Isaac Newton

Isaac Newton  foi um cientista inglês, mais reconhecido como físico e matemático, embora tenha sido também astrônomo, alquimista, filósofo natural e teólogo.

            Sua obra, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, é considerada uma das mais influentes na história da ciência. Publicada em 1687, esta obra descreve a lei da gravitação universal e as três leis de Newton, que fundamentaram a mecânica clássica.

            Ao demonstrar a consistência que havia entre o sistema por si idealizado e as leis de Kepler do movimento dos planetas, foi o primeiro a demonstrar que os movimentos de objetos, tanto na Terra como em outros corpos celestes, são governados pelo mesmo conjunto de leis naturais. O poder unificador e profético de suas leis era centrado na revolução científica, no avanço do heliocentrismo e na difundida noção de que a investigação racional pode revelar o funcionamento mais intrínseco da natureza.

            Newton construiu o primeiro telescópio refletor operacional e desenvolveu a teoria das cores baseada na observação que um prisma decompõe a luz branca em várias cores do espectro visível. Ele também formulou uma lei empírica de resfriamento e estudou a velocidade do som.

            Além de seu trabalho em cálculo infinitesimal, como matemático Newton contribuiu para o estudo das séries de potências, generalizou o teorema binomial para expoentes não inteiros, e desenvolveu o método de Newton para a aproximação das raízes de uma função, além de muitas outras contribuições importantes.

            Newton também dedicou muito de seu tempo ao estudo da alquimia e da cronologia bíblica, mas a maior parte de seu trabalho nessas áreas permaneceu não publicada até muito tempo depois de sua morte.

            Em uma pesquisa promovida pela Royal Society, Newton foi considerado o cientista que causou maior impacto na história da ciência. De personalidade sóbria, fechada e solitária, para ele, a função da ciência era descobrir leis universais e enunciá-las de forma precisa e racional.

            Newton nasceu em 4 de janeiro de 1643 em Woolsthorpe Manor, embora seu nascimento tivesse sido registrado como no dia de Natal, 25 de dezembro de 1642, pois àquela época a Grã-Bretanha usava o calendário juliano. Seu nascimento foi prematuro, não tendo conhecido seu pai, um próspero fazendeiro que também se chamava Isaac Newton e morreu três meses antes de seu nascimento. Sua mãe, Hannah Ayscough Newton, passou a administrar a propriedade rural da família. A situação financeira era estável, e a fazenda garantia um bom rendimento. Com apenas três anos, Newton foi levado para a casa de sua avó materna, Margery Ayscough, onde foi criado, já que sua mãe havia se casado novamente (com um pastor chamado Barnabas Smith).

            Um ser de personalidade fechada, introspectiva e de temperamento difícil: assim era Newton, que, embora vivesse em uma época em que a tradição dizia que os homens cuidariam dos negócios de toda a família, nunca demonstrou habilidade ou interesse para esses tipos de trabalho. Por outro lado, pensa-se que ele passava horas e horas sozinho, observando as coisas e construindo objetos. Parece que o único romance de que se tem notícia na vida de Newton tenha ocorrido com a senhorita de nome Anne Storer , embora isso não seja comprovado.

            A partir da idade de aproximadamente doze até os dezessete anos, Newton foi educado na The King's School, em Grantham. Ele foi retirado da escola em outubro de 1659 para viver em Woolsthorpe-by-Colsterworth, onde sua mãe, viúva, agora pela segunda vez, tentou fazer dele um agricultor; mas ele odiava trabalhar na agricultura. Henry Stokes, diretor da The King's School, convenceu sua mãe a mandá-lo de volta à escola para que pudesse completar sua educação.  Um caderno escolar de Newton revela alguns dos assuntos que ele estudou nas aulas de Stokes neste período: aritmética, agrimensura, trigonometria e construções geométricas que incluíam as aproximações de Arquimedes para o número π. De acordo com o historiador V. F. Rickley: "Isso ia muito além de qualquer coisa ensinada nas universidades da época; consequentemente, ao contrário da tradição, Newton tinha um conhecimento superior de matemática antes de ir para Cambridge."

Especula-se que Newton estudou latim, grego, hebreu e a Bíblia. Alguns autores destacam a ideia de que era um aluno mediano, até que uma cena de sua vida mudou isso: uma briga com um colega de escola fez com que Newton decidisse ser o melhor aluno da classe e de todo o prédio escolar.

Newton estudou no Trinity College de Cambridge, e graduou-se em 1665. Um dos principais precursores do Iluminismo, seu trabalho científico sofreu forte influência de seu professor e orientador Barrow , e de Schooten, Viète, John Wallis, Descartes, dos trabalhos de Fermat sobre retas tangentes a curvas; de Cavalieri, das concepções de Galileu Galilei e Johannes Kepler.

