Principal Inovação O físico Kip Thorne discute as ondas gravitacionais, a ciência por trás de ‘interestelar’

O físico Kip Thorne discute as ondas gravitacionais, a ciência por trás de ‘interestelar’

O astrofísico teórico Kip Thorne trabalhando com Jessica Chastain no set de Interestelar

O astrofísico teórico Kip Thorne trabalhando com Jessica Chastain no set de Interestelar(Crédito: Kip Thorne via Wired Magazine)



Por um século, desde que Albert Einstein publicou pela primeira vez sua inovadora teoria da relatividade geral, as principais mentes do mundo têm procurado descobrir se as previsões decorrentes de sua teoria são verdadeiras. Uma dessas mentes, Kip Thorne, passou sua carreira investigando a afirmação de Einstein de que as ondas gravitacionais existem e é considerado o maior especialista do mundo no assunto. Thorne está agora à beira de uma das descobertas científicas mais surpreendentes da história humana moderna: o detecção dessas ondas .

Como professor de física teórica no California Institute of Technology, Thorne publicou vários livros e artigos sobre teoria gravitacional. Em 1984, Thorne co-fundou o Projeto LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), que usa lasers para medir pequenas distorções na estrutura do espaço-tempo - distorções que poderiam ser causadas por ondas gravitacionais.

Em 1994, ele escreveu o premiado Buracos negros e desvios temporais: o legado ultrajante de Einstein, um livro que conecta o público mainstream ao seu complexo campo de estudo. Uma década depois, Thorne se tornou o consultor científico sobre Interestelar e forneceu a matemática necessária para fornecer com precisão os grandes visuais do filme. Ele também publicou A Ciência do Interestelar com um atacante de Christopher Nolan.

Em 14 de setembro de 2015, cientistas que trabalhavam em locais com detectores gêmeos LIGO em Livingston, Louisiana e Hanford, Washington juraram manter o sigilo após dados iniciais indicarem a detecção de um evento cósmico violento que ocorreu há muito tempo. Depois de meses verificando e revisando os dados, e com notícias começando a vazar para o público, pesquisadores dos laboratórios CalTech e LIGO operados pelo MIT anunciaram a extraordinária detecção de ondas gravitacionais. Como uma nova janela para o universo, as ondas revelaram a fusão de dois buracos negros há quase 1,3 bilhão de anos.

O Braganca sentou-se com Kip Thorne diante de seu colaboração multimídia com o mestre VFX Paul Franklin e o compositor vencedor do Oscar Hans Zimmer em Lado Deformado do Universo , para discutir Einstein, ondas gravitacionais e seu trabalho sobre Interestelar .

O que é a teoria da relatividade geral de Einstein?

É uma estrutura para todas as leis da física, exceto as leis quânticas. As pessoas costumam dizer bem, é sua teoria da gravidade, mas está muito além disso. Ele construiu essa teoria para explicar a gravidade, mas na verdade essa teoria faz muito mais do que isso. Diz a você como todas as outras leis da natureza se encaixam no espaço e no tempo.

É a maneira mais precisa que conhecemos de descrever a natureza no que chamaríamos de domínio clássico, que é tudo, exceto quando você chega ao muito pequeno - coisas como átomos e moléculas.

Como a teoria de Einstein se conecta a ondas gravitacionais ?

Einstein formulou sua teoria geral da relatividade em um esforço muito intenso que durou de 1905 a 1915 e ele completou a teoria em novembro de 1915 - pouco mais de cem anos atrás. Ele então começou a usar a teoria ou essas leis que desenvolveu - para fazer previsões. Uma das previsões mais importantes e a última grande previsão que ele fez foi que as ondas gravitacionais deveriam existir. Ele previu isso em junho de 1916, então agora estamos falando a apenas dois meses do centenário da previsão das ondas gravitacionais.

Ele olhou para as previsões, olhou para a tecnologia da época e olhou para as coisas que podem produzir ondas gravitacionais no universo e concluiu que era impossível que algum dia as veríamos. Nós simplesmente nunca teríamos uma tecnologia precisa o suficiente.

Ele estava errado. Nós os vimos pela primeira vez em setembro passado.

Na linha do tempo das previsões de Einstein até a recente descoberta das ondas gravitacionais, qual foi o ponto de viragem que levou a um avanço?

