Tempos Difíceis para Alternativas à Teoria da Gravidade de Einstein

https://noticias.uol.com.br/midiaglobal/nytimes/2010/07/13/cientista-holandes-confronta-newton-e-diz-que-a-gravidade-nao-existe.jhtm

A chocante imagem acima é de um chargista brasileiro que ilustrou uma matéria sobre Erik Verlinde, um dos últimos cientistas a desconfiar que a gravidade é um efeito termodinâmico.

Feito o cômico preâmbulo, vamos a "matéria da capa"    :

Esse tópico é uma reprodução de um artigo publicado em 2018. Pela extensão do artigo, será postado em partes.

Tempos Difíceis para Alternativas à Teoria da Gravidade de Einstein

(Atualidade)

Elton Wade
Apr 30, 2018 · 12 min read


Novas observações de sistemas astrofísicos extremos têm “matado brutalmente e impiedosamente” tentativas de substituir a teoria geral da relatividade de Einstein.


Duas anãs brancas e um pulsar orbitam-se em um sistema que revela como a gravidade se comporta em ambientes extremos.

Miguel Zumalacárregui sabe o que se sente quando as teorias morrem. Em setembro de 2017, ele estava no Instituto de Física Teórica em Saclay, perto de Paris, para falar em uma reunião sobre energia escura e gravidade modificada. A notícia oficial ainda não havia quebrado uma medição astronômica memorável — a detecção, por detectores de ondas gravitacionais, assim como muitos outros telescópios, de uma colisão entre duas estrelas de nêutrons -, mas um tweet polêmico acendeu uma tempestade de boatos na comunidade astronômica, e pesquisadores entusiasmados estavam discutindo a descoberta em voz baixa.

Zumalacárregui, físico teórico do Centro de Berkeley de Física Cosmológica, vinha estudando como a descoberta de uma colisão de estrelas de nêutrons afetaria as chamadas teorias “alternativas” da gravidade. Essas teorias tentam superar o que muitos pesquisadores consideram ser dois enormes problemas com nossa compreensão do universo. Observações de décadas atrás mostraram que o universo parece estar cheio de partículas invisíveis — matéria escura — assim como uma força anti-gravitacional chamada energia escura. As teorias alternativas da gravidade tentam eliminar a necessidade desses fantasmas modificando a força da gravidade de tal maneira que ela descreve adequadamente todas as observações conhecidas — nenhum material escuro necessário.

No encontro, Zumalacárregui brincou com seu público sobre os perigos de combinar ciência e Twitter, e depois explicou quais seriam as consequências se os rumores fossem verdadeiros. Muitos pesquisadores sabiam que a fusão seria um grande negócio, mas muitos deles simplesmente “não entenderam que suas teorias estavam à beira da morte”, escreveu ele posteriormente em um e-mail. Em Saclay, ele leu os últimos ritos. “Essa conferência foi como um funeral em que estávamos dando a notícia a alguns participantes.”

A colisão de estrelas de nêutrons foi apenas o começo. Novos dados nos meses desde essa descoberta tornaram a vida cada vez mais difícil para os proponentes de muitas das teorias da gravidade modificada que permanecem. Os astrônomos analisaram sistemas astronômicos extremos que contêm estrelas de nêutrons girantes, ou pulsares, para procurar discrepâncias entre seu movimento e as previsões da relatividade geral — discrepâncias que algumas teorias da gravidade alternativa antecipam. Esses sistemas de pulsares permitem que os astrônomos investiguem a gravidade em uma nova escala e com nova precisão. E a cada nova observação, essas teorias alternativas da gravidade estão tendo cada vez mais dificuldade em resolver os problemas para os quais foram inventadas. Pesquisadores “têm que suar um pouco mais tentando obter uma nova física”, disse Anne Archibald, astrofísica da Universidade de Amsterdã.

