Um bilhão de anos atrás (bem, mais ou menos), em uma galáxia muito, muito distante, dois buracos negros realizaram um balé cósmico pas de deux. Eles circularam um ao outro, gradualmente se aproximando sob a influência da gravidade mútua, até que colidiram e se fundiram. Como resultado dessa colisão, ocorreu uma liberação colossal de energia, equivalente a três vezes a massa do nosso sol. A convergência, colisão e fusão de dois buracos negros desordenou o contínuo espaço-tempo circundante e enviou ondas gravitacionais poderosas em todas as direções na velocidade da luz.
No momento em que essas ondas alcançaram nossa Terra (e foi na manhã de 14 de setembro de 2015), o rugido outrora poderoso de proporções cósmicas se transformou em um gemido sutil. No entanto, duas enormes máquinas de vários quilômetros de comprimento (detectores do Observatório Interferométrico de Ondas Gravitacionais a Laser PIOGV), localizadas nos estados de Louisiana e Washington, registraram traços facilmente reconhecíveis dessas ondas. Na terça-feira, três líderes do projeto PIOGV de longa data - Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne - receberam o Prêmio Nobel de Física por esta conquista.
Esta descoberta vem fermentando há muito tempo, tanto na escala de tempo humana quanto no relógio astronômico. Dr. Weiss, Dr. Thorn e Dr. Barish e colegas trabalharam em seu projeto por várias décadas. Milhares de pessoas trabalhando em cinco continentes estiveram envolvidas na descoberta de 2015. Este projeto exemplifica uma visão estratégica do futuro por cientistas e formuladores de políticas, que está quase tão longe de nós quanto esses buracos negros em colisão.
No final dos anos 1960, o Dr. Weiss ministrou um curso sênior de física no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Alguns anos antes, o físico Joseph Weber havia feito o anúncio de que detectara ondas gravitacionais usando um instrumento com antenas cilíndricas de alumínio. No entanto, Weber não conseguiu convencer os céticos. O Dr. Weiss deu a seus alunos uma tarefa de casa para encontrar outra maneira de detectar ondas. (Alunos, tomem nota: às vezes o dever de casa é o prenúncio de um Prêmio Nobel.) E se você tentar detectar ondas gravitacionais estudando cuidadosamente as menores mudanças na interferência de feixes de laser que viajam por caminhos diferentes e depois reconectar no detector?
Em teoria, as ondas gravitacionais deveriam se esticar e se contrair no espaço, movendo-se através dele. Dr. Weiss fez a suposição de que tal perturbação mudaria o comprimento do caminho de um dos feixes de laser, devido ao qual os dois feixes perderão a sincronização no momento em que alcançarem o detector, e a partir da diferença na dessincronização será possível determinar os padrões de interferência.
A ideia era ousada e revolucionária. E isso é para dizer o mínimo. Para capturar ondas gravitacionais de amplitude esperada usando a técnica de interferência, os físicos tiveram que detectar uma diferença na distância que era uma parte em um bilhão de bilhões. É como medir a distância entre a Terra e o Sol na escala de um único átomo, enquanto monitora todas as outras fontes de vibração e erro que podem suprimir um sinal tão fraco.
Sem surpresa, o Dr. Thorne, que se tornou um dos ganhadores do Prêmio Nobel este ano, apresentou o problema como um dever de casa em seu livro de 1973. Ele levou os alunos à conclusão de que a interferometria como método de detecção de ondas gravitacionais não é nada bom. (Ok, senhores, alunos, às vezes vocês não precisam fazer o dever de casa.) Mas com um estudo mais profundo desse problema, o Dr. Thorne se tornou um dos maiores defensores do método interferométrico.
Convencer o Dr. Thorne foi mais fácil do que conseguir financiamento e envolver os alunos. A National Science Foundation em 1972 rejeitou a primeira proposta do Dr. Weiss. Em 1974, ele fez uma nova proposta e recebeu algum financiamento para o estudo de design. Em 1978, o Dr. Weiss observou em seu pedido de financiamento: "Gradualmente, cheguei à conclusão de que esse tipo de pesquisa é melhor feito por cientistas inquestionáveis e possivelmente estúpidos, bem como por jovens estudantes de pós-graduação com inclinações aventureiras."
Vídeo promocional:
O escopo do projeto foi gradualmente ampliado. Os enormes braços do interferômetro agora tinham que se estender por vários quilômetros, não metros, e ser equipados com a ótica e a eletrônica mais modernas. Ao mesmo tempo, o orçamento e a equipe de pesquisa cresceram. A implementação deste complexo projeto agora exigia não apenas um profundo conhecimento de física, mas também habilidade política. Em algum ponto, as tentativas de construir um desses grandes detectores no Maine falharam devido a rivalidades políticas e acordos nos bastidores de apparatchiks do Congresso. Isso ensinou aos cientistas que há mais interferência do que feixes de laser.
Surpreendentemente, a National Science Foundation aprovou o financiamento do PIOGV em 1992. Foi o projeto mais caro da fundação, como continua até hoje. O momento era certo: após o colapso da União Soviética no final de 1991, os físicos imediatamente perceberam que a lógica da Guerra Fria para a pesquisa científica no Congresso não era mais válida.
Foi nessa época que as táticas orçamentárias nos Estados Unidos entraram em uma nova fase. Já no planejamento de projetos de longo prazo, era preciso levar em conta as frequentes ameaças de suspensão das atividades dos órgãos do Estado (às vezes eram realizadas). Isso complicou a situação do orçamento, pois o foco agora estava em projetos de curto prazo que prometiam resultados rápidos. Se um projeto como o PIOGV fosse proposto hoje, é difícil imaginar que receberia aprovação.
No entanto, o PIOGV demonstra certas vantagens de uma abordagem de longo prazo. Este projeto exemplifica a relação estreita entre ciência e educação que vai muito além do dever de casa. Muitos alunos e pós-graduados da equipe do PIOGV tornaram-se co-autores de um artigo histórico sobre as ondas detectadas. Desde 1992, quase 600 dissertações foram escritas no âmbito desse projeto apenas nos Estados Unidos, preparadas por cientistas de 100 universidades e 37 estados. A pesquisa científica foi muito além da física e agora abrange áreas como design de engenharia e desenvolvimento de software.
O PIOGV mostra o que podemos alcançar olhando além do horizonte e não nos prendendo a orçamentos e relatórios anuais. Ao construir máquinas altamente sensíveis, educar jovens cientistas e engenheiros inteligentes e dedicados, podemos testar nossa compreensão fundamental da natureza com precisão sem precedentes. Esses esforços muitas vezes levam a melhorias nas tecnologias usadas na vida cotidiana: o sistema de navegação GPS foi criado como parte do trabalho para testar a teoria geral da relatividade de Einstein. É verdade que essas descobertas inesperadas são difíceis de prever. Mas com paciência, perseverança e boa sorte, podemos olhar para as profundezas do universo.
David Kaiser é professor e conferencista de Física e História da Ciência no Massachusetts Institute of Technology. Com W. Patrick McCray, ele editou Groovy Science: Knowledge, Innovation, and the American Counterculture.