O matemático francês Abraham de Moivre, um dos melhores amigos de Newton, lhe indagou sobre as origens do interesse de Newton por matemática, e pediu detalhes a respeito de seus estudos. Descobriu que o interesse de Newton começou em 1663, aos 20 anos, quando ele comprou um livro de astrologia e não conseguiu entender a matemática usada nele. Assim, Newton comprou um livro de trigonometria, e não conseguindo entender as demonstrações, começou a estudar Os Elementos de Euclides, que leu inteiro. Prosseguiu para o Clavis Mathematicae, de Oughtred, e então para o La Géométrie, de Descartes. Seguiu o estudo com Exercitationum mathematicarum, de Schooten, e então o Opera Mathematica, de Viète. E finalmente para os dois livros de Wallis: Arithmetica infinitorum e Tractatus duo. Estudos que Newton realizou como autodidata em pouco mais de um ano.

Em 1663, formulou o teorema hoje conhecido como Binômio de Newton. Fez suas primeiras hipóteses sobre gravitação universal e escreveu sobre séries infinitas e o que chamou de teoria das fluxões , o embrião do Cálculo Diferencial e Integral.

Por causa da peste negra, o Trinity College foi fechado em 1666 e o cientista foi para a casa de sua mãe em Woolsthorpe-by-Colsterworth. Foi neste ano de retiro que construiu quatro de suas principais descobertas: o Teorema Binomial, o cálculo, a lei da gravitação universal e a natureza das cores. Construiu o primeiro telescópio de reflexão em 1668, e foi quem primeiro observou o espectro visível que se pode obter pela decomposição da luz solar ao incidir sobre uma das faces de um prisma triangular transparente , atravessando-o e projetando-se sobre um meio ou um anteparo branco, fenômeno este conhecido como dispersão. Optou, então, pela teoria corpuscular de propagação da luz, enunciando-a em 1675 e contrariando a teoria ondulatória de Huygens.

Tornou-se professor de matemática em Cambridge e entrou para a Royal Society . Sua principal obra foi a publicação Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , em três volumes.

De 1687 a 1690, foi membro do parlamento britânico, em representação da Universidade de Cambridge. Em 1696 foi nomeado Warden of the Mint e em 1701 Master of the Mint, dois cargos burocráticos da Casa da Moeda britânica. Foi eleito sócio estrangeiro da Académie des Sciences em 1699 e tornou-se presidente da Royal Society em 1703. Publicou, em Cambridge, Arithmetica universalis (1707), uma espécie de livro-texto sobre identidades matemáticas, análise e geometria, possivelmente escrito muitos anos antes .

O trabalho de Newton foi descrito como "Um Trabalho distinto, que avançou cada ramo da matemática". Sua obra sobre o assunto normalmente referido como cálculo, foi visto em um manuscrito no mês de outubro de 1666, agora publicado entre os papéis matemáticos de Newton.

Newton mais tarde se envolveu em uma disputa com Leibniz sobre a autoria no desenvolvimento do cálculo infinitesimal. A maioria dos historiadores modernos acreditam que Newton e Leibniz desenvolveram cálculo infinitesimal de forma independente, embora com diferentes notações. Ocasionalmente, tem sido sugerido que Newton publicou quase nada sobre isso até 1693, e não deu um relato completo até 1704, enquanto Leibniz começou a publicar um relato completo de seus métodos em 1684. A Notação de Leibniz e o "Método diferencial", hoje reconhecidos como notações muito mais convenientes, foram adotados por matemáticos da Europa continental, e depois de 1820, também por matemáticos britânicos.

Tal sugestão, no entanto, não consegue esclarecer o conteúdo do cálculo que os críticos da época de Newton e dos tempos modernos têm apontado em Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica. O Principia não é escrito na linguagem de cálculo ou como nós o conhecemos hoje, ou como Newton  usaria sua notação para escrevê-lo.

Mas o seu trabalho amplamente usa um cálculo infinitesimal em forma geométrica, com base em valores limite das proporções de pequenas quantidades: no Principia o próprio Newton deu uma demonstração deste sob o nome de "o método do primeiro e do último rácio",17 e explicou por que ele colocou as exposições desta forma.18

Devido a isso, o Principia foi chamado de "um livro denso com a teoria e aplicação do cálculo infinitesimal", e "lequel est Presque tout ce de calcul" , na época de Newton.