Procurando por Vulcano

Observações confusas têm uma maneira de levar os astrônomos a explicações desesperadas. Na tarde de 26 de março de 1859, Edmond Lescarbault, um jovem médico e astrônomo amador em Orgères-en-Beauce, uma pequena aldeia ao sul de Paris, teve um intervalo entre os pacientes. Ele correu para um pequeno observatório caseiro no telhado de seu celeiro de pedra. Com a ajuda de seu telescópio, ele avistou um objeto redondo desconhecido se movendo pela face do sol.

Ele rapidamente enviou notícias dessa descoberta a Urbain Le Verrier, o maior astrônomo do mundo na época. Le Verrier estava tentando explicar uma esquisitice no movimento do planeta Mercúrio. Todos os outros planetas orbitam o sol em perfeita harmonia com as leis de movimento e gravitação de Isaac Newton, mas Mercúrio parece avançar uma pequena quantidade em cada órbita, um fenômeno conhecido como precessão do periélio. Le Verrier tinha certeza de que deveria haver um planeta “escuro” invisível puxando Mercúrio. A observação de Lescarbault de um ponto escuro em trânsito no sol parecia mostrar que o planeta, que Le Verrier chamava Vulcano, era real.

Não era. Os avistamentos de Lescarbault nunca foram confirmados, e a precessão do periélio de Mercúrio permaneceu um quebra-cabeça por quase mais de seis décadas. Em seguida, Einstein desenvolveu sua teoria da relatividade geral, que previa diretamente que Mercúrio deveria se comportar da maneira que faz.

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Um mapa do sistema solar de 1846 mostra a suposta órbita de Vulcano, um planeta hipotético que foi invocado para explicar uma característica intrigante da órbita de Mercúrio.

No impulso de Le Verrier para explicar observações intrigantes, introduzindo um objeto oculto até agora, alguns pesquisadores modernos veem paralelos com a história da matéria escura e da energia escura.

Por décadas, astrônomos notaram que o comportamento de galáxias e aglomerados de galáxias não parece se encaixar nas previsões da relatividade geral. A matéria escura é uma maneira de explicar esse comportamento. Da mesma forma, a expansão acelerada do universo pode ser pensada como sendo alimentada por uma energia escura.

Todas as tentativas de detectar diretamente a matéria escura e a energia escura falharam. Esse fato “deixa um gosto ruim na boca de algumas pessoas, quase como o planeta fictício Vulcano”, disse Leo Stein, um físico teórico do Instituto de Tecnologia da Califórnia.

“Talvez nós estamos errados?”
Para qualquer teoria alternativa da gravidade funcionar, ela deve não apenas eliminar a matéria escura e a energia escura, mas também reproduzir as previsões da relatividade geral em todos os contextos padrão. “O negócio das teorias da gravidade alternativa é confuso”, disse Archibald.
Alguns supostos substitutos da relatividade geral, como a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop, não oferecem previsões testáveis. Outros “fazem previsões que são espetacularmente erradas, então os teóricos têm que inventar algum tipo de mecanismo de rastreamento para esconder a previsão errada em escalas que podemos realmente testar”, disse ela.

As teorias da gravidade alternativa mais conhecidas são conhecidas como dinâmicas newtonianas modificadas, comumente abreviadas para MOND. As teorias do tipo MOND tentam acabar com a matéria escura ajustando nossa definição de gravidade.

Os astrônomos há muito observam que a força gravitacional devido à matéria comum não parece ser suficiente para manter estrelas em movimento rápido dentro de suas galáxias. Supõe-se que a força gravitacional da matéria escura compõe a diferença. Mas de acordo com a MOND, existem simplesmente dois tipos de gravidade. Em regiões onde a força da gravidade é forte, os corpos obedecem a lei da gravidade de Newton, que afirma que a força gravitacional entre dois objetos diminui em proporção ao quadrado da distância que os separa. Mas em ambientes de gravidade extremamente fraca — como as partes externas de uma galáxia — a MOND sugere que outro tipo de gravidade está em jogo. Esta gravidade diminui mais lentamente com a distância, o que significa que não enfraquece tanto. “A ideia é tornar a gravidade mais forte quando deveria ser mais fraca, como nos arredores de uma galáxia”, disse Zumalacárregui.




