Há um mito urbano clássico
que diz que se todos na China pularem juntos,
a Terra será tirada de seu eixo.
Acreditem, fiz os cálculos e posso dizer
que o eixo da Terra está seguro.
Apesar de que, por ter crescido na Grã-Bretanha nos anos 80,
as palavras "Michael Fish" e "furacão" me vêm à mente.
No entanto, mesmo se uma única pessoa saltar,
ela pode, grosso modo, fazer a Terra se mover.
O problema é que não faz a Terra se mover muito.
Então, vamos supor que pudéssemos fazer uma medição,
não de cientistas pulando e balançando a Terra,
mas uma medição tão precisa
que pudesse nos dizer algo sobre a mudança na forma do próprio espaço
produzida por uma estrela que explodiu no meio da galáxia.
Isso pode parecer ficção científica,
mas na verdade já existe uma máquina assim.
É chamada interferômetro laser,
um dos instrumentos científicos mais sofisticados já construídos.
E em alguns anos,
estamos confiantes que irá abrir para nós
um novo método de ver o universo, chamado astronomia de ondas gravitacionais.
Ondas gravitacionais não são a mesma coisa que a luz;
elas não são parte do espectro da luz que chamamos espectro eletromagnético,
que se estende desde as ondas de rádio até os raios gama.
Nós já descobrimos muitos tipos diferentes de luz,
e, durante os últimos 60 anos,
nos tornamos muito melhores em desvendar o universo
com todos esses tipos diferentes de luz.
Se construímos um radiotelescópio gigante na superfície
ou colocamos um observatório de raios gama no espaço,
nós usamos essas diferentes janelas para o cosmos
para nós dizer algumas coisas incríveis sobre como o universo funciona.
Nós investigamos o nascimento e a morte de estrelas.
Nós exploramos os corações de galáxias.
Até mesmo começamos a encontrar planetas como a Terra ao redor de outras estrelas.
Mas o espectro de ondas gravitacionais será completamente diferente.
Nos dará uma janela no universo
para alguns dos eventos mais energéticos e violentos do cosmos:
explosões estelares, colisão de buracos negros e talvez até o Big Bang.
O que iremos aprender com a janela das ondas gravitacionais do nosso universo?
Bem, talvez o mais empolgante sejam as coisas que ainda não descobrimos,
as chamadas incógnitas desconhecidas,
as coisas que nem sabemos que não sabemos ainda.
Vai levar mais alguns anos, mas já estamos quase lá.
Antes de falarmos sobre ondas gravitacionais,
vamos pensar sobre a gravidade.
Existe outro mito urbano que tenho certeza que todos conhecem,
o mito sobre a maçã que caiu na cabeça de Isaac Newton.
Não tenho certeza se havia mesmo uma fruta envolvida nisso,
mas de onde quer que ele tenha tirado inspiração, Newton teve uma grande ideia.
Ele percebeu que poderia usar a mesma lei da física
para descrever uma maçã caindo de uma árvore
ou a Lua orbitando a Terra.
E a chamou de lei da gravitação universal.
Ela basicamente diz que tudo no cosmos se atrai.
É uma bela teoria e também é muito útil na prática.
Ela permitiu que fizéssemos todo tipo de coisa no mundo moderno
e tem permitido por mais de 300 anos.
Nos permitiu voar de avião pelo mundo,
e nos permitiu voar em um foguete até a Lua e voltar.
Mas há um problema na lei da gravitação universal, um problema filosófico.
Em um nível bem fundamental ela não faz muito sentido,
porque Newton disse que há uma força entre a Terra e a Lua.
Bom, como a Lua sabe que ela tem que orbitar a Terra?
Como essa força chega da Terra até a Lua?
Esse foi um problema que ninguém menos que Albert Einstein tentou solucionar
nos primeiros anos do século 20.
E Einstein encontrou uma resposta verdadeiramente notável.
Albert Einstein foi provavelmente o primeiro cientista a virar celebridade.
Apesar de ter morrido em 1955,
em 1999, os editores da revista Time o elegeram a pessoa do século 20.
Embora eu deva dizer que houve uma votação pública na internet
que elegeu Elvis Presley.
(Risos)
Eu sou tão fã da música do rei como qualquer outra pessoa,
mas tenho de concordar com a decisão do editor.
Na verdade, tenho meu próprio boneco do Einstein na universidade.
(Risos)
O que exatamente Einstein fez para ser a pessoa do século 20?
Ele nos fez repensar o que de fato é a gravidade.
Segundo Einstein, a gravidade não era bem uma força
entre a Terra e a Lua ou maçãs e árvores,
em vez disso, é uma curvatura ou dobra do espaço e do tempo.
Uma boa metáfora é pensar na Terra apoiada em uma lona de borracha esticada,
como um trampolim.
