Newton: Vida, Leis e Aplicações

Isaac Newton nasceu em 4 de janeiro de 1643 na aldeia de Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra. Era o único filho de Isaac Newton – que morreu três meses antes do nascimento de seu filho – e Hannah Ayscough Newton.

Newton nasceu prematuro e fraco, e por isso era esperado que não sobrevivesse. Quando tinha apenas 3 anos, sua mãe casou-se com outro homem e foi morar com ele, deixando o jovem filho com sua avó materna. Isso se refletiu na personalidade de Newton, que algumas vezes demonstrou insegurança.

Aos 12 anos ele se reencontrou com sua mãe, após seu segundo marido morrer. Sua mãe trouxe consigo seus três novos filhos do segundo casamento. Newton ingressou na King’s School, onde foi introduzido ao mundo da Química. Após algum tempo sua mãe o tirou da escola, pois seu plano era fazer de Newton um fazendeiro. Ele achou o ofício monótono e fracassou.

Logo após foi mandado novamente para a King’s School para terminar sua educação básica. Possivelmente percebendo as habilidades intelectuais do jovem Newton, seu tio, um graduado da University of Cambridge's Trinity College, persuadiu sua mãe para deixá-lo ingressar na universidade. Newton ingressou em um programa trabalho-estudo em 1661 e subsequentemente trabalhou como garçom e tomando conta dos quartos de estudantes mais ricos.

Quando chegou a Cambridge, a Revolução Científica do século XVII estava em plena força. A visão heliocêntrica do universo estava mais conhecida na maioria dos círculos acadêmicos europeus. O filósofo René Descartes começava a formular um novo conceito de natureza como uma máquina complexa, impessoal e inerte. Ainda, como na maioria das universidades na Europa, Cambridge estava impregnada da filosofia Aristotélica e uma visão da natureza apoiada no geocentrismo, tratando a natureza em termos mais qualitativos do que quantitativos.

Durante seus três primeiros anos em Cambridge foi ensinado a Newton o currículo padrão, mas ele se fascinou pela ciência mais avançada. Todo seu tempo livre foi gasto lendo os filósofos modernos. O resultado foi uma performance não muito boa, mas entendível, dado seu duplo curso de estudo. Foi nessa época que escreveu um segundo grupo de notas, intitulado “Quaestiones quaedam philosophicae” (“Certas questões filosóficas”, em português). Esse grupo de notas mostra que Newton havia descoberto o novo conceito de natureza que fornecia a estrutura para a Revolução Científica.

Ainda que tivesse se graduado sem honras ou distinções, seus esforços lhe renderam o título de estudioso e quatro anos de suporte financeiro para futuros estudos. Desafortunadamente, em 1665, a Grande Praga que estava assolando a Europa chegou a Cambridge, forçando a universidade a fechar. Newton voltou à sua casa para prosseguir seus estudos particulares. Foi durante esse intervalo de dezoito meses que ele concebeu o cálculo infinitesimal, encontrou fundamentos para sua teoria da luz e da cor e teve ideias significantes acerca das leis do movimento planetário -- ideias que eventualmente o levaram à publicação do seu Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”, em português) em 1687. Segunda a lenda, foi nessa época que Newton teve sua famosa inspiração para a gravidade: a maçã que caiu sobre sua cabeça.

Quando a ameaça da praga afundou em 1667, Newton retornou a Cambridge e foi eleito minor fellow* (Fellow menor), já que ainda não era considerado um aluno extraordinário. Mesmo assim sua fortuna aumentou nos anos seguintes. Newton recebeu sua graduação de Master of Arts (Mestre de Artes, em português) em 1669, antes de completar 27 anos. Durante esse tempo ele se deparou com o livro de Nicholas Mercator sobre métodos para tratar com séries infinitas. Newton logo escreveu um tratado, “De Analysi”, expondo seus próprios métodos, mais amplos. Ele compartilhou isso com seu mentor e amigo Isaac Barrow, mas não incluiu seu nome como autor.

Em julho de 1669, Barrow compartilhou o desacreditado manuscrito com o matemático britânico John Collins. Em agosto do mesmo ano, Barrow identificou o autor do manuscrito para Collins como “Mr. Newton … muito jovem … mas de um extraordinário gênio e proficiência nessas coisas.” (“Mr. Newton … very young … but of an extraordinary genius and proficiency in these things.”). O trabalho de Newton foi trazido para a atenção da comunidade matemática pela primeira vez. Passado pouco tempo, Barrow abriu mão da sua cadeira Lucasiana em Cambridge e Newton assumiu seu posto.

