O século XVII foi um momento auspicioso para as ciências, com descobertas inovadoras sendo feitas em astronomia, física, mecânica, ótica e ciências naturais. No centro de tudo isso estava Sir Isaac Newton, o homem que é amplamente reconhecido como um dos cientistas mais influentes de todos os tempos e como uma figura-chave na Revolução Científica.
Físico e matemático inglês, Newton fez várias contribuições seminais para o campo da óptica e compartilha crédito com Gottfried Leibniz pelo desenvolvimento do cálculo. Mas foi a publicação de Newton de Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ("Princípios Matemáticos da Filosofia Natural"), pelo qual ele é mais famoso. Publicado em 1687, este tratado lançou as bases para a mecânica clássica, uma tradição que dominaria a visão dos cientistas sobre o universo físico pelos próximos três séculos.
Vida pregressa:
Isaac Newton nasceu em 4 de janeiro de 1643 - ou 25 de dezembro de 1642, de acordo com o calendário juliano (que estava em uso na Inglaterra na época) - em Woolsthorpe-by-Colsterworth, uma aldeia no condado de Lincolnshire. Seu pai, para quem ele foi nomeado, era um fazendeiro próspero que havia morrido três meses antes de seu nascimento. Tendo nascido prematuramente, Newton era pequeno quando criança.
Sua mãe, Hannah Ayscough, se casou novamente quando ele tinha três anos de um reverendo, deixando Newton aos cuidados de sua avó materna. Sua mãe continuaria a ter mais três filhos com seu novo marido, que se tornaram os únicos irmãos de Newton. Por causa disso, Newton aparentemente teve um relacionamento difícil com seu padrasto e mãe por algum tempo.
Quando Newton tinha 17 anos, sua mãe estava viúva novamente. Apesar de suas esperanças de que Newton se tornasse agricultor, como seu pai, Newton odiava a agricultura e procurava se tornar um acadêmico. Seus interesses em engenharia, matemática e astronomia eram evidentes desde tenra idade, e Newton começou seus estudos com uma aptidão para aprender e inventar que duraria pelo resto de sua vida.
Educação:
Entre os 12 e os 21 anos, Newton foi educado na The King's School, Grantham, onde aprendeu latim. Enquanto estava lá, ele se tornou o aluno mais bem classificado e recebeu reconhecimento por sua construção de relógios de sol e modelos de moinhos de vento. Em 1661, ele foi admitido no Trinity College, Cambridge, onde pagou seu caminho cumprindo as funções de manobrista (o que era conhecido como subsizar).
Durante seus primeiros três anos em Cambridge, Newton aprendeu o currículo padrão, que era baseado na teoria aristotélica. Mas Newton ficou fascinado com a ciência mais avançada e passou todo o seu tempo livre lendo as obras de filósofos e astrônomos modernos, como René Descartes, Galileo Galilei, Thomas Street e Johannes Kepler.
O resultado foi uma performance menos do que estelar, mas seu foco duplo também o levaria a fazer algumas de suas contribuições científicas mais profundas. Em 1664, Newton recebeu uma bolsa de estudos, o que lhe garantiu mais quatro anos até que ele obtivesse seu mestrado.
Em 1665, logo após Newton obter seu BA, a universidade fechou temporariamente devido ao surto da Grande Praga. Usando esse tempo para estudar em casa, Newton desenvolveu uma série de idéias que ele tinha que eventualmente se tornariam suas teorias sobre cálculo, óptica e lei da gravitação (veja abaixo).
Em 1667, ele retornou a Cambridge e foi eleito membro da Trinity, embora seu desempenho ainda fosse considerado espetacular. No entanto, com o tempo, suas fortunas melhoraram e ele ganhou reconhecimento por suas habilidades. Em 1669, ele recebeu seu M.A. (antes de completar 27 anos) e publicou um tratado explicando suas teorias matemáticas para lidar com séries infinitas.
