A possível falha cósmica na teoria da relatividade geral de Einstein

Ao longo dos últimos 100 anos, inúmeros estudos demonstraram que a maior teoria de Albert Einstein - a teoria da relatividade geral - é praticamente à prova de falhas: permite tanto prever a existência de buracos negros como orientar a tecnologia do GPS.

Contudo, à medida que os cientistas dispõem de tecnologia mais potente e sofisticada, capaz de observar o cosmos com um detalhe sem precedentes, deparam-se com fenómenos que a teoria de Einstein não consegue explicar.

A gravidade na teoria da relatividade geral de Einstein

Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, a gravidade resulta da curvatura do espaço-tempo. Mas, quando se passa para escalas enormes, como aglomerados de galáxias que se estendem por milhares de milhões de anos-luz, as leis da gravidade de Einstein parecem mudar.

«É quase como se a própria gravidade deixasse de corresponder perfeitamente à teoria de Einstein», afirmou Robin Wen, recém-diplomado pela Universidade de Waterloo, num comunicado da instituição.

Wen integra uma colaboração entre as universidades de Waterloo e da Colúmbia Britânica que procura resolver este mistério. A equipa chama «falha cósmica» a esta discrepância na teoria de Einstein.

O novo estudo dos investigadores, publicado na Revista de Cosmologia e Física de Astropartículas, com revisão por pares, sugere que a gravidade se torna cerca de 1% mais fraca em escalas muito grandes. Se a gravidade se comportasse de acordo com a teoria de Einstein, esta diferença de 1% não deveria existir.

Ainda assim, os cosmólogos não vão abandonar a relatividade geral tão cedo. A teoria continua a ser um quadro notavelmente preciso para compreender a gravidade em escalas mais pequenas.

«Não é como se estivéssemos a alterar a forma como funciona o GPS ou um buraco negro. Estávamos apenas a tentar perceber se existe algum desvio nas maiores escalas possíveis», disse Wen ao Business Insider.

Se esta falha existir realmente, poderá ajudar os cosmólogos a explicar alguns dos maiores mistérios do Universo.

Atenuar a tensão cosmológica

A equipa de investigação detetou a aparente falha enquanto analisava dados da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

Esta radiação é uma vasta extensão de radiação remanescente da Grande Explosão. Os cientistas recorrem a ela para compreender as fases iniciais do Universo, incluindo a formação das primeiras galáxias e o que aconteceu imediatamente após a Grande Explosão.

Wen e os colegas utilizaram um modelo baseado em leis fundamentais da física, como a teoria da relatividade geral de Einstein. Depois, compararam as previsões do modelo para os dados da radiação cósmica de fundo com os dados obtidos por observação.

O modelo científico não correspondia às observações, ou seja, àquilo que se vê efetivamente no Universo distante.

No entanto, quando ajustaram a teoria de Einstein para ter em conta um défice de 1% na gravidade, o modelo ficou mais próximo dos dados observados, explicou Wen ao Business Insider por correio eletrónico.

Um ajuste de 1% pode parecer insignificante, mas basta para sugerir que a teoria de Einstein poderá ter de ser repensada. Além disso, a falha poderá ajudar a compreender melhor alguns comportamentos intrigantes do Universo.

O cosmos, tal como o entendemos, está repleto de tensões: por vezes, diferentes medições do mesmo fenómeno não coincidem. Um exemplo é a tensão de Hubble, um problema que há anos intriga os astrónomos.

A tensão de Hubble diz respeito a medições contraditórias da taxa de expansão do Universo. De acordo com o modelo padrão da física, essa taxa deveria ser igual em toda a parte.

Contudo, as observações do Universo próximo apontam para uma expansão mais rápida do que a observada em regiões do Universo distante. Os astrónomos propuseram várias explicações possíveis, mas ainda não chegaram a acordo sobre nenhuma.

A falha cósmica coloca agora uma nova explicação em cima da mesa.

Uma gravidade 1% mais fraca em grandes escalas poderia reduzir a tensão de Hubble, aproximando a taxa de expansão do Universo das medições obtidas em observações locais, afirmou Niayesh Afshordi, coautor do estudo e professor de astrofísica na Universidade de Waterloo, numa entrevista recente no YouTube.

Pensar de forma diferente

A possibilidade de a falha cósmica ajudar os astrónomos a resolver a tensão de Hubble é um bom indício de que poderá existir. No entanto, o estudo não constitui uma prova definitiva de um défice de 1% na gravidade em grandes escalas, afirmou Wen.

Por enquanto, continua a ser possível que a falha resulte de um erro estatístico. «Com os dados futuros dos próximos 10 anos, deveremos conseguir perceber se esta deteção é real ou se é apenas uma flutuação devida à capacidade estatística disponível», disse Wen.

Valerio Faraoni, professor de física e decano interino de ciências na Universidade Bishop's, disse ao Business Insider que é razoável admitir a existência da falha, uma vez que a relatividade geral não foi testada no Universo distante.

Assim, «é perfeitamente possível, pelo menos em princípio, que não compreendamos a gravidade nas maiores escalas», afirmou Faraoni, que não participou no estudo.

Na sua opinião, para resolver os conflitos entre as previsões e as observações do Universo, é necessário pensar de forma diferente. E é precisamente isso que este estudo sobre a falha cósmica faz.

«Provavelmente precisamos de algo extravagante», afirmou. «Parece exótico, parece estranho. Mas penso que temos de estar absolutamente abertos a todas estas ideias estranhas.»

Novos dados sobre a falha cósmica e a energia escura

O próximo passo de Wen e dos colegas será analisar atentamente novos dados do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI). O DESI mede os efeitos da energia escura na taxa de expansão do Universo e criou o maior mapa tridimensional do cosmos até à data.

Além disso, o DESI descobriu que, tal como a gravidade, a energia escura não se comporta da forma esperada pelos astrónomos em grandes escalas cosmológicas. Wen quer descobrir se estas duas «falhas» estão de algum modo relacionadas, o que reforçaria os indícios de que é necessário ajustar a relatividade geral.

Mesmo assim, o próprio Wen mantém-se cético quanto às limitações da teoria. «Se me pedissem para apostar em alguma coisa, talvez continuasse a apostar na relatividade geral. A relatividade geral funciona tão bem, não é? Quanto aos modelos alternativos, é difícil dizer nesta fase», afirmou.

Este artigo foi originalmente publicado pelo Business Insider.

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