“ASSIM NA TERRA COMO NO CÉU”

No longínquo ano de 1666, ao cair da árvore, uma maçã despertou a curiosidade de Isaac Newton e assim começou uma das grandes revoluções da ciência moderna. “Por que caiu a maçã?”, perguntou-se Newton. “Ninguém lhe deu impulso para que caísse. Ninguém a jogou ao solo. Estando madura, desprendeu-se da árvore, está certo. Mas isso não significava, em absoluto, que devesse cair, por si só sobre a Terra. A não ser que algo a impelisse para isto. Mas o quê? ”.

Partindo desta pergunta, chegou à descoberta de uma das mais importantes leis científicas, chamada “Lei da gravitação universal”. Se a maçã e todos os outros corpos – caem à Terra sem que possuam qualquer velocidade inicial, então a Terra deve ter uma força de atração que os obrigue a cair. 

 

 

Mas esta força de atração não seria idêntica a que mantém a Lua em órbita ao redor da Terra? E o Sol não seria também capaz de exercer a força de atração, para manter a Terra e os demais planetas ao seu redor? E, no fundo, não haveria uma força de atração mútua entre todos os corpos?

Comparando então a queda dos corpos, junto à superfície da Terra, com a “queda” da Lua na respectiva órbita distante, Newton completou esta hipótese, estabelecendo que a atração da Terra devesse variar na razão inversa do quadrado da distância. E assim formulou a lei genial da gravitação no Universo. Tinha então 24 anos.

 

O grande trunfo da teoria de Newton foi estabelecer que a força que mantinha a Lua em sua órbita era a mesma que fazia a maçã cair no solo (mais precisamente em direção ao centro da Terra). A força centrípeta (F_c) aponta na direção do centro da Terra. Se a atração gravitacional da Terra for “desligada”, a Lua viajará na direção tangencial com velocidade constante v_t

Newton havia feito muito mais. Havia resolvido o maior problema do século: determinar a força que mantinha o sistema solar, a causa de os planetas orbitarem em torno do Sol, segundo as leis de Kepler. Ele havia provado rigorosamente, que a lei da força variando com o inverso do quadrado da distância levava a uma órbita elíptica kepleriana, mas também descobriu o significado dinâmico das outras duas leis de Kepler.

Com a teoria da gravitação, Newton conseguiu explicar porque a Lua estava em órbita em torno da Terra e em seu livro Principia ele fez uma ilustração que mostrava como colocar um satélite artificial em torno da Terra.

             Mas a teoria de Newton não foi bem aceita em sua época: era difícil entender como a Terra poderia exercer uma força sobre a Lua, se elas não estavam em contato. Grande parte dos cientistas acreditava que objetos materiais só podiam interagir através do contato direto, como bolas de bilhar. Eles condenavam a “ação à distância”, ou seja, a possibilidade de um objeto influenciar outro sem contato físico direto, como uma forma de animismo.

 

Extraída de seu livro O Sistema do mundo, esta figura mostra sua compreensão de que a Lua não estava suspensa no céu, mas sim que caía continuamente, como se fosse uma bola de canhão disparada com tanta velocidade de modo a nunca atingir o chão por este também "cair" devido à curvatura da Terra.

 

Como estender o conceito de gravidade, bem conhecido na Terra para corpos do espaço celeste? Como poderia o Sol, apenas pela sua presença, manter os planetas em suas órbitas? Outro problema na aceitação da teoria de Newton residia na enraizada visão aristotélica da época. Na tradição aristotélica, o Universo era dividido em duas partes: supralunar, formado pelos corpos que ficam acima da esfera da Lua e, sublunar, formado pelos corpos que ficavam abaixo da esfera da Lua. Agora, a mecânica celeste newtoniana admite céu e terra como sendo sujeitas às mesmas leis.

A fim de explicar como dois corpos atraem-se mutuamente sem contato direto, Newton introduziu a idéia da “ação à distância”,  embora não oferecesse nenhuma explicação direta para ela. Muitos, no entanto,  consideravam a “ação à distância” uma falha séria da teoria da gravitação. Anos antes de Newton, esta mesma dificuldade também levou Kepler a associar gravidade com magnetismo, Galileu a introduzir sua “inércia circular” e Descartes a propor sua teoria dos vórtices cósmicos.

 

Vórtices cósmicos, na concepção cartesiana

Newton mostrou que a gravitação não tinha nenhuma relação com o magnetismo, e que tanto a inércia circular como os vórtices cósmicos eram idéias equívocas e artificiais; porém, ele não podia justificar sua própria hipótese de ação à distância. Newton não se preocupou muito com isso, pois sua lei funcionava e para ele já era o bastante. Somente mais tarde se introduziu o conceito de campo gravitacional, a partir dos estudos de fenômenos elétricos e magnéticos realizados por Michael Faraday (1791-1867). O conceito de campo é um artifício de cálculo que evita muitas inconveniências matemáticas, tais como a propagação instantânea da ação à distância.

Mas, até mesmo a teoria da gravitação de Newton, que conseguira unificar os fenômenos de céu e da Terra, interpretando desde a queda dos corpos até a órbita dos planetas, tinha as suas limitações. Durante mais de dois séculos, a teoria de Newton foi suficiente para explicar a maioria dos fenômenos celestes. No entanto, fenômenos que envolvem velocidades próximas a da luz não respeitam os princípios da mecânica newtoniana. Neste caso, é preciso aplicar a teoria da gravitação de Albert Einstein (1879-1955), mais conhecida como Teoria da Relatividade Geral (para diferenciar de sua outra teoria, a da Relatividade Restrita).

 

Espaço-tempo curvado ao redor de um corpo massivo.

Ou seja, a gravitação que com Newton era entendida como uma força atrativa entre massas e instantânea, com Einstein passa a ser concebida como uma propriedade do espaço-tempo não-euclidiano.