Em 1669, ele sucedeu seu ex-professor e mentor Isaac Barrow - um teólogo e matemático que descobriu o teorema fundamental do cálculo - e se tornou a cadeira de matemática de Lucas em Cambridge. Em 1672, ele foi eleito membro da Royal Society, do qual permaneceria parte até o fim de sua vida.
Realizações científicas:
Enquanto estudava em Cambridge, Newton manteve um segundo conjunto de notas que ele intitulou "Quaestiones Quaedam Philosophicae” (“Certas questões filosóficas"). Essas anotações, que eram a soma total das observações de Newton sobre a filosofia mecânica, o levariam a descobrir o teorema binomial generalizado em 1665, e lhe permitiram desenvolver uma teoria matemática que levaria ao desenvolvimento do cálculo moderno.
No entanto, as primeiras contribuições de Newton foram na forma de óptica, que ele ministrava durante palestras anuais enquanto ocupava o cargo de presidente da Lucasian em Matemática. Em 1666, ele observou que a luz que entra em um prisma como um raio circular sai na forma de um oblongo, demonstrando que um prisma refrata diferentes cores de luz em diferentes ângulos. Isso o levou a concluir que a cor é uma propriedade intrínseca à luz, um ponto que havia sido debatido em anos anteriores.
Em 1668, ele projetou e construiu um telescópio refletor, que o ajudou a provar sua teoria. De 1670 a 1672, Newton continuou a dar palestras sobre óptica e investigou a refração da luz, demonstrando que o espectro multicolorido produzido por um prisma poderia ser recomposto em luz branca por uma lente e um segundo prisma.
Ele também demonstrou que a luz colorida não altera suas propriedades, independentemente de ser refletida, dispersa ou transmitida. Assim, ele observou que a cor é o resultado de objetos interagindo com a luz já colorida, em vez de objetos que geram a cor em si. Isso é conhecido como teoria da cor de Newton.
A Royal Society pediu uma demonstração de seu telescópio refletor em 1671, e o interesse da organização incentivou Newton a publicar suas teorias sobre luz, óptica e cor. Isso ele fez em 1672 em um pequeno tratado intitulado Of Cores, que mais tarde seria publicado em um volume maior contendo suas teorias sobre a natureza "corpuscular" da luz.
Em essência, Newton argumentou que a luz era composta de partículas (ou corpúsculos), que ele alegou serem refratadas pela aceleração em um meio mais denso. Em 1675, ele publicou essa teoria em um tratado intitulado "Hipótese da Luz ", no qual ele também postulou que a matéria comum era composta de corpúsculos maiores e sobre a existência de um éter que transmitia forças entre as partículas.
Depois de discutir suas idéias com Henry More, um teosofista inglês e membro dos platonistas de Cambridge, o interesse de Newton pela alquimia foi revivido. Ele então substituiu sua teoria de um éter existente entre as partículas da natureza por forças ocultas, com base nas idéias herméticas de atração e repulsão entre as partículas. Isso refletia o interesse contínuo de Newton em alquímico e científico, para o qual não havia uma distinção clara na época.
Em 1704, Newton publicou todas as suas teorias sobre luz, óptica e cores em um único volume intitulado Opticks: Ou, um tratado das reflexões, refrações, inflexões e cores da luz. Nele, ele especulou que a luz e a matéria poderiam se converter através de uma espécie de transmutação alquímica e se basearam nas teorias das ondas sonoras para explicar padrões repetidos de reflexão e transmissão.
Embora os físicos posteriores tenham favorecido uma explicação puramente ondulatória da luz para explicar os padrões de interferência e o fenômeno geral da difração, suas descobertas devem muito às teorias de Newton. O mesmo se aplica à mecânica quântica de hoje, aos fótons e à idéia de dualidade onda-partícula, que têm apenas uma pequena semelhança com a compreensão da luz por Newton.
Embora ele e Leibniz sejam creditados por terem desenvolvido o cálculo de forma independente, os dois homens se envolveram em uma controvérsia sobre quem o descobriu primeiro. Embora o trabalho de Newton no desenvolvimento do cálculo moderno tenha começado na década de 1660, ele relutou em publicá-lo, temendo controvérsias e críticas. Como tal, Newton não publicou nada até 1693 e não deu uma descrição completa de seu trabalho até 1704, enquanto Leibniz começou a publicar uma descrição completa de seus métodos em 1684.