Então há TeVeS (tensor-vetor-escalar), primo relativista da MOND. Enquanto o MOND é uma modificação da gravidade newtoniana, TeVeS é uma tentativa de levar a ideia geral da MOND e transformá-la em uma teoria matemática completa que pode ser aplicada ao universo como um todo — não apenas a objetos relativamente pequenos como sistemas solares e galáxias. Também explica as curvas de rotação das galáxias, tornando a gravidade mais forte nos seus arredores. Mas o TeVeS faz isso aumentando a gravidade com campos “escalares” e “vetoriais” que “essencialmente ampliam a gravidade”, disse Fabian Schmidt, cosmólogo do Instituto Max Planck de Astrofísica em Garching, Alemanha. Um campo escalar é como a temperatura em toda a atmosfera: em cada ponto tem um valor numérico, mas sem direção. Um campo vetorial, ao contrário, é como o vento: tem tanto um valor (a velocidade do vento) quanto uma direção.

Há também as chamadas teorias de Galileon — parte de uma classe de teorias chamadas Horndeski e além-Horndeski — que tentam se livrar da energia escura. Essas modificações da relatividade geral também introduzem um campo escalar. Existem muitas dessas teorias (a teoria de Brans-Dicke, teorias de dilatação, teorias de camaleão e quintessência são apenas algumas delas), e suas previsões variam muito entre os modelos. Mas todos eles mudam a expansão do universo e ajustam a força da gravidade. A teoria de Horndeski foi apresentada pela primeira vez por Gregory Horndeski em 1974, mas a comunidade de física mais ampla notou apenas por volta de 2010. Naquela época, Zumalacárregui disse: “Gregory Horndeski [deixou] a ciência e se tornou um pintor no Novo México”.

Há também teorias autônomas, como a do físico Erik Verlinde. De acordo com sua teoria, as leis da gravidade surgem naturalmente das leis da termodinâmica, assim como “o modo como as ondas emergem das moléculas de água no oceano”, disse Zumalacárregui. Verlinde escreveu em um e-mail que suas ideias não são uma “teoria alternativa” da gravidade, mas “a próxima teoria da gravidade que contém e transcende a relatividade geral de Einstein”. Mas ele ainda está desenvolvendo suas ideias. “Minha impressão é que a teoria ainda não está suficientemente elaborada para permitir o tipo de testes de precisão que realizamos”, disse Archibald. Ela é baseada em “palavras extravagantes”, disse Zumalacárregui, “mas nenhuma estrutura matemática para computar previsões e fazer testes sólidos”.
As previsões feitas por outras teorias diferem de alguma forma das da relatividade geral. No entanto, essas diferenças podem ser sutis, o que as torna incrivelmente difíceis de encontrar.

Considere a fusão de estrelas de nêutrons. Ao mesmo tempo em que o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) detectou as ondas gravitacionais que emanavam do evento, o satélite espacial Fermi localizou uma explosão de raios gama do mesmo local. Os dois sinais viajaram pelo universo por 130 milhões de anos antes de chegar à Terra com apenas 1,7 segundos de diferença.

Essas observações quase simultâneas “mataram brutalmente e impiedosamente” as teorias TeVeS, disse Paulo Freire, astrofísico do Instituto Max Planck de Radioastronomia, em Bonn, na Alemanha. “Gravidade e ondas gravitacionais se propagam na velocidade da luz, com precisão extremamente alta — o que não é de todo o que foi previsto por essas teorias [alternativas]”.

