Em 1915, Albert Einstein publicou sua Teoria Geral da Relatividade. De acordo com esta teoria, a gravidade não é uma força, como havia sido considerada desde que Newton publicou seu trabalho sobre a gravidade. Einstein via a gravidade como a dobra do próprio espaço-tempo.
Quando colocamos um objeto maciço no espaço, ele cria uma curvatura no tecido do cosmos. Objetos próximos ao maciço seguem o caminho geodésico nessa curvatura. Assim, cria-se uma ilusão de que os objetos estão se atraindo. É por isso que quando você joga uma bola longe da Terra, ela retorna, seguindo esse caminho geodésico, não por causa de alguma força misteriosa de atração, os objetos possuem.
Geodésico denota a linha mais curta possível entre dois pontos em uma esfera ou outra superfície curva como a
Essa ideia revolucionou nossa compreensão do Universo. Abriu direções para explorar o Universo, para saber qual é a natureza da natureza. Desde que a Teoria Geral da Relatividade foi publicada pela primeira vez em 1915, ela fez muitas previsões, e elas foram comprovadas.
A ideia de Buracos Negros ou anjos das trevas veio da teoria da relatividade geral de Einstein. De acordo com a Relatividade Geral, quanto mais massivo um objeto seria, mais curvatura ele criará no espaço-tempo. Imagine uma bola em um trampolim, uma bola menor criará uma pequena curvatura, enquanto uma enorme criará uma curva maior. Assim, quanto mais massa você adicionar a um objeto, sua influência gravitacional aumentará.
No caso da nossa Terra, ela dobra o espaço em torno de si mesma para que a lua permaneça orbitando-a. Para qualquer objeto nas proximidades de qualquer corpo celeste, ele precisa de energia para escapar de sua influência gravitacional. Por exemplo, no caso da Terra, o objeto deve ter uma energia cinética de 11,19 km/s para escapar. Essa velocidade, com a qual o objeto pode escapar da influência gravitacional de outro objeto e entrar no espaço, é chamada de Velocidade de Fuga. Depende totalmente da massa do corpo celeste, do qual você está tentando escapar. Como o Sol é enorme que a Terra, sua velocidade de fuga é de 615km/s, o que significa que você precisa cobrir 615km em apenas um segundo.
Em 1916, um ano após a publicação da Relatividade Geral, um cientista chamado Karl Schwarzschild elaborou uma solução da relatividade geral, que previu a existência de um objeto, tão denso e tão massivo, que pode curvar o espaço ao seu redor ao infinito. Bem, a solução de Schwarzschild não deu a definição moderna dos buracos negros, mas abriu caminho para uma exploração adicional deste objeto misterioso.
A primeira definição moderna de buracos negros veio do trabalho de David Finkelstein em 1958. Buracos negros são definidos como a região no espaço-tempo a partir do qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar. Lembre-se, a luz é a coisa mais rápida do Universo, e sua velocidade é o limite de velocidade do Universo. O astrônomo americano John Wheeler cunhou o termo buraco negro em 1967. Foi considerado resultado de curiosidade matemática até 1971, quando o primeiro buraco negro, Cygnus X-1, foi visto na constelação de Cygnus. Isso levou os cientistas a terem mais fé na relatividade geral de Einstein. Ele previu ondas gravitacionais, que foram descobertas pelo observatório LIGO em 2015. Quatro anos depois, em 2019, a equipe do EHT (Event Horizon Telescope) capturou um buraco negro pela primeira vez.
Quando Einstein estava trabalhando em sua teoria da Relatividade, a natureza do Universo era considerada estática. Mas suas equações estavam prevendo um universo em expansão. Então, ele introduziu um termo chamado Constant Cosmo, que mais tarde ele chamou de seu Maior Erro.
Na década de 1920, quando Edwin Hubble descobriu que o Universo está se expandindo, Einstein reorganizou suas equações com esse novo termo. Hoje, explica a expansão do Universo, um problema na física chamado Energia Escura. É considerado um mistério porque ainda não sabemos por que o Universo está se expandindo. Depois que Edwin Hubble fez essa descoberta, os cientistas pensaram que a expansão do Universo é devido ao Big Bang. Imagine uma explosão, nesta cena, você verá que as partículas estariam se afastando do centro. Os cientistas pensaram que o mesmo está acontecendo com o Universo. As galáxias estão recuando por causa desse impulso inicial devido à energia do Big Bang. Com o tempo, deve diminuir devido à gravidade. Mas o problema começou na década de 1990, quando os astrônomos observaram o Universo novamente. A observação surpreendeu os cientistas; em vez de desacelerar, a taxa de expansão do Universo aumentou. Não havia nenhuma razão conhecida que pudesse desencadear a taxa de expansão. Deve haver outra coisa que está fazendo com que o Universo se expanda a cada vez mais rápido. Essa força desconhecida que está fazendo com que o Universo se expanda é denominada como Energy.It Escuro é estimada que essa energia compreende 68% do Universo. Por um lado, as descobertas estavam provando que Einstein estava certo, mas algumas novas ideias estavam surgindo ao mesmo tempo que estavam fazendo os cientistas duvidar dessa teoria.