No entanto, Newton, em trabalhos anteriores em mecânica e astronomia, envolveu o uso extensivo de cálculo na forma geométrica. Isso inclui métodos que envolvem "uma ou mais ordens do infinitamente pequeno" em sua obra de 1684, De motu corporum em gyrum (“Em o movimento dos corpos em órbita ") e no livro I do Principia, que ele chamou de "o método da primeira e da última proporção".
Gravitação universal:
Em 1678, Newton sofreu um colapso nervoso completo, provavelmente devido ao excesso de trabalho e a uma disputa constante com o colega da Royal Society Robert Hooke (veja abaixo). A morte de sua mãe, um ano depois, fez com que ele ficasse cada vez mais isolado, e por seis anos ele se retirou da correspondência com outros cientistas, exceto onde eles a iniciaram.
Durante esse hiato, Newton renovou seu interesse em mecânica e astronomia. Ironicamente, foi graças a uma breve troca de cartas em 1679 e 1680 com Robert Hooke que o levou a realizar suas maiores realizações científicas. Seu despertar também foi devido ao aparecimento de um cometa no inverno de 1680-1681, sobre o qual ele correspondeu a John Flamsteed - o astrônomo real da Inglaterra.
Posteriormente, Newton começou a considerar a gravitação e seu efeito nas órbitas dos planetas, especificamente com referência às leis de movimento planetário de Kepler. Após suas trocas com Hooke, ele elaborou provas de que a forma elíptica das órbitas planetárias resultaria de uma força centrípeta inversamente proporcional ao quadrado do vetor do raio.
Newton comunicou seus resultados a Edmond Halley (descobridor do "Cometa de Haley") e à Royal Society em sua De motu corporum in gyrum. Esse folheto, publicado em 1684, continha a semente que Newton expandiria para formar sua magnum opus, a Principia. Este tratado, publicado em julho de 1687, continha as três leis do movimento de Newton. Essas leis afirmavam que:
- Quando visto em um referencial inercial, um objeto permanece em repouso ou continua a se mover a uma velocidade constante, a menos que seja acionado por uma força externa.
- A soma vetorial das forças externas (F) em um objeto é igual à massa (m) desse objeto multiplicado pelo vetor de aceleração (a) do objeto. Em forma matemática, isso é expresso como: F =muma
- Quando um corpo exerce uma força sobre um segundo corpo, o segundo corpo exerce simultaneamente uma força igual em magnitude e direção oposta no primeiro corpo.
Juntas, essas leis descreviam a relação entre qualquer objeto, as forças que atuavam sobre ele e o movimento resultante, estabelecendo as bases para a mecânica clássica. As leis também permitiram a Newton calcular a massa de cada planeta, calcular o achatamento da Terra nos pólos e a protuberância no equador, e como a atração gravitacional do Sol e da Lua cria as marés da Terra.
No mesmo trabalho, Newton apresentou um método de cálculo como análise geométrica usando 'primeira e última razão', calculou a velocidade do som no ar (com base na Lei de Boyle), responsável pela precessão dos equinócios (que ele mostrou serem resultado da atração gravitacional da Lua para a Terra), iniciou o estudo gravitacional das irregularidades no movimento da lua, forneceu uma teoria para a determinação das órbitas dos cometas e muito mais.
Este volume teria um efeito profundo nas ciências, com seus princípios permanecendo cânones pelos 200 anos seguintes. Ele também informou o conceito de gravitação universal, que se tornou o pilar da astronomia moderna, e não seria revisado até o século 20 - com a descoberta da mecânica quântica e da teoria da relatividade geral de Einstein.
Newton e o "Incidente da Apple":
A história de Newton apresentando sua teoria da gravitação universal como resultado de uma maçã caindo em sua cabeça tornou-se um grampo da cultura popular. E embora muitas vezes se tenha argumentado que a história é apócrifa e Newton não tenha inventado sua teoria em nenhum momento, o próprio Newton contou a história muitas vezes e alegou que o incidente o havia inspirado.