O mesmo destino superou algumas teorias de Galileon que adicionam um campo escalar extra para explicar a expansão acelerada do universo. Estes também predizem que as ondas gravitacionais se propagam mais lentamente que a luz. A fusão de estrelas de nêutrons também as matou, disse Schmidt.

Outros limites vêm de novos sistemas de pulsares. Em 2013, Archibald e seus colegas descobriram um sistema triplo incomum: um pulsar e uma anã branca que orbitam um ao outro, com uma segunda anã branca orbitando o par. Esses três objetos existem em um espaço menor que a órbita da Terra ao redor do sol. O ambiente apertado, disse Archibald, oferece condições ideais para testar um aspecto crucial da relatividade geral chamado princípio de equivalência forte, que afirma que objetos densos de gravidade forte como estrelas de nêutrons ou buracos negros “caem” da mesma maneira quando colocados em um campo gravitacional. (Na Terra, o mais familiar princípio da equivalência fraca afirma que, se ignorarmos a resistência do ar, uma pena e um tijolo cairão na mesma proporção.)

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Vídeo: Neste sistema triplo, uma estrela de nêutrons e uma anã branca orbitam uma à outra, com outra anã branca orbitando o par à distância. A estrela de nêutrons emite feixes de radiação semelhantes a faróis, mostrada aqui em azul, tornando-a um pulsar.
O sistema triplo torna possível verificar se o pulsar e a anã branca interna caem exatamente da mesma maneira na gravidade da anã branca externa. As teorias de gravidade alternativa assumem que o campo escalar gerado no pulsar deve dobrar o espaço-tempo de uma maneira muito mais extrema que a anã branca. Os dois não cairiam de maneira semelhante, levando a uma violação do princípio da equivalência forte e, com isso, à relatividade geral.

Nos últimos cinco anos, Archibald e sua equipe registraram 27.000 medições da posição do pulsar enquanto ele orbita as outras duas estrelas. Embora o projeto ainda seja um trabalho em andamento, parece que os resultados estarão em total concordância com o Einstein, disse Archibald. “Podemos dizer que o grau em que o pulsar se comporta de maneira anormal é no máximo algumas partes em um milhão. Para um objeto com uma gravidade tão forte ainda seguir as previsões de Einstein tão bem, se houver um desses campos escalares, isso terá um efeito realmente minúsculo”.

O teste, que deve ser publicado em breve, colocará as melhores restrições em todo um grupo de teorias da gravidade alternativa, acrescentou ela. Se uma teoria só funciona com algum campo escalar adicional, então o campo deve mudar o comportamento do pulsar. “Temos testes tão sensíveis de relatividade geral que eles precisam esconder de alguma forma o novo comportamento da teoria no sistema solar e em sistemas pulsares como o nosso”, disse Archibald.

Os dados de outro sistema pulsar apelidado de pulsar duplo, enquanto isso, originalmente deveriam eliminar as teorias TeVeS. Detectado em 2003, o pulsar duplo era até recentemente o único sistema binário de estrelas de nêutrons onde as duas estrelas de nêutrons eram pulsares. Freire e seus colegas já confirmaram que o comportamento do pulsar duplo está perfeitamente alinhado com a relatividade geral. Logo antes do anúncio do LIGO em outubro de uma fusão de estrelas de nêutrons, os pesquisadores iriam publicar um artigo que mataria o TeVeS. Mas o LIGO fez o trabalho por eles, disse Freire. “Não precisamos mais passar por isso.”

Sobreviventes Escorregadios

Algumas teorias sobreviveram ao golpe do LIGO — e provavelmente sobreviverão aos próximos dados do pulsar, disse Zumalacárregui. Existem algumas teorias de Horndeski e além-Horndeski que não alteram a velocidade das ondas gravitacionais. Depois, existem as chamadas teorias da gravidade maciça. Normalmente, os físicos assumem que a partícula associada à força da gravidade — o gráviton — não tem massa. Nessas teorias, o gráviton tem uma massa muito pequena, mas diferente de zero. A fusão de estrelas de nêutrons impõe limites duros a essas teorias, disse Zumalacárregui, já que um gráviton massivo viajaria mais lentamente que a luz. Mas em algumas teorias a massa é supostamente extremamente pequena, pelo menos 20 ordens de grandeza menor que a do neutrino, o que significa que o gráviton ainda se moveria a quase a velocidade da luz.

