Força da gravidade pode existir sem massa

 Origem da força da gravidade

A lei da gravitação universal de Newton [Isaac Newton (1643-1727)] afirma que a gravidade resulta da atração entre corpos que possuem massa, sendo esta força proporcional às massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa os centros dos dois corpos. 

Fótons, que não têm massa, são afetados pela gravidade. Se houver fótons suficientes, pode ser possível descartar a matéria escura. [Imagem: Gerado por IA/DALL-E] 

Albert Einstein (1879-1955) mudou isso, tornando a gravidade um fenômeno geométrico, por assim dizer, sendo uma deformação do espaço-tempo causada pela presença de objetos com massa.

Assim, embora distintas, as duas teorias acabam levando a força da gravidade até a massa como sua origem primária (ou até a energia, devido à equivalência massa-energia na teoria de Einstein).

Agora, contudo, o professor Richard Lieu, da Universidade do Alabama de Huntsville, nos EUA, acaba de propor uma nova teoria na qual a gravidade se desvencilha totalmente da massa.

Gravidade sem massa

Lieu conseguiu elaborar - é a primeira vez que alguém consegue isso - uma teoria que mostra como a gravidade pode existir sem massa, fornecendo uma alternativa que pode, entre muitas outras coisas, eliminar a "necessidade" da nunca encontrada matéria escura para explicar porque as galáxias não se esfacelam mesmo girando às velocidades observadas.

A existência da matéria escura foi proposta pela primeira vez pelo astrônomo holandês Jan Oort, em 1932, para explicar a chamada "massa perdida" necessária para que coisas como as galáxias se mantenham coesas.

"Minha inspiração veio da busca por outra solução para as equações do campo gravitacional da relatividade geral - cuja versão simplificada, aplicável às condições de galáxias e aglomerados de galáxias, é conhecida como equação de Poisson - que fornece uma força gravitacional finita na ausência de qualquer massa detectável," explicou Lieu. "Esta iniciativa é, por sua vez, motivada pela minha frustração com o status quo, nomeadamente a noção da existência da matéria escura, apesar da falta de qualquer evidência direta durante um século inteiro."

Talvez você não se lembre, mas nós já detectamos elétrons com massa negativa. [Imagem: Felix Hofmann]

Origem da gravidade sem massa

Ao contrário da existência de um tipo de matéria que não interage com nada e que nunca foi detectada - a matéria escura -, o pesquisador afirma que o "excesso" de gravidade necessária para unir uma galáxia ou aglomerados de galáxias pode vir de conjuntos concêntricos de defeitos topológicos, semelhantes a conchas, em estruturas comumente encontradas em todo o cosmos. 

Um defeito topológico é uma singularidade, como um buraco negro, de uma forma muito específica. Essas singularidades foram provavelmente criadas durante o início do Universo, quando ocorreu uma transição de fase - uma transição de fase cosmológica é um processo físico onde o estado geral da matéria muda em conjunto em todo o Universo.

"Atualmente não está claro que forma precisa de transição de fase no Universo poderia dar origem a defeitos topológicos deste tipo," disse Lieu. "Os efeitos topológicos são regiões muito compactas do espaço, com uma densidade de matéria muito alta, geralmente na forma de estruturas lineares conhecidas como cordas cósmicas, embora estruturas 2-D, como conchas esféricas, também sejam possíveis.

As conchas no meu artigo consistem em uma fina camada interna de massa positiva e uma fina camada externa de massa negativa; a massa total de ambas as camadas - que é tudo o que se pode medir, em termos de massa - é exatamente zero, mas quando uma estrela se encontra nesta camada, ela experimenta uma grande força gravitacional puxando-a em direção ao centro da casca."

Assim, como a força gravitacional envolve fundamentalmente a deformação do próprio espaço-tempo, ela permite que todos os objetos interajam entre si, tenham massa ou não. Já se confirmou, por exemplo, que fótons sem massa sofrem efeitos gravitacionais de objetos astronômicos, criando as chamadas lentes gravitacionais.

O pesquisador demonstrou que é possível chegar a esse mesmo resultado - uma gravidade sem conexão com a massa - seja resolvendo as equações de campo de Einstein, seja resolvendo a equação de Poison.

Existem também teorias que dispensam as singularidades, descartando o Big Bang. [Imagem: NASA]

Confirmação observacional

Agora será necessário demonstrar como uma galáxia ou aglomerado de galáxias é formado pelo alinhamento dessas conchas, bem como como ocorre a evolução dessas estruturas.

E, embora destaque que esta é a primeira vez que se chega a uma solução alternativa para a gravidade, o pesquisador reconhece que uma solução (a gravidade sem origem na massa) não tem poder para negar a outra (toda a teoria atual, levando à matéria escura), podendo até mesmo ser nada mais do que "um exercício matemático interessante". Para contestar de vez a teoria atual seria necessário pensar em meios observacionais para tentar confirmar ou refutar a existência das conchas concêntricas sem massa.

"Tanto a deflexão da luz quanto as velocidades orbitais estelares são o único meio pelo qual se mede a força do campo gravitacional em uma estrutura de grande escala, seja ela uma galáxia ou um aglomerado de galáxias. A afirmação do meu artigo é que pelo menos as conchas que ele postula não têm massa. Portanto, não há necessidade de perpetuar esta busca aparentemente interminável pela matéria escura," concluiu Lieu.

Inovação Tecnológica