Além disso, os escritos de William Stukeley - um clérigo inglês, antiquário e membro da Royal Society - confirmaram a história. Mas, em vez da representação cômica da maçã atingindo Netwon na cabeça, Stukeley descreveu em seu Memórias da vida de Sir Isaac Newton (1752) uma conversa em que Newton descreveu ponderando a natureza da gravidade enquanto assistia uma maçã cair.
“... fomos ao jardim e bebemos chá à sombra de alguns aplausos; somente ele e eu. em meio a outro discurso, ele me disse, ele estava exatamente na mesma situação, como quando antigamente a noção de gravitação vinha à sua mente. “Por que aquela maçã sempre desce perpendicularmente ao chão”, pensou ele consigo mesmo; ocasião pela queda de uma maçã ... "
John Conduitt, assistente de Newton no Royal Mint (que acabou se casando com sua sobrinha), também descreveu ouvir a história em seu próprio relato da vida de Newton. Segundo Conduitt, o incidente ocorreu em 1666, quando Newton estava viajando para encontrar sua mãe em Lincolnshire. Enquanto serpenteava no jardim, ele contemplou como a influência da gravidade se estendia muito além da Terra, responsável pela queda da maçã e pela órbita da Lua.
Da mesma forma, Voltaire escreveu em seu Ensaio sobre poesia épica (1727), que Newton pensara primeiro no sistema de gravitação enquanto caminhava em seu jardim e observava uma maçã cair de uma árvore. Isso é consistente com as anotações de Newton da década de 1660, que mostram que ele estava lutando com a idéia de como a gravidade terrestre se estende, em uma proporção de quadrado inverso, à Lua.
No entanto, levaria mais duas décadas para desenvolver completamente suas teorias, a ponto de poder oferecer provas matemáticas, como demonstrado no Principia. Uma vez concluído, ele deduziu que a mesma força que faz um objeto cair no chão era responsável por outros movimentos orbitais. Por isso, ele chamou de "gravitação universal".
Várias árvores são reivindicadas como “a” macieira que Newton descreve. A Escola do Rei, Grantham, afirma que a escola comprou a árvore original, a arrancou e a transportou para o jardim do diretor alguns anos depois. No entanto, o National Trust, que detém o Woolsthorpe Manor (onde Newton cresceu) em confiança, afirma que a árvore ainda reside em seu jardim. Um descendente da árvore original pode ser visto crescendo do lado de fora do portão principal do Trinity College, Cambridge, abaixo da sala em que Newton morava quando estudou lá.
Conflito com Robert Hooke:
Com o Principia, Newton tornou-se reconhecido internacionalmente e adquiriu um círculo de admiradores. Também levou a uma disputa com Robert Hooke, com quem ele teve um relacionamento conturbado no passado. Com a publicação de suas teorias sobre cor e luz em 1671/72, Hooke criticou Newton de uma maneira bastante condescendente, alegando que a luz era composta de ondas e não de cores.
Enquanto outros filósofos criticaram a idéia de Newton, foi Hooke (um membro da Royal Society que havia realizado um extenso trabalho em óptica) que mais afetou Newton. Isso levou ao relacionamento amargo entre os dois homens e a Newton quase desistindo da Royal Society. No entanto, a intervenção de seus colegas o convenceu a permanecer e o assunto acabou por desaparecer.
No entanto, com a publicação do Principia, as questões mais uma vez vieram à tona, com Hooke acusando Newton de plágio. O motivo da acusação tinha a ver com o fato de que, no início de 1684, Hooke havia feito comentários a Edmond Halley e Christopher Wren (também membros da Royal Society) sobre elipses e as leis do movimento planetário. No entanto, na época ele não ofereceu uma prova matemática.
