A relatividade geral de Einstein se mantém após o teste mais rigoroso já feito

A missão MICROSCOPE testou o princípio da equivalência fraca com objetos em queda livre em um satélite.

O experimento do MICROSCOPE foi projetado para testar a teoria da
relatividade geral de Einstein. (Crédito da imagem: ONERA)

Os cientistas demonstraram que a teoria da relatividade geral de Einstein está correta a um notável grau de precisão, apesar de ter mais de um século.

A equipe por trás da pesquisa queria testar um componente da teoria da relatividade geral de Einstein chamado princípio da equivalência fraca, que afirma que todos os objetos, independentemente de sua massa ou composição, devem cair livremente da mesma forma em um campo gravitacional particular quando a interferência de fatores como a pressão do ar é eliminada. Para isso, os cientistas mediram a aceleração de objetos em queda livre em um satélite francês chamado MICROSCOPE, lançado em 2016.

Um dos testes mais famosos da equivalência fraca ocorreu durante uma caminhada lunar da Apollo 15, quando o astronauta David Scott derrubou uma pena e um martelo geológico ao mesmo tempo; sem resistência ao ar, ambos os objetos aceleraram em direção à superfície da lua na mesma velocidade. Em estilo semelhante, o MICROSCOPE carrega massas de teste de queda livre feitas de ligas de platina e titânio. Forças eletrostáticas mantêm as massas de teste nas mesmas posições relativas umas às outras, de modo que qualquer diferença gerada nesta força eletrostática aplicada teria que ser o resultado de desvios nas acelerações dos objetos.

Os resultados da equipe, que são o ápice de 20 anos de pesquisa, revelaram que a aceleração em pares de objetos em queda livre difere por não mais do que 1 parte em 10^15, ou 0,0000000000000000000000001, o que significa que não encontraram violações no princípio da equivalência fraca maior do que isso.

Além de colocar restrições aos desvios no princípio da equivalência fraca, os achados também desfavoreciam quaisquer desvios na teoria da gravidade de Einstein de 1915, a relatividade geral, como um todo. Os cientistas continuam procurando por tais desvios porque a relatividade geral, a melhor descrição que temos da gravidade, não brinca com a física quântica, o melhor modelo que temos da realidade em escalas incompreensivelmente pequenas.

Nenhum sinal de desvio, então, significa ainda nenhum indício de extensões à relatividade geral esperando para ser encontrado que poderia preencher a lacuna para a física quântica.

"Temos novas e muito melhores restrições para qualquer teoria futura porque essas teorias não devem violar o princípio da equivalência neste nível", disse Gilles Métris, membro da equipe do MICROSCOPE e cientista do Observatório Côte d'Azur, na França, em comunicado da Sociedade Física Americana, que publicou a pesquisa.

Uma representação artística do satélite MICROSCOPE. (Crédito da imagem: CNES 2015)

O MICROSCOPE foi lançado em abril de 2016 e o pessoal da missão divulgou seus resultados preliminares de 2017. A análise de dados continuou, mesmo após o término do experimento em 2018.

O fato de a nova pesquisa não ter encontrado violação do princípio da equivalência fraca coloca maiores restrições sobre esse elemento da relatividade geral, e os resultados também estabelecem as bases para testes ainda mais sensíveis no futuro.

Isso porque os cientistas incluíram sugestões de como a configuração experimental que eles usaram poderia ser melhorada. Os upgrades potenciais incluem a redução de imperfeições no revestimento do satélite que podem impactar as medições de aceleração, bem como a substituição de sistemas com fio por aqueles que usam conexões sem fio.

Um satélite implementando essas melhorias poderia potencialmente pegar violações do princípio da equivalência fraca tão minúsculo quanto 1 parte em 10^17, 100 vezes mais sensível do que o MICROSCOPE. Mas a equipe prevê que essas melhorias não serão viáveis por algum tempo ainda, o que significa que, por enquanto, o experimento do MICROSCOPE continuará sendo o melhor teste do princípio da equivalência fraca.

"Por pelo menos uma ou duas décadas, não veremos nenhuma melhoria com um experimento de satélite espacial", disse Manuel Rodrigues, membro da equipe do MICROSCOPE e cientista do ONERA, um instituto de pesquisa aeroespacial francês, no mesmo comunicado.

A pesquisa da equipe foi publicada quarta-feira (14 de setembro) na revista Physical Review Letters.

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Com informações de Space.com.