Existem alguns outros sobreviventes menos conhecidos, alguns dos quais são importantes para continuar explorando, disse Archibald, contanto que a matéria escura e a energia escura permaneçam elusivas. “A energia escura pode ser a nossa única pista de observação apontando para uma nova e melhor teoria da gravidade — ou pode ser um fluido misterioso com propriedades estranhas, e nada a ver com a gravidade”, disse ela.

Ainda assim, matar teorias é simplesmente como a ciência deve funcionar, argumentam pesquisadores que vêm explorando teorias da gravidade alternativa. “Isso é o que fazemos o tempo todo, apresentar uma hipótese de trabalho e testá-la”, disse Enrico Barausse, do Instituto de Astrofísica de Paris, que trabalhou em teorias semelhantes à MOND. “99,9% das vezes você descarta a hipótese; os restantes 0,1% do tempo em que você ganha o Prêmio Nobel. ”


Anne Archibald, astrônoma da Universidade de Amsterdã, estuda o sistema triplo para entender o comportamento da gravidade.

Zumalácarregui, que também trabalhou nessas teorias, ficou “triste no início” quando percebeu que a detecção da fusão de estrelas de nêutrons havia provado que as teorias de Galileon estavam erradas, mas em última análise “muito aliviado, aconteceria mais cedo ou mais tarde”, disse ele. O LIGO estava prestes a fechar por 18 meses para atualizar o detector. “Se o evento tivesse sido um pouco mais tarde, eu ainda estaria trabalhando em uma teoria errada”.

Então, o que vem a seguir para as teorias da relatividade geral e da gravidade modificada? “Essa pergunta me mantém acordado à noite mais do que eu gostaria”, disse Zumalacárregui. “A boa notícia é que diminuímos muito nosso escopo, e podemos tentar entender os poucos sobreviventes muito melhor”.

Schmidt acha que é necessário medir as leis da gravidade em grandes escalas o mais diretamente possível, usando pesquisas contínuas e futuras de grandes galáxias. “Por exemplo, podemos comparar o efeito da gravidade na flexão de luz, bem como as velocidades das galáxias, normalmente previstas como diferentes nas teorias de gravidade modificada”, disse ele.

Os pesquisadores também esperam que futuros telescópios como o Square Kilometre Array descubram mais sistemas de pulsares e forneçam melhor precisão no tempo do pulsar para melhorar ainda mais os testes de gravidade. E um substituto baseado no espaço para o LIGO chamado LISA estudará as ondas gravitacionais com precisão extraordinária — se de fato ele for lançado como planejado em meados da década de 2030. “Se isso não vir nenhum desvio da relatividade geral, não sei o que acontecerá”, disse Barausse. Mas muitos físicos concordam que levará muito tempo para se livrar da maioria dos modelos alternativos de gravidade.

Os teóricos têm dezenas de teorias da gravidade alternativa que poderiam explicar a matéria escura e a energia escura, disse Freire. Algumas dessas teorias não podem fazer previsões testáveis, disse Archibald, e muitas “têm um parâmetro, um ‘botão’ que você pode usar para fazer com que elas passem em qualquer teste que você queira”, disse ela. Mas em algum momento, disse Nicolas Yunes , um físico da Universidade Estadual de Montana, “isso fica bobo e a navalha de Occam ganha”.

Ainda assim, “fundamentalmente sabemos que a relatividade geral está errada”, disse Stein. “No núcleo deve haver algum colapso” à nível quântico. “Talvez não o vejamos a partir de observações astronômicas … mas devemos a nós mesmos, como cientistas empíricos, verificar se nossos modelos matemáticos estão ou não trabalhando nessas escalas.”