Na década de 1970, Vira Rubin e Kent Ford observaram algo muito bizarro, algo que não deveria estar acontecendo. Eles observaram nossa galáxia próxima, Andrômeda. Suas observações mostraram que as estrelas longe do centro da galáxia estavam se movendo tão rápido quanto as próximas. Se eles estão se movendo rápido a uma distância tão grande do centro da galáxia, eles devem voar separados.
Imagine uma roda giratória, se a roda está girando lentamente e você colocar um pouco de água sobre ela, ela permanecerá gruda na roda. Mas quando você movê-lo rápido, a água na roda vai voar à parte. A mesma coisa deveria estar acontecendo no caso das galáxias, mas é o oposto lá. As estrelas em vez de voar para longe permanecem lá. Isso só pode acontecer se houver alguma matéria extra cuja gravidade está segurando as estrelas para trás. Mas os astrônomos viram não importa lá, o que pode suportar este fenômeno. A relatividade geral não pode explicar isso.
Hoje, os cientistas chamam esse problema de "Matéria Escura", que não pode ser observado diretamente, mas está lá. Os cientistas dizem que todas as galáxias têm essa fonte desconhecida de gravidade. E no universo primitivo, deve ter desempenhado um papel importante na formação de galáxias.
De acordo com estimativas, 27% do Universo é feito de Matéria Escura. Isso é assustador que os trilhões de estrelas e planetas, todo o Universo observável que podemos ver, fazem apenas 5% de todo o cosmos. Alguns cientistas acham que isso mostra que a relatividade geral está incompleta, e precisamos modificá-la.
Em 2010, Erik Verlinde, um teórico das cordas, sugeriu que não há matéria invisível (Matéria Escura) lá para segurar as estrelas, e nossa teoria da gravidade não pode explicar isso. Sua nova teoria da gravidade, chamada Gravidade Emergente, prevê exatamente o mesmo desvio de movimentos geralmente descrito pela inserção de matéria escura na história. Ele acha que a relatividade geral ainda está incompleta, e temos que modificá-la. Ele está trabalhando nisso e espera encontrar uma solução em breve.
Mostra como a matéria escura é o fracasso da relatividade geral. Tem limites, o mesmo que aconteceu com a teoria da gravidade de Newton, que não foi capaz de descrever a natureza do Universo em grande escala. Outro aspecto que levou os cientistas a duvidar da teoria está relacionado com os objetos previstos pela própria teoria, ou seja, buracos negros. Buracos negros são criados quando uma estrela, pelo menos três vezes maior que o nosso Sol morre com uma explosão espetacular chamada Supernova. Esta explosão espalhou matéria para o Universo, mas o núcleo permanece lá. O núcleo de estrelas massivas entra em colapso para dentro de si mesmo, criando um ponto com densidade infinita e volume zero. Este ponto é chamado de Singularidade. O que é singularidade? O que acontece com a Singularidade? Os cientistas não têm respostas para essas perguntas. E a relatividade geral pára de funcionar dentro de um buraco negro. As equações de campo de Einstein quebram quando os cientistas tentam aplicá-las. O tempo não existe lá. O espaço não faz sentido algum. Talvez, o pior de tudo é que não se encaixa com uma teoria ainda mais precisa, Mecânica Quântica. A mecânica quântica descreve o comportamento da matéria em uma escala extremamente pequena. No entanto, não há teoria que descreva como a gravidade funciona no nível quântico. Sempre que ambas as teorias são tentadas para combinar, o desastre ocorre. Por exemplo, a relatividade geral afirma que a massa dobra o espaço-tempo, como um elétron tem uma massa, dobra o espaço-tempo? Da Mecânica Quântica, sabemos que partículas quânticas como um elétron não têm uma certa posição. Eles estão em vários locais ao mesmo tempo. Então, a gravidade também está em locais diferentes ao mesmo tempo? Durante o experimento de fenda dupla, um elétron passa por ambos os buracos ao mesmo tempo. Onde está a gravidade aqui? A teoria geral da relatividade de Einstein falha e não pode responder a essas perguntas. Ambas as teorias estão fazendo um ótimo trabalho em seus lugares, mas são incompatíveis umas com as outras. Mas em lugares como buracos negros, eles devem trabalhar juntos. A busca pela unificação de ambas as teorias ainda está acontecendo e também há diferentes candidatos como A Teoria M e Loop Quantum Gravity, mas eles ainda não estão comprovados.