No entanto, Hooke afirmou que havia descoberto a teoria dos quadrados inversos e que Newton havia roubado seu trabalho. Outros membros da Royal Society acreditavam que a acusação era infundada e exigiram que Hooke liberasse as provas matemáticas para fundamentar essa alegação. Enquanto isso, Newton removeu todas as referências a Hooke em suas anotações e ameaçou retirar o Principia da publicação subsequente completamente.
Edmund Halley, amigo de Newton e Hooke, tentou fazer as pazes entre os dois. Com o tempo, ele conseguiu convencer Newton a inserir um reconhecimento conjunto do trabalho de Hooke em sua discussão sobre a lei dos quadrados inversos. No entanto, isso não aplacou Hooke, que manteve sua acusação de plágio.
Com o passar do tempo, a fama de Newton continuou a crescer, enquanto a de Hooke continuou a diminuir. Isso fez com que Hooke se tornasse cada vez mais amargo e mais protetor do que via como seu trabalho, e ele não poupou oportunidade de atacar seu rival. A briga finalmente terminou em 1703, quando Hooke morreu e Newton o sucedeu como presidente da Royal Society.
Outras realizações:
Além de seu trabalho em astronomia, óptica, mecânica, física e alquimia, Newton também tinha um grande interesse pela religião e pela Bíblia. Durante a década de 1690, ele escreveu vários folhetos religiosos que abordavam interpretações literais e simbólicas da Bíblia. Por exemplo, seu artigo sobre a Santíssima Trindade - enviado ao famoso filósofo político e teórico social John Locke e inédito até 1785 - questionou a veracidade de 1 João 5: 7, a descrição na qual a Santíssima Trindade se baseia.
Obras religiosas posteriores - como A cronologia dos reinos antigos alterada (1728) e Observações sobre as profecias de Daniel e o apocalipse de São João (1733) - também permaneceu inédito até depois de sua morte. No Reinos, ele lidou com a cronologia de vários reinos antigos - a Primeira Idade dos Gregos, egípcios antigos, babilônios, médios e persas - e ofereceu uma descrição do Templo de Salomão.
No Profecias, ele se dirigiu ao Apocalipse, conforme predito no Livro de Daniel e Revelações, e defendia sua crença de que isso ocorreria em 2060 CE (embora outras datas possíveis incluíssem 2034 CE). Em sua crítica textual intitulada Um Relato Histórico de Duas Corrupções Notáveis das Escrituras (1754), ele colocou a crucificação de Jesus Cristo em 3 de abril de 33 dC, que concorda com uma data tradicionalmente aceita.
Em 1696, mudou-se para Londres para assumir o cargo de diretor da Casa da Moeda Real, onde se encarregou do grande recuo da Inglaterra. Newton permaneceria nesse cargo por 30 anos e talvez fosse o mestre mais conhecido da Casa da Moeda. Tão sério foi o seu compromisso com o papel que ele se aposentou de Cambridge em 1701 para supervisionar a reforma da moeda da Inglaterra e a punição dos falsificadores.
Como Warden, e depois Master, da Casa da Moeda Real, Newton estimou que 20% das moedas recolhidas durante o Grande Recuo de 1696 eram falsas. Conduzindo muitas investigações pessoalmente, Newton viajou a tabernas e bares disfarçados para reunir evidências e conduziu mais de 100 interrogatórios de testemunhas, informantes e suspeitos - o que levou ao julgamento bem-sucedido de 28 moedas falsas.
Newton foi membro do Parlamento da Inglaterra pela Universidade de Cambridge em 1689–16 e 1701–2. Além de ser presidente da Royal Society em 1703, ele era associado da Académie des Sciences francesa. Em abril de 1705, a rainha Anne cavalgou com Newton durante uma visita real ao Trinity College, Cambridge, fazendo dele o segundo cientista a ser cavaleiro (depois de Sir Francis Bacon).
Morte e Legado:
No final de sua vida, Newton passou a residir em Cranbury Park, perto de Winchester, com sua sobrinha e o marido dela, onde permaneceria até a morte. Naquela época, Newton havia se tornado um dos homens mais famosos da Europa e suas descobertas científicas eram incontestáveis. Ele também se tornara rico, investindo sua renda considerável com sabedoria e dando presentes consideráveis à caridade.