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Comentário do Forumeiro

Em 1905, Eintein publicou seu trabalho sobre a TRR - teoria da relatividade restrita, "fato" que veio revolucionar o pensamento científico vigente.

1905 veio a ser conhecido co ANNUS MIRABILIS - O ano do milagre, aos menos pelos apoiadores da TRR.

Em 1915, Einstein publicou seu trabalho sobre a teoria da relatividade geral, a qual trata sobre os mecanismos que regulam o funcionamento do cosmos.

Cientistas do Laboratório LIGO "detetaram" ondas gravitacionais, há pouco mais de um século da publicacao da TRG.

A miraculosa "descoberta" rendeu à equipe dos cientistas do LIGO, ainda que sob protesto de físicos dinamarqueses, o cobiçado prêmio Nobel de 2017.

Na modesta opinião do Forumeiro que vos escreve, somente um "MILAGRE" poderá aposentar as mirabolantes e ilogicas ideias de Einstein para sempre.

Jonas Paulo Negreiros escreveu:Na modesta opinião do Forumeiro que vos escreve, somente um "MILAGRE"  poderá aposentar as mirabolantes e ilogicas ideias de Einstein para  sempre.

Creio que vai ser a a Física Quântica, que vai fazer esse milagre, ainda tem muito a ser descoberta e vai conseguir isso.

A física quântica, tem uma corrida de desenvolvimento próprio e não precisa atender a nada das exigências da TR.

Poderá se desenvolver tanto que ninguém mais vai dar bola se a TR não aceita, ela vai passar por cima, feito um trator.

Bravo, Xevious!

Como andam as pesquisas acadêmicas sobre gravidade?

Abaixo, o trabalho de um pesquisador brasileiro:

Alguns Aspectos das Teorias de Gravidade Modificada

Francisco Geraldo da Costa Filho

https://repositorio.ufpb.br/jspui/bitstream/tede/9829/2/Arquivototal.pdf

Tempos Difíceis para Alternativas à Teoria da Gravidade de Einstein

Ao que tudo indica, a teoria da gravidade relativista também encontra-se nesse atoleiro   ...



Assistam à mais uma magistral aula do prof. Hirsuto Planista, com a indispensável participação do popstar Neil deGrasse Tysson . Clique na tela!

Obs.:

1 - Apos os 17 minutos de apresentação, entra na tela mais uma "chata" teoria especulativa, depois o vídeo volta à sua pauta.

2 - Para quem não conhece, esses são Wilma & Fred:

"Ciência é todo conhecimento que é alcançado pelo método científico."

Portanto, temos que definir o método científico. Muitos mais baldes de tinta foram gastos para explicar esse método, mas essencialmente ele pode ser descrito com facilidade, como uma série de etapas que, em geral, são as seguintes:

OBSERVAÇÃO primeira. Geralmente o que se observa é o resultado de um experimento deliberadamente planejado (mas não necessariamente, já que a astronomia é uma ciência, embora seja impossível fazer experimentos com as estrelas).

Várias observações são coletadas; e então o cientista fala consigo mesmo e forma hipóteses, ou seja, uma possível explicação de alguma natureza para explicar os fatos que observou. Uma HIPÓTESE é, se você quiser, um certo tipo de imaginação. (...)

-Standen,
A ciência é uma vaca sagrada.

A piada que entendi errado:

"Vocês estão aplaudindo a minha honestidade ou vocês estão aplaudindo para celebrar a estupidez da nossa espécie?"

O prof. Hirsuto Planista pode ter puxado brasa para a sua sardinha.
Talvez o Big-Bang seja o atestado da estupidez daqueles que criaram esse modelo cósmico. Modelo qual me embriaguei também ...



Vejo tudo isso como uma refinada obra de ficção científica, devidamente matematizada.