Bem, houve alguns pontos de inflexão. Os dois pontos de inflexão mais cruciais vieram de duas pessoas em particular. Joseph Weber, por volta de 1960, desenvolveu uma abordagem que parecia capaz de ver ondas gravitacionais e embarcou no esforço de encontrá-las. Ele foi a primeira pessoa a questionar a afirmação de Einstein de que não teríamos a tecnologia para fazer isso. Weber não viu ondas gravitacionais. Ele pensou que sim por um tempo, mas na verdade não os viu. As ondas estão mais fracas do que ele esperava, mas ele quebrou o impasse das pessoas pensando que você simplesmente não pode fazer isso e inspirou outros. Incluindo eu.

O segundo ponto de viragem foi uma invenção de Ray Weiss no MIT mas com as sementes dessa ideia vindo de Mikhail Gertsenshtein e Vladislav Pustovoit em Moscou, Rússia. Ray Weiss inventou esta técnica que agora usamos e era diferente da técnica de Weber. Nós o chamamos de detecção de ondas gravitacionais de interferômetro e é baseado em ondas gravitacionais empurrando espelhos para frente e para trás. Você mede a maioria dos espelhos com feixes de laser.

Weiss inventou isso e então analisou todas as principais fontes de ruído que você teria que enfrentar e descreveu como lidar com elas. Em 1972, ele forneceu um plano para o caminho a seguir com esse tipo de design. Foi um projeto que foi modificado de várias maneiras, mas não muito. Foi realmente um projeto que resistiu ao teste do tempo por décadas como um guia para uma maneira de fazer isso. Esse foi o maior ponto de viragem.

É muito interessante porque Ray é um cara modesto e ele teve a ideia de que não deveria publicar isso na literatura regular até que ele descobrisse as ondas gravitacionais. Então ele escreveu este artigo que eu acho que é o artigo técnico mais poderoso que já li. Ele o escreveu e publicou em uma série de relatórios internos do MIT. Estava prontamente disponível para pessoas como eu, que estavam interessadas no assunto. Você teve que ir pesquisá-lo porque não estava disponível na literatura regular.

O que vem a seguir para este campo, agora que as ondas gravitacionais foram detectadas?

Bem, este é realmente apenas o começo. Quando Galileu treinou seu telescópio ótico pela primeira vez nos céus e abriu a astronomia ótica moderna, essa foi a primeira das janelas eletromagnéticas para fora do universo: a luz. Usamos a frase 'janela' para significar certas tecnologias que usamos para procurar por radiação com uma determinada região de comprimento de onda. Na década de 1940, nasceu a radioastronomia - olhando com ondas de rádio em vez de luz. Na década de 1960, nasceu a astronomia de raios-X. Na década de 1970, nasceu a astronomia de raios gama. A astronomia infravermelha também nasceu na década de 1960.

Logo tínhamos todas essas janelas diferentes que pareciam com ondas eletromagnéticas, mas com comprimentos de onda diferentes. O universo parece muito diferente por meio de um radiotelescópio e de um telescópio de raios-X do que com a luz. A mesma coisa está acontecendo com a astronomia de ondas gravitacionais.

As ondas gravitacionais serão usadas para explorar o universo?

Isso é o que estamos fazendo agora. Estamos fazendo isso agora no LIGO. Anunciamos a descoberta de dois buracos negros em colisão. Haverá mais e veremos muitos outros tipos de fenômeno, mas só os estamos vendo com ondas gravitacionais que têm um certo período de oscilação. Um período de alguns milissegundos. Veremos, nos próximos 20 anos, ondas gravitacionais que têm períodos de horas. O laboratório LIGO em Livingston, Louisiana (à esquerda) foi usado para detectar ondas gravitacionais emitidas pela colisão de dois buracos negros (ilustrado à direita).

O laboratório LIGO em Livingston, Louisiana (à esquerda) foi usado para detectar ondas gravitacionais emitidas pela colisão de dois buracos negros (ilustrado à direita).Credits: LIGO



Com detectores semelhantes ao LIGO que voam no espaço, veremos, provavelmente nos próximos 5 anos, ondas gravitacionais que se estendem por anos usando uma técnica da radioastronomia que envolve o rastreamento do que chamamos de Pulsares.

