universo com mais profundidade e, toda a vez que olhado de um ângulo diferente, diferentes coisas são aprendidas. O ensino de astronomia na sala de aula precisa de novos olhares e perspectivas que falem de um criador. “Eu acredito que Ele fez o universo e que essa descoberta mostra a amplitude de sua imaginação e poder criativo”, destaca Tiffany. Segundo ela, ainda há muito mais para se ver no espaço e, através de todos os seus elementos, podemos conhecer melhor a Deus.

O observatório, inaugurado no ano de 2002, abrigava apenas alguns cientistas que analisavam dados recolhidos ali mesmo. Os outros, espalhados mundo afora, totalizavam quase mil com uma delicada finalidade: detectar ondas gravitacionais. “Quando o LIGO está funcionando, geralmente o resultado é nenhum”, confessou uma das pesquisadoras. Talvez a aparente falta de resultados tenha desanimado os investidores, o que causou um hiato de quase cinco anos.

 

Como ensinar

Vivencie com os seus alunos a teoria da relatividade geral de Albert Einstein.

Acompanhe o passo a passo:

  1. Utilize um tecido elástico, que irá representar o tecido espaço-tempo.
  2. Com esferas maciças, de diferentes tamanho e pesos, você representará os planetas, estrelas e outros elementos do espaço.
  3. Peça a quatro alunos para segurarem as pontas do tecido.
  4. Coloque uma esfera no centro do tecido suspenso. O objeto irá deformá-lo, assim como um planeta, por exemplo.
  5. Em seguida, pegue uma esfera de menor peso, como uma uva ou uma bola de gude. Lance-a no tecido e perceba a sua reação.
  6. A pequena esfera irá “orbitar” em torno da maior, até juntar-se a ela. Perceba que a deformação gerada pelo corpo maior atrairá o corpo menor.
  7. Deixe claro que, na prática, os elementos do universo não se chocam, pois orbitam em altas velocidades, o que os mantem sempre em movimento, impedindo colisões.
  8. Discutam juntos sobre os resultados observados na experiência

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*** Após a primeira, o LIGO fez novas detecções na madrugada de 26 de dezembro de 2015. As vibrações vieram também da fusão de dois buracos negros (com 14 e 8 vezes a massa do sol, portanto, menores do que os que geraram as ondas identificadas em setembro) há 1,4 bilhões de anos. O anúncio, realizado dia 15 de junho deste ano, foi mais uma vez comemorado pela comunidade científica mundial.

 

Mauren Fernandes é jornalista e editora-associada da revista Escola Adventista