Vida Profissional

Como professor, Newton foi dispensado de ensinar, mas requisitado para fornecer um curso anual de palestras. Ele escolheu fornecer seu trabalho em óptica como o tópico inicial. Parte dos estudos de Newton sobre óptica foi auxiliada com o uso de um telescópio refletor que ele desenhou e construiu em 1668 – seu primeiro grande feito científico. Essa invenção ajudou a provar sua teoria da luz e da cor. A Royal Society pediu a ele uma demonstração de seu telescópio refletor em 1671, e o interesse da organização encorajou Newton a publicar suas notas sobre luz, óptica e cor em 1672. Essas notas foram depois publicadas como parte de sua obra “Opticks: Or, A Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections and Colours of Light” (“Ótica: Ou, Um Tratado das Reflexões, Refrações, Inflexões e Cores da Luz”, em português).

De qualquer forma, nem todos na Royal Academy eram entusiastas das descobertas de Newton no campo da óptica. Entre os dissidentes estava Robert Hooke, um dos membros originais da Royal Academy e um cientista que estava estabelecido em várias áreas, inclusive na mecânica e na óptica. No seu papel, Newton teorizou que a luz branca era composta por todas as cores do espectro, e que a luz era composta por partículas. Hooke acreditava que a luz era composta por ondas. Hooke logo condenou a obra de Newton em termos condescendentes, e atacou a metodologia e as conclusões de Newton.

Hooke não era o único a questionar o trabalho de Newton no campo da óptica. O renomado cientista alemão Christiaan Huygens e alguns jesuítas franceses também levantaram objeções. Mas por causa da associação de Hooke com a Royal Society e seu próprio trabalho em ótica, suas críticas atingiram fortemente Newton. Impossibilitado de lidar com a crítica, ele se enfureceu – uma reação para o criticismo que continuou durante sua vida.

Newton negou as acusações de Hooke de que suas teorias tinham alguma falha e argumentou a importância de suas descobertas para toda a ciência. Nos meses seguintes, as trocas entre os dois homens se tornaram mais ásperas, e logo Newton ameaçou abandonar a sociedade por completo. Ele permaneceu apenas quando vários outros membros asseguraram-lhe de que os Fellows* mantinham-o em alta estima.

De qualquer forma, a rivalidade entre Newton e Hooke continuou por várias anos após isso. Então, em 1678, Newton sofreu uma grande crise nervosa e a correspondência abruptamente acabou. A morte de sua mãe no ano seguinte fez com que ele se tornasse ainda mais isolado, e por seis anos ele se afastou de trocas intelectuais, exceto quando outros iniciaram correspondência, a qual ele sempre manteve breve.

Durante seu hiato da vida pública, Newton retornou ao seu estudo da gravitação e seus efeitos nas órbitas dos planetas. Ironicamente, o ímpeto que colocou Newton na direção certa nesse estudo veio de Robert Hooke. Numa carta de 1679 de correspondência geral para membros da Royal Society para contribuições, Hooke escreveu para Newton e trouxe à tona a questão do movimento planetário, sugerindo que uma fórmula envolvendo os inversos dos quadrados poderia explicar a atração entre planetas e a forma de suas órbitas.

Trocas subsequentes aconteceram antes que Newton rapidamente quebrasse a correspondência novamente. Mas a ideia de Hooke foi logo incorporada ao trabalho de Newton sobre movimento planetário, e pelas suas notas parece que ele tinha rapidamente esboçado suas próprias conclusões em 1680, porém ele manteve suas descobertas em silêncio.

No começo de 1684, numa conversa com Christopher Wren e Edmond Halley, Fellows membros da Royal Society, Hooke fez seu caso na prova para o movimento planetário. Ambos, Wren e Halley, pensaram que ele estava em direção a alguma coisa, mas apontou que uma demonstração matemática era necessária. Em agosto de 1684, Halley visitou Cambridge com Newton, que estava saindo de seu isolamento. Halley futilmente perguntou a ele qual forma a órbita de um planeta tomaria se sua atração para o Sol seguisse o inverso do quadrado da distância entre eles (teoria de Hooke).

Newton sabia a resposta devido ao seu concentrado trabalho dos passados seis anos, e replicou: “Uma elipse.” Newton disse ter resolvido o problema por volta de dezoito anos antes, durante a Praga e seu hiato para Cambridge, mas ele não podia achar suas notas. Halley o persuadiu para trabalhar matematicamente no problema e ofereceu pagar todos os custos para que a ideia pudesse ser publicada.

Publicando “Principia”

Em 1687, após 18 meses de trabalho intenso, efetivo e ininterrupto, Newton publicou Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Princípios Matemáticos da Filosofia Natural). Tido como o livro mais influente na Física e possivelmente em toda a Ciência, é mais conhecido como Principia e contém informação em quase todos os conceitos essenciais da Física, exceto energia.

