A curvatura do espaço

 

Qual é a forma do Universo? É cúbico, esférico ou completamente ilimitado, estendendo-se até ao infinito?

Toda a informação que possuímos sobre os confins do Universo vem da luz (e ondas de rádio) que recebemos das galáxias distantes. Parece que a luz chega à Terra de todas as direções, o que nos leva a pensar na simetria do Universo, seja esférico ou infinito. Mas o Universo não é nada disso, e não pode ser representado totalmente por uma figura simétrica de três dimensões. Suas fronteiras externas não podem ser visualizadas, pois a luz não nos dá informação propagando-se em linha reta. Todo espaço compreendido em seus limites é curvo.

O espaço não é tridimensional, como um edifício ou uma esfera, sendo o tempo a quarta dimensão. O tempo aparece nas equações que se expressam as propriedades do espaço, mas não pode ser representado.

IMAGEM 01 – A CURVATURA DO ESPAÇO A

O espaço é curvo e é distorcido, pois contém matéria — todos os bilhões e bilhões de estrelas e galáxias do Universo. A luz sofre os efeitos das forças gravitacionais, exercidas pela matéria do espaço e, em distâncias longas, a luz se propaga em linhas curvas. Mesmo no nosso Sol, que é uma estrela sem muita massa, curva apreciavelmente um raio de luz que, dirigindo-se de uma estrela distante até à Terra, passa poucos graus do mesmo. A direção da curvatura observada parece sugerir que a luz se dobra para dentro. Um raio de luz que passa por qualquer ponto é, em conjunto, atraído para o centro do Universo.

Tal raio, depois de sofrer toda a ação da matéria do Universo, que o atrai para dentro, volta finalmente ao mesmo ponto de partida. É como partir de um ponto qualquer da Terra e viajar continuamente em linha reta. A “linha reta” vai-se dobrando num caminho curvo em volta da superfície do planeta.

A cada 40.000 quilômetros (circunferência da Terra), o caminho termina em seu ponto de partida, formando um grande círculo.

A curvatura do espaço pode ser visualizada pela estranha conduta da luz; particularmente da velocidade da luz. A velocidade é a distância dividida pelo tempo. Qualquer ilustração a respeito do comportamento da velocidade da luz inclui também a dimensão do tempo (que não pode ser incluída num diagrama puramente espacial).

IMAGEM 02 – A CURVATURA DO ESPAÇO B

Se a luz não fosse afetada pela matéria e sempre se propagasse em linha reta, o espaço não estaria distorcido nem curvado. Então poderia ser representado por uma superfície plana de duas dimensões.

Se a luz descreve um grande círculo em volta do Universo e volta ao ponto de partida, o diagrama de duas dimensões transforma-se numa esfera de três dimensões, e os caminhos da luz são círculos em volta da esfera. A luz muda de direção, logo sua velocidade varia.

As teorias da relatividade de Albert Einstein são todas ligadas ao comportamento da velocidade da luz. Em sua teoria geral da relatividade, Einstein (1916) demonstrou o que devia acontecer se a luz interagia com a matéria. Nas suas equações apresentavam-se duas possibilidades: a luz não era afetada, e então o Universo seria plano; a luz se curvava para dentro ou para fora. As duas últimas possibilidades conduzem a um espaço curvo de quatro dimensões. Mas se a luz se curva para fora, o diagrama toma a forma de uma sela de montar e as curvas são hipérboles em vez de círculos. Os raios de luz sairiam continuamente e nunca voltariam ao ponto de partida. A evidência experimental que possuímos parece indicar uma curvatura para o interior do espaço.