A massa da Terra, a imensa massa da Terra,
irá curvar bastante o tecido de borracha,
e então não é mais necessário
que a Lua sinta uma força saindo da Terra.
A Lua apenas segue naturalmente as curvaturas e dobras
do espaço e do tempo ao redor da Terra.
Na verdade, Einstein também disse
que não deveríamos mais pensar no espaço e no tempo como coisas separadas,
é por isso que se ouve pessoas falarem do tecido do espaço-tempo.
Einstein disse que a gravidade é uma curvatura, uma dobra do espaço-tempo.
Ou como outro físico, John Wheeler, afirmou de maneira bem clara:
"O espaço-tempo diz à matéria como se mover,
e essa diz ao espaço-tempo como se curvar".
Isso tudo soa grandioso e fundamental sobre a natureza do universo,
mas também têm muitas aplicações práticas.
Aqui embaixo na Terra, na fraca gravidade da Terra,
há uma notável predição da teoria de Einstein,
a qual vocês provavelmente nunca perceberam até agora.
Por exemplo, vocês sabiam
que os relógios andam mais devagar na superfície da Terra do que na altitude
porque o campo gravitacional é mais forte?
Talvez vocês lembrem da cena do filme "Missão Impossível - Protocolo Fantasma",
quando Tom Cruise está escalando
o Burj Khalifa, o edifício mais alto do mundo.
Mas quando ele estava a 800 metros do chão,
tenho certeza que ele não percebeu,
mas o relógio dele estava andando alguns bilionésimos de segundo mais rápido
do que estaria andando no nível do solo.
O que são alguns bilionésimos de segundos entre amigos?
Bom, na verdade é suficiente para fazer uma diferença
para o Sistema de Posicionamento Global.
Os satélites de GPS precisam ter suas informações ajustadas
para um tempo que passa mais rápido nas altitudes dos satélites.
Uma diferença enorme de 40 microssegundos por dia.
Os sinais de rádio e de microondas desses satélites
viajam cerca de 10 quilômetros em 40 microssegundos.
Apenas imaginem o quão ruim o seu GPS seria,
se só funcionasse até 10 quilômetros.
Todo mundo se perderia rapidamente.
Então a teoria da gravidade de Einstein, a Teoria Geral da Relatividade,
realmente tem efeitos práticos em nossas vidas cotidianas.
Mas é lá fora, no espaço profundo, onde vemos o seu máximo potencial.
Na verdade, se a gravidade é a curvatura do espaço-tempo,
podemos fazer um experimento mental.
Imagine que, se colocássemos matéria suficiente em um espaço bem pequeno,
ao final teríamos curvado o espaço-tempo tanto
que nem mesmo a luz escaparia das garras da gravidade.
Teríamos obtido um buraco negro.
Os buracos negros foram imaginados na época de Einstein.
Na verdade, em 1916, logo após Einstein ter publicado sua teoria,
houve um maravilhoso artigo escrito por um jovem cientista,
que estava no front da Primeira Guerra Mundial,
Karl Schwarzschild,
que apresentou a teoria do buraco negro.
Buracos negros realmente parecem pertencer ao mundo da ficção científica.
Mas nós cremos que os buracos negros realmente existem,
e que, mesmo para a luz escapar de um buraco negro
seria uma autêntica missão impossível.
Encontramos buracos negros nos restos de explosões estelares,
e os encontramos em formas supermassivas
no coração de praticamente toda galáxia do universo.
Imagine poder pegar um buraco negro e o acelerar próximo à velocidade da luz.
Isso abalaria bastante o espaço-tempo,
como derrubar uma bola de canhão no tecido de um trampolim,
criando ondas que se espalhariam,
e essas ondas é o que chamamos de ondas gravitacionais.
As ondas gravitacionais são produzidas por coisas como buracos negros,
ou seus primos levemente menos extremos
chamados estrelas de nêutrons.
E se dois delas colidirem
próximos à velocidade da luz,
realmente criaria algumas ondas.
É isso o que estamos buscando
ao embarcarmos nesse novo campo da astronomia de ondas gravitacionais.
Se fosse assim tão simples.
Esse é o plano, mas é difícil de fazer,
porque mesmo que as ondas gravitacionais
abalem o espaço-tempo de maneira colossal onde os buracos negros estão,
como ondas em um lago,
conforme se espalham pelo universo, elas se tornam cada vez mais fracas.
Quando chegam na Terra,
o abalo do espaço-tempo que tentamos medir
é aproximadamente um milionésimo de milionésimo de milionésimo de metro.
É muito difícil de medir.
Então como se faz?
Bom, com risco de soar como um daqueles shows de mágica de Las Vegas,
é tudo feito com espelhos e lasers.