A obra oferece uma descrição quantitativa exata de corpos em movimento em três leis básicas: 1) Um corpo em inércia permanecerá em inércia, a menos que uma força externa seja aplicada a ele; 2) Força é igual à massa vezes a aceleração, e a mudança no movimento é proporcional à força aplicada; 3) Para toda ação, há uma reação igual e oposta. Essas três leis ajudaram a explicar não apenas órbitas planetárias elípticas mas quase todos os outros movimentos no Universo: como os planetas são mantidos em órbita pela atração da gravidade do Sol; como a Lua gira ao redor da Terra e como as luas de Júpiter giram ao redor dele; e como cometas giram em órbitas elípticas ao redor do Sol.

As leis também permitiram que Newton calculasse a massa de cada planeta, o achatamento da Terra nos pólos e a protuberância no equador, e como a atração gravitacional do Sol e da Lua criam as marés da Terra. Segundo Newton, a gravidade manteve o universo equilibrado, o fez funcionar e trouxe o paraíso e a Terra juntos em uma grande equação.

Acerca da publicação da primeira edição de Principia, Robert Hooke imediatamente acusou Newton de plágio, reivindicando que ele havia descoberto a teoria dos quadrados inversos e que Newton roubara seu trabalho. A acusação era infundada, como a maioria dos cientistas sabia, Hooke havia apenas teorizado na ideia mas nunca a trouxe a nenhum nível de provas. De qualquer forma, Newton estava furioso e defendeu fortemente suas descobertas.

Ele removeu de suas notas todas as referências a Hooke e ameaçou deixar de publicar completamente a edição subsequente de Principia. Halley, que havia investido muito de si mesmo no trabalho de Newton, tentou criar paz entre os dois homens. Enquanto Newton relutantemente concordou em inserir um reconhecimento conjunto do trabalho de Hooke (compartilhado com Wren e Halley) em sua discussão da lei do inverso dos quadrados, isso não adiantou nada para aplacar Hooke.

Com o passar dos anos, a vida de Hooke começou a se resolver. Sua amada sobrinha e companheira morreu no mesmo ano em que Principia foi publicado, em 1687. Assim como a reputação e a fama de Newton cresceram, a de Hooke declinou, fazendo com que se tornasse ainda mais amargo e repugnante com seu rival.

Até o amargo fim, Hooke aproveitou todas as oportunidades que tinha para ofender Newton. Sabendo que seu rival em breve seria eleito presidente da Royal Society, Hooke recusou-se a se aposentar até o ano de sua morte, em 1703.

Anos finais

Perto do fim da vida, Newton viveu em Cranbury Park, perto de Winchester, Inglaterra, com sua sobrinha Catherine (Barton) Conduitt e seu marido, John Conduitt. A essa altura, Newton havia se tornado um dos homens mais famosos na Europa. Suas descobertas científicas foram incontestadas. Ele também havia se tornado rico, investindo sua considerável renda com sabedoria e dando grandes presentes à caridade. Apesar de sua fama, a vida de Newton estava longe de ser perfeita: Ele nunca se casou ou fez muitos amigos, e em seus últimos anos, uma combinação de orgulho, insegurança e viagens paralelas em peculiares investigações científicas levou mesmo alguns de seus poucos amigos a se preocuparem com sua estabilidade mental.

Quando chegou a 80 anos de idade, Newton estava com problemas de digestão e teve que mudar drasticamente sua dieta e mobilidade. Então, em março 1727, Newton experimentou uma forte dor em seu abdômen e apagou, nunca mais recuperando a consciência. Ele morreu no dia seguinte, em 31 de Março de 1727, com 84 anos.

A fama de Isaac Newton cresceu ainda mais depois de sua morte, e muitos de seus contemporâneos proclamaram-o o maior gênio que já existiu. Talvez um pouco de exagero, mas suas descobertas tiveram um grande impacto sobre o pensamento ocidental, levando a comparações como Platão, Aristóteles e Galileu.

Apesar de suas descobertas terem sido entre muitas feitas durante a Revolução Científica, os princípios universais da gravidade de Isaac Newton não encontraram paralelos na ciência da época. Claro, Newton foi provado errado em alguns de seus principais pressupostos. No século XX, Albert Einstein subverteria o conceito de universo de Newton, afirmando que o espaço, a distância e o movimento não eram absolutos, mas relativos, e que o universo era mais fantástico do que Newton havia concebido.

Newton não poderia ter se surpreendido: Ao final de sua vida, quando pedido para avaliar suas realizações, respondeu: "Eu não sei o que eu posso parecer para o mundo; mas para mim eu pareço ter sido apenas como um garoto brincando na praia, e me divertindo agora e então em encontrar uma pedra mais lisa ou uma concha mais bonita do que o normal, enquanto o grande oceano da verdade permanece não descoberto perante mim.”

* Os Fellows são professores ou alunos destacados, membros do governo de algumas universidades (como na University of Cambridge's Trinity College).