Ao mesmo tempo, a saúde física e mental de Newton começou a declinar. Quando chegou aos 80 anos, começou a ter problemas digestivos e teve que mudar drasticamente sua dieta e estilo de vida. Sua família e amigos também começaram a se preocupar com sua estabilidade mental, à medida que seu comportamento se tornava cada vez mais irregular.
Então, em 1727, Newton experimentou fortes dores no abdômen e perdeu a consciência. Ele morreu dormindo no dia seguinte, em 2 de março de 1727 (calendário juliano; ou 31 de março de 1727, calendário gregoriano) aos 84 anos de idade. Ele foi sepultado na tumba na abadia de Westminster. E, como solteiro, ele havia alienado grande parte de seus bens a parentes e instituições de caridade durante seus últimos anos.
Após sua morte, os cabelos de Newton foram examinados e continham mercúrio, provavelmente resultante de suas atividades alquímicas. O envenenamento por mercúrio foi citado como uma razão da excentricidade de Newton mais tarde na vida, bem como do colapso nervoso que ele experimentou em 1693. A fama de Isaac Newton cresceu ainda mais após sua morte, pois muitos de seus contemporâneos o proclamaram o maior gênio de todos os tempos. vivia.
Essas alegações não foram sem mérito, pois suas leis do movimento e a teoria da gravitação universal eram incomparáveis na época. Além de poder trazer as órbitas dos planetas, a Lua e até os cometas para um sistema coerente e previsível, ele também inventou o cálculo moderno, revolucionou nossa compreensão da luz e da óptica e estabeleceu princípios científicos que permaneceriam em uso por 200 anos seguintes.
Com o tempo, muito do que Newton defendia seria provado errado, graças em grande parte a Albert Einstein. Com sua teoria geral da relatividade, Einstein provaria que tempo, distância e movimento não eram absolutos, mas dependentes do observador. Ao fazer isso, ele derrubou um dos preceitos fundamentais da gravitação universal. No entanto, Einstein foi um dos maiores admiradores de Newton e reconheceu uma grande dívida com seu antecessor.
Além de chamar Newton de um "espírito brilhante" (em um discurso proferido em 1927 no 200º aniversário da morte de Newton), Einstein também observou que "a natureza para ele era um livro aberto, cujas cartas ele podia ler sem esforço". Em sua parede de estudos, Albert Einstein teria mantido uma foto de Newton, ao lado de fotos de Michael Faraday e James Clerk Maxwell.
Também foi realizada uma pesquisa na Royal Society da Grã-Bretanha em 2005, na qual foram perguntados aos membros quem tinha maior efeito na história da ciência: Newton ou Einstein. A maioria dos membros da Royal Society concordou que, no geral, Newton teve um impacto maior nas ciências. Outras pesquisas realizadas nas últimas décadas produziram resultados semelhantes, com Einstein e Newton disputando o primeiro e o segundo lugar.
Não é fácil viver durante um dos momentos mais auspiciosos da história. Além disso, no meio de tudo isso, não é fácil ser abençoado com uma visão que levará alguém a ter idéias que revolucionarão as ciências e alterarão para sempre o curso da história. Mas, durante tudo isso, Newton manteve uma atitude humilde e resumiu melhor suas realizações com as famosas palavras: “Se eu já vi mais, é ficar de pé sobre os ombros dos gigantes.“
Escrevemos muitos artigos sobre Isaac Newton para a Space Magazine. Aqui está um artigo sobre o que Isaac Newton descobriu e um artigo sobre as invenções de Isaac Newton.
Astronomy Cast também tem um episódio maravilhoso, intitulado Episódio 275: Isaac Newton
Para obter mais informações, consulte este artigo da Sociedade Galileu sobre Isaac Newton e o grupo sem fins lucrativos conhecido como The Newton Project.
Também gravamos um episódio inteiro do Astronomy Cast, sobre Gravidade. Ouça aqui, episódio 102: Gravity.