O que fazemos é usar um raio laser para atingir um espelho,
então dividimos em dois raios em um ângulo reto,
fazemos refletir em um espelho, recombinamos os feixes,
e então vemos o que obtivemos.
Se os dois raios viajaram exatamente a mesma distância,
o que obtemos são os feixes em perfeita sincronia.
Eles são ondas de luz, assim como todas as outras formas de luz,
então os trens de onda irão combinar.
Mas, se viajarem distâncias diferentes,
eles estarão fora de sincronia, irão interferir um sobre o outro,
chamamos esse fenômeno de interferência,
e por isso essas coisas são chamadas interferômetros laser.
Um interferômetro laser é uma coisa legal de ter,
se você quer tentar pegar uma onda gravitacional.
Mas lembre-se que elas são sinais pequeníssimos,
então será um enorme desafio de engenharia construir um.
Einstein disse que quando uma onda gravitacional passa,
ela estica e comprime o espaço-tempo ao nosso redor.
mas em uma quantidade incrivelmente pequena.
Estamos tentando usar o raio laser e seus padrões de interferência
para nos dizer se passou uma onda gravitacional.
Mas temos que aumentar bastante o tamanho do experimento.
É aí que entra o LIGO.
LIGO significa "Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser".
É o mais sofisticado e ambicioso
projeto científico já criado pela Fundação Nacional da Ciência nos EUA.
Na verdade há dois LIGO.
Há um em Louisiana e outro no estado de Washington.
E juntos com outros dois interferômetros,
um chamado GEO na Alemanha e o Virgo na Itália,
esse é o nosso primeiro sistema de alerta para ondas gravitacionais.
Os LIGO são construídos em áreas bastante remotas,
e eu creio que os moradores locais não compreendem para que eles são.
Um dos meus colegas do LIGO estava voando sobre Livingston
e outra passageira no voo estava olhando o detector lá em baixo e disse:
"Tenho uma teoria sobre o que é isso.
Uma máquina do tempo secreta do governo".
Ele não sabia muito bem como responder,
mas ele disse algo como: "Certo, por que o formato de L então?"
E ela disse: "Eles têm que voltar".
(Risos)
Viagem no tempo é realmente ficção científica,
mas temos esperança, que encontrar ondas gravitacionais,
em alguns anos, será um fato científico.
Por enquanto é difícil.
Esses pequenos efeitos que estamos tentando medir
poderiam ser inundados por efeitos locais de perturbações de movimentações do solo;
não causadas lá fora no universo,
mas causadas por fenômenos muito mais mundanos aqui na Terra.
Então temos de colocar os espelhos
em sistemas de suspensão muito complexos,
que estão nos limites da tecnologia de materiais.
E mesmo a turbulência do ar no raio laser
poderia afogar nosso sinal,
então temos que enviar os lasers, ida e volta,
no sistema de maior ultra-alto vácuo que há na Terra,
somente um trilionésimo da pressão atmosférica que respiramos hoje.
Juntando tudo isso e gastando algumas centenas de milhões de dólares,
esperamos conseguir encontrar algumas ondas gravitacionais,
mas são necessários muitos cientistas para fazer isso.
Por isso em Glasgow somos parte dos colaboradores científicos do LIGO,
mais de 900 cientistas e engenheiros pelo mundo
procurando por ondas gravitacionais.
Não encontramos nenhuma ainda,
mas ter múltiplos detectores não é como "pague um e leve dois",
e sim porque, se for detectado um sinal em ambos detectores LIGO,
ajuda a te convencer que você realmente conseguiu algo.
E se virmos isso no Virgo e no GEO também, melhor ainda.
Muito em breve vamos ter uma rede global de detectores avançados
porque os LIGO ainda não são sensíveis o suficiente.
Mas estamos lhes dando mais espelhos pesados,
lasers mais poderosos, melhores sistemas de suspensão,
e esperamos que em 2016
tenhamos uma rede de interferômetros de ondas gravitacionais avançados
procurando por ondas gravitacionais.
Quanto tempo teremos de esperar para conseguir um sinal?
Não sabemos, mas com base no que já sabemos,
cremos que não vai levar mais do que alguns meses.
Na verdade, em uma conferência ano passado,
um grupo nosso na Polônia tratou de fixar uma data
de quando esperamos ver uma.
Pode ter parecido piada
quando previmos a data de 1 de janeiro de 2017.
Eu ressaltei que provavelmente não haverá muitas pessoas
trabalhando em Glasgow nesse dia.
(Risos)
Porém, as ondas gravitacionais estão aí.
Estamos a ponto de abrir essa nova janela no universo,
é um período muito empolgante para ser um astrofísico.
Muito obrigado.
(Aplausos)