Veremos provavelmente nos próximos 5 anos - certamente nos próximos 10 anos, ondas gravitacionais com períodos quase tão longos quanto a idade do universo. Por meio de padrões que eles fazem no céu que chamamos de fundo de micro-ondas cósmico.

Teremos quatro janelas de ondas gravitacionais diferentes abertas nos próximos 20 anos e cada uma delas verá algo diferente. Estaremos sondando o nascimento do universo com isso. A chamada 'era inflacionária' do universo. Estaremos investigando o nascimento das forças fundamentais e como elas surgiram. Vamos vê-los nascer nos primeiros momentos do universo usando ondas gravitacionais. Veremos a colisão de buracos negros, o que estamos fazendo agora, mas colidem enormes buracos negros. Veremos estrelas sendo dilaceradas por buracos negros.

Veremos uma variedade fantástica de coisas que nunca vimos antes e isso continuará por séculos como a astronomia óptica continuou por séculos. Isto é apenas o começo.

Você trabalhou com Christopher Nolan e Paul Franklin para construir a ciência e os recursos visuais atrás Interestelar. Quão preciso foi o buraco negro no filme, Gargantua?

É a representação mais precisa que apareceu em um filme de Hollywood. Oliver James, que é cientista-chefe da Paul Franklin Empresa de Duplo Negativo , com alguma insistência minha inventou uma maneira totalmente nova de fazer a imagem. Ele produz imagens mais suaves e precisas nesse sentido. Isso é o que você precisa para um filme IMAX.

Usamos um novo conjunto de técnicas, mas usando um conjunto de técnicas mais antigo, os astrofísicos vêm construindo imagens como a imagem de Gargantua que remonta a 1980. Foi feito pela primeira vez por Jean-Pierre Luminet na França. Imagens de buracos negros que lembram Gargantua estão lá, mas você raramente os vê na literatura astrofísica. Isso não é algo que os astrônomos realmente veem com seus telescópios. Gargantua, o buraco negro fictício retratado no filme Interestelar.

Gargantua, o buraco negro fictício retratado no filme Interestelar.(Crédito: Warner Bros.)

Esta é a versão de maior resolução, a versão mais atraente e a versão mais cativante. Mas representações precisas foram feitas por astrofísicos anteriormente.

No filme, o professor Brand explica que, quando Cooper voltar de sua jornada interestelar, ele terá resolvido o problema da gravidade. Qual foi esse problema?

No filme, a Terra está morrendo biologicamente e restam apenas alguns milhões de pessoas. A missão do Professor Brand e das pessoas que trabalham com ele é descobrir se é possível retirar as pessoas remanescentes da Terra em colônias espaciais. Eles não tinham o poder de foguete para fazer isso. Eles tinham o poder de construir colônias espaciais na Terra, mas não tinham o poder de foguete para erguê-las.

No filme, há anomalias gravitacionais que ocorreram repentinamente e essa estranheza sobre a gravidade que começou a ocorrer sugeriu ao professor Brand que talvez fosse possível controlar a gravidade ou mudar seu comportamento.

O que ele queria fazer era diminuir a atração gravitacional da Terra por tempo suficiente para usar a pequena potência do foguete para nos erguer. A questão então era aprender como controlar essas anomalias. Você vê um exemplo da anomalia no quarto de Murph - o padrão de poeira caindo. Você pode controlar essas anomalias e realmente diminuir a gravidade da Terra?

A que distância está a humanidade das viagens interestelares?

Acho que provavelmente o faremos, mas não em menos de três séculos. É muito difícil.

Existem ideias de como você pode fazer isso, geralmente envolvendo colocar pessoas em colônias espaciais que duram por gerações. Há ideias de propulsão que as pessoas tiveram que me fazem pensar que isso será alcançado por seres humanos em três ou quatro séculos.

Leia nossa entrevista com o artista de efeitos visuais vencedor do Oscar por trás Interestelar , Paul Franklin.

Robin Seemangal se concentra na NASA e na defesa da exploração espacial. Ele nasceu e foi criado no Brooklyn, onde atualmente reside. Encontre-o em Instagram para mais conteúdo relacionado ao espaço: @not_gatsby.

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