Força da gravidade é medida com precisão inédita

Os pesquisadores comparam a massa da qual eles mediram a gravidade com um "planeta joaninha". [Imagem: Tobias Westphal / Arkitek Scientific]

Medição da gravidade 

Físicos da Universidade de Viena, na Áustria, conseguiram medir o campo gravitacional de uma esfera milmétrica de ouro - é a menor força gravitacional já medida. Embora fortemente presente em nossa vida cotidiana, a gravidade é a mais fraca de todas as forças conhecidas na natureza - a gravidade da Terra inteira não consegue vencer a força magnética de um ímã de geladeira.

No vácuo, todos os objetos próximos à superfície da Terra caem com a mesma aceleração: Sua velocidade aumenta cerca de 9,8 m/s a cada segundo. A força da gravidade é determinada pela massa da Terra e pela distância do seu centro. Na Lua, que é cerca de 80 vezes mais leve e quase 4 vezes menor que a Terra, todos os objetos caem 6 vezes mais devagar. 

Gravidade entre estrelas 

E em um "planeta" do tamanho de uma joaninha? 

Ao medir a gravidade de uma esfera de apenas 1 mm de diâmetro, usando um pêndulo altamente sensível, a equipe determinou que os objetos nesse planeta em miniatura cairiam 30 bilhões de vezes mais devagar lá do que na Terra. 

O valor médio obtido pela equipe foi de uma aceleração de 5,89 × 10-11 m3kg-1s-2, com o "controle de qualidade" indicando que menos de 10% desse valor pode ser gerado por forças espúrias - que não a força gravitacional da esfera -, não controladas pelo experimento. 

Isso está longe de ser meramente uma curiosidade científica. 

Por exemplo, se nossa compreensão do Universo estiver correta, então é com forças gravitacionais dessa magnitude que as galáxias contam para manter suas estrelas agrupadas. 

Pêndulo de torção 

Para fazer a medição, os físicos se basearam em um famoso experimento idealizado por Henry Cavendish no final do século XVIII. 

Durante a época de Isaac Newton, acreditava-se que a gravidade era reservada para objetos astronômicos, como planetas. Graças ao trabalho de Cavendish (e Nevil Maskelyne antes dele), foi possível mostrar que os objetos na Terra também geram sua própria gravidade. 

Usando um dispositivo de pêndulo - chamado pêndulo de torção -, Cavendish conseguiu medir a força gravitacional gerada por uma bola de chumbo de 30 cm de diâmetro e pesando 160 kg - isso em 1797. Nesse mecanismo, duas massas nas extremidades de uma haste suspensa por um fio fino e livre para girar são desviadas de forma mensurável pela força gravitacional da massa de chumbo. 

Ao longo dos séculos seguintes, esses experimentos foram aperfeiçoados para medir forças gravitacionais com precisão crescente. 

Experimento de Cavendish aprimorado 

A equipe de Viena pegou essa ideia e construiu uma versão em miniatura do experimento de Cavendish. Uma esfera de ouro de 1,07 mm, pesando 92,1 mg, serve como massa gravitacional. O pêndulo de torção consiste em uma haste de vidro de 4 cm de comprimento e meio milímetro de espessura, suspensa em uma fibra de vidro de alguns milésimos de milímetro de diâmetro. Esferas de ouro de tamanho semelhante são presas a cada extremidade da haste e tudo foi posto em um ambiente de alto vácuo. 

"Nós movemos a esfera de ouro para frente e para trás, criando um campo gravitacional que muda com o tempo," explicou o professor Jeremias Pfaff. "Isso faz com que o pêndulo de torção oscile nessa frequência de excitação específica." 

O movimento, de apenas alguns milionésimos de milímetro, pode então ser lido com a ajuda de um laser, permitindo tirar conclusões sobre a força da gravidade associada. 

Parece simples, mas o grande desafio é eliminar todas as outras forças que influem no experimento, da força da gravidade da Terra às vibrações dos carros passando nas vizinhanças do laboratório. Não por acaso, a equipe conseguiu sua melhor medição em um feriado, quando a cidade estava particularmente quieta e silenciosa. 

E eles pretendem continuar aprimorando seu dispositivo, medindo a gravidade de massas milhares de vezes mais leves. 

Como uma joaninha deforma o espaço-tempo 

A possibilidade de medir campos gravitacionais de pequenas massas e em pequenas distâncias abre novas perspectivas para a pesquisa em física gravitacional. Por exemplo, mesmo quantidades ínfimas de matéria escura ou energia escura podem influir no comportamento da gravidade, o que pode ajudar a explicar a formação do nosso Universo. 

Os pesquisadores estão particularmente interessados na interface com a física quântica: Será que a massa ser reduzida o suficiente para que eventuais efeitos quânticos da gravidade desempenhem um papel? Só o tempo irá dizer. Por enquanto, o fascínio pela teoria da gravidade de Einstein ainda prevalece. 

"De acordo com Einstein, a força gravitacional é uma consequência do fato de que as massas dobram o espaço-tempo no qual outras massas se movem," comentou o professor Tobias Westphal. "Então, o que estamos realmente medindo aqui é como uma joaninha deforma o espaço-tempo."

Fonte: Inovação Tecnológica