Os astrofísicos falam muito sobre lentes gravitacionais, um dos aspectos mais divertidos da infame dualidade partícula-onda da luz. O fenómeno mostra, de forma previsível e mensurável, como a pequena massa dentro de cada fotão de luz que sai de uma estrela distante na verdade leva essa luz a curvar-se dentro da atração gravitacional de quaisquer corpos celestes densos ao longo do seu caminho.
Agora, um físico da Universidade de Wollongong criou um novo sistema de laser de fibra óptica – pequeno e robusto o suficiente para ser operado a partir de uma aeronave ou mesmo de um submarino – que dominou esta curvatura gravitacional da luz para aplicações de detecção remota. De acordo com Enbang Li, que projetou e testou o novo dispositivo, este sensor de curvatura de luz poderá um dia ser implantado em levantamentos aéreos para mapeamento subterrâneo e monitoramento ambiental, bem como em sistemas de navegação submarina.
“Pequenas mudanças na gravidade podem revelar mudanças críticas abaixo ou ao nosso redor, desde níveis de água subterrânea até acúmulos de magma abaixo de vulcões que podem indicar erupções futuras”, disse Li em comunicado à imprensa.
Li vê outras aplicações que poderiam incluir exploração de recursos geológicos, monitoramento climático e avaliações de perigos naturais semelhantes a sonares ou radares. “Nossa pesquisa sugere que as tecnologias de detecção baseadas em luz poderão um dia fornecer uma nova maneira de detectar e monitorar essas mudanças com altíssima precisão”, disse ele.
Mapeamento gravitacional
Cientistas e engenheiros de áreas como defesa e mineração já confiam em várias formas mecânicas de detecção da gravidade. Mas estes métodos de medição, que são utilizados para detectar características como a densidade das rochas, bolsas de água escondidas ou redes de cavernas subterrâneas, podem, infelizmente, tornar-se imprecisos, mesmo por vibrações e movimentos subtis.
A tecnologia de sensor de curvatura da luz de Li, ou “mapeamento de gravidade”, como ele chamou em seu novo estudar em relatórios científicos, ofereceria vantagens distintas em termos de maior mobilidade e sensibilidade. (O artigo de Li ainda está em revisão editorial na revista, mas uma versão não editada foi publicada para fornecer acesso antecipado aos resultados).
O dispositivo é enganosamente pequeno, com cerca de um metro de altura, contendo duas bobinas de cabo de fibra óptica que se desenrolariam cada uma com pouco mais de 10 quilômetros de comprimento. O dispositivo funciona comparando e contrastando o intervalo de tempo entre dois feixes de luz laser, à medida que cada feixe bombeia rapidamente fótons através de suas respectivas bobinas em espiral e de volta. Esses atrasos de tempo cada vez menores, da ordem de alguns picossegundos, fornecem os pontos de dados individuais escaláveis que registram a perturbação da luz laser devido à gravidade – que Li testou no laboratório por meio da proximidade de suas duas bobinas a um pedaço cilíndrico de aço de 72 kg (159 lb) sobre rodas.
A Universidade de Wollongong descreveu o dispositivo como “uma prova de conceito inicial” em seu comunicado à imprensa, observando que seriam necessárias mais pesquisas “explorando interações adicionais entre luz e campos gravitacionais” antes que esta tecnologia seja robusta o suficiente para uso no campo.
Quão constante é a velocidade da luz, realmente?
Como Li observou neste estudo, esses experimentos foram conduzidos em um laboratório de óptica “totalmente climatizado” e em um “edifício livre de vibrações”, dois fatores que ajudaram a descartar outras variáveis durante a calibração deste novo dispositivo de medição.
Mesmo assim, como reconheceu no seu estudo, ainda há “mais trabalho que deve ser feito para identificar melhor as fontes de geração das flutuações nos sinais de atraso de tempo medidos”.
Mas, nesse processo, estes desfasamentos temporais também podem acabar por reacender algumas questões bastante fundamentais da física, de acordo com Li – especificamente a premissa de longa data de que a velocidade da luz funciona como uma constante.
“Em 1905, Albert Einstein postulou que a velocidade da luz no vácuo é constante e independente do movimento do observador”, disse Li em comunicado. “Os nossos resultados experimentais sugerem que os fotões podem interagir com o campo gravitacional da Terra de formas que podem influenciar a forma como a luz é transmitida, o que fornece uma nova perspectiva sobre esta suposição de longa data.”
