O que é a gravidade no espaço-tempo?

Newton descreveu a gravidade como uma atração que age instantaneamente através do espaço vazio, uma imagem que funciona muito bem para planejar uma trajetória lunar. Einstein substituiu o mecanismo. Na relatividade geral, apresentada à Academia Prussiana de Ciências em novembro de 1915, massa e energia determinam a curvatura do espaço-tempo, e essa curvatura determina como a matéria se move. Um planeta que orbita o Sol não está sendo puxado; ele está deslizando ao longo de uma geodésica, a coisa mais próxima de uma linha reta que a geometria local permite.

A percepção fundamental veio antes, daquilo que Einstein chamou seu pensamento mais feliz: uma pessoa em queda livre não sente peso. Estar numa caixa sem janelas acelerando uniformemente é indistinguível de estar parado num campo gravitacional. Se a gravidade pode ser feita desaparecer ao escolher um referencial em queda, ela não pode ser uma força como o eletromagnetismo — é uma propriedade do referencial e, portanto, da geometria.

O espaço-tempo em questão inclui o eixo do tempo, e o efeito temporal domina em campos fracos. Relógios mais profundos num poço gravitacional correm mais lentamente do que relógios mais acima. Isso não é um artefato de medição: os satélites GNSS precisam corrigir isso, porque a combinação de sua altitude e velocidade desloca seus relógios de bordo em dezenas de microssegundos por dia em relação ao solo, o suficiente para arruinar o posicionamento em poucas horas se for ignorado.

As previsões da teoria sobreviveram a um século de testes cada vez mais rigorosos. A luz se curva ao redor do Sol com o dobro do valor newtoniano, confirmado durante as expedições do eclipse de 1919. O periélio de Mercúrio avança à taxa que Einstein calculou. Em setembro de 2015, os detectores LIGO registraram ondas gravitacionais de buracos negros em fusão — ondulações na geometria do espaço-tempo, viajando à velocidade da luz, exatamente como as equações de campo exigem.