Cientistas chineses redefinem a constante gravitacional proposta por Newton em 1686

Físicos se inspiraram em um dos experimentos mais belos da história da humanidade

O físico Luo Jun (direita) e sua equipe, junto a um de seus aparelhos.
O físico Luo Jun (direita) e sua equipe, junto a um de seus aparelhos.HUST

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O cientista britânico Henry Cavendish “provavelmente pronunciou menos palavras ao longo de sua vida que qualquer homem que tenha vivido durante oitenta anos, incluindo os monges trapistas”, conforme descreveu com graça seu contemporâneo lorde Brougham. Cavendish, nascido em 1731 e falecido em 1810, foi efetivamente introvertido e solitário. Era “o mais rico de todos os sábios, e o mais sábio de todos os ricos”, nas palavras do astrônomo francês Jean-Baptiste Biot. Mas, em silêncio e encerrado em sua mansão, descobriu o hidrogênio e a composição da água. E, em 1798, concebeu um dos experimentos mais audazes da história da humanidade. Agora, uma equipe de cientistas chineses subiu nos seus ombros para redefinir, com uma precisão inédita, uma das constantes mais importantes para descrever o nosso universo, junto com a velocidade da luz.

Cavendish já tinha quase 70 anos e havia se proposto a tarefa de averiguar a densidade do planeta Terra. Para isso, necessitava da constante de gravitação universal (G), postulada por Isaac Newton um século antes. O ancião, sempre calado, construiu uma espécie de balança no porão da sua casa na zona sul de Londres: duas esferas pequenas, fixadas aos extremos de uma varinha horizontal suspensa do teto por uma fina fibra. Ao aproximar duas esferas de chumbo de maior tamanho, de cerca de 160 quilos cada uma, a força de atração que as outras duas bolinhas sofriam fazia a varinha girar, e tudo isso de maneira perceptível graças a um jogo de espelhos, luzes e telescópios instalado por Cavendish.

Em seu livro Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, publicado em 1686, Newton formulara que a interação gravitacional entre dois corpos poderia ser expressa como uma força diretamente proporcional ao produto das massas desses corpos, e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa. Empregando essa fórmula e as observações em seu porão, o tímido Cavendish chegou à conclusão de que a densidade média da Terra era 5,48 vezes maior que a da água. E não errou por muito: hoje se calcula que a cifra correta é 5,51.

Uma equipe dirigida por Luo Jun, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong (China), refinou ao extremo a experiência de Cavendish, com bolas de aço e câmaras de vácuo, e chegou a duas medições similares com dois aparelhos independentes: 6,674184 × 10-11 e 6,674484 × 10-11 metros cúbicos dividido por quilo por segundo ao quadrado. É “uma precisão recorde”, diz o físico Stephan Schlamminger, do Instituto Nacional de Normas e Tecnologia dos Estados Unidos. As novas medidas foram publicadas nesta quarta-feira na prestigiosa revista Nature.

O físico Henry Cavendish construiu uma balança no porão de sua casa em 1798 para ver o efeito da força gravitacional

A busca pela maior exatidão possível não é um capricho. Os geofísicos usam a constante G para estudar a estrutura e a composição da Terra. E também é essencial em campos como a física de partículas e a cosmologia, a parte da astronomia que estuda a origem e o futuro do universo.

“O verdadeiro valor de G ainda é continua desconhecido”, admite, no entanto, o professor Luo. A dificuldade de medir a constante é diabólica. A força gravitacional exercida pelo Sol é tão grande que impede que o planeta Terra escape pelo espaço. No entanto, em laboratório, a força gravitacional entre dois objetos de um quilograma separados por um metro equivale ao peso de um punhado de bactérias. É uma força “extremamente fraca”, nas palavras de Luo.

“O verdadeiro valor de G ainda é desconhecido”, admite Luo Jun

O Comitê de Informação para Ciência e Tecnologia (CODATA), com sede em Paris, é o organismo internacional de referência para essa constante. Em 2014, seus especialistas adotaram 14 valores de G determinados nas últimas quatro décadas em diferentes laboratórios de todo o mundo. “A diferença relativa entre o maior e o menor valor de G está próxima de 0,055%. Essa situação não nos permite obter um valor G com alta precisão”, lamenta Luo.

Apesar da precisão de seus resultados, os cientistas chineses obtiveram dois dados diferentes com dois aparelhos ligeiramente diferentes e independentes. A equipe não sabe explicar essa discrepância. “Há algo que ainda não sabemos e precisamos de mais pesquisas”, diz Luo. Ou talvez precisemos de outro Henry Cavendish.

O escândalo do quilograma

"É um escândalo que a unidade de massa ainda seja um objeto físico", lamentou um mês atrás William Daniel Phillips, prêmio Nobel de Física, em uma conferência internacional de física atômica realizada em Barcelona. Ele se referia ao quilograma, cujo protótipo de referência é um cilindro de platina-irídio —depositado em um porão de Paris— que define a unidade de massa desde o século XIX no chamado sistema internacional.

Já em 1899, o físico alemão Max Planck sugeriu acabar com essa arbitrariedade e propôs criar um sistema de unidades baseado nas constantes da natureza, alheias às construções humanas. “Ele propôs usar a velocidade da luz, a constante de Planck e a constante de gravitação universal de Newton”, diz o físico chinês Jun Luo. “No entanto, esse sistema de unidades não é completamente competitivo em relação ao atual sistema internacional, devido à pouca precisão da constante de gravitação”, lamenta o pesquisador da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong.

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