O cálculo de Newton em forma geométrica é frequentemente objeto de fascínio de muitos dos estudos sobre Newton. Após estudar o Principia, o físico indiano Chandrasekhar afirmou: "seus conhecimentos físicos e geométricos eram tão penetrantes que as provas emergiam inteiras em sua mente". O matemático russo V. I. Arnold também expressou seu fascínio em relação a este aspecto do Principia: "Comparando hoje os textos de Newton com os comentários de seus sucessores, é impressionante como a apresentação original de Newton é mais moderna, mais compreensível e rica em ideias do que as traduções realizadas por seus comentadores de suas ideias geométricas para a linguagem formal do cálculo de Leibniz."20

Newton tinha sido cauteloso em publicar o seu cálculo porque temia controvérsia e críticas.21 Ele era amigo do matemático suíço Nicolas Fatio de Duillier. Em 1691, Duillier começou a escrever uma nova versão de Principia e enviou a Leibniz.22 Em 1693, a relação entre Duillier e Newton acabou, e o livro nunca foi concluído.

A partir de 1699, outros membros da Royal Society acusaram Leibniz de plágio, e a disputa eclodiu com força total em 1711. A Royal Society proclamou em um estudo que foi Newton o verdadeiro descobridor e rotulou Leibniz de uma fraude. Este julgamento foi posto em dúvida quando se descobriu mais tarde que o próprio Newton escrevera considerações finais do estudo sobre Leibniz. Newton é creditado geralmente pelo binómio de Newton, válido para qualquer expoente, descobriu as identidades de Newton, o Método de Newton, fez contribuições substanciais para a teoria do operador de diferença, e foi o primeiro a usar índices fracionários para empregar na geometria analítica para obter soluções para a equação diofantina, além de ter sido o primeiro a usar coordenadas polares.23 Newton foi nomeado Professor lucasiano de Matemática, em 1669, por recomendação de Isaac Barrow.24

Obras

A obra Principia

A obra Principia

A primeira lei e a segunda lei de Newton, escritas em latim, na edição original, de 1687.

A primeira lei e a segunda lei de Newton, escritas em latim, na edição original, de 1687.

F12 é a força, sentida pelo corpo 1 devido ao corpo 2, medida em newtons;

G é a constante gravitacional universal, que determina a intensidade da força, G=6,67 \times 10^{-11}\text{Nm}^2/\text{kg}^2;

m1 e m2 são as massas dos corpos que se atraem entre si, medidas em quilogramas;

r é a distância entre os dois corpos, medida em metros; e

\hat r é o versor do vetor que liga o corpo 1 ao corpo 2.

A constante gravitacional universal foi medida anos mais tarde por Henry Cavendish. A descoberta da lei da gravitação universal se deu em 1685 como resultado de uma série de estudos e trabalhos iniciados muito antes. Em 1679, Robert Hooke comunicou-se com Newton por meio de cartas, e os assuntos eram sempre científicos.

Na verdade, foi exatamente em 1684 que Newton informou seu amigo Edmond Halley de que havia resolvido o problema da força inversamente proporcional ao quadrado da distância. Newton relatou esses cálculos no tratado De Motu e os desenvolveu de forma ampliada no livro Philosophiae naturalis principia mathematica. A gravitação universal é muito mais do que uma força relacionada ao Sol. É também um efeito dos planetas sobre o Sol e sobre todos os objetos do universo. Newton explicou facilmente a partir de sua Terceira Lei da Dinâmica que, se um objeto atrai um segundo objeto, este segundo também pode atrair o primeiro com a mesma força. Concluiu-se que o movimento dos corpos celestes não podiam ser regulares. Para o célebre cientista, que era bastante religioso, a estabilidade das órbitas dos planetas implicava reajustes contínuos sobre suas trajetórias impostas pelo poder divino.

O próprio Newton contou muitas vezes de que a inspiração para formular sua teoria da gravitação foi a observação da queda de uma maçã de uma árvore.33 Há muitos estudos que analisam esta história. Embora alguns afirmem que a história da maçã é um mito e que ele não chegou à sua teoria da gravidade de maneira repentina, conhecidos de Newton  confirmam, de fato, o incidente, embora não a versão caricata de que a maçã bateu na cabeça de Newton. Stukeley registrou em seu Memoirs of Sir Isaac Newton's Life uma conversa que teve com Newton em Kensington no dia 15 de abril de 1726 em que cita uma história envolvendo a suposta maçã e a ideia da gravitação.

Isaac Newton publicou estas leis em 1687, no seu trabalho de três volumes intitulado Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. As leis explicavam vários comportamentos relativos ao movimento de objetos físicos e foi um extenso trabalho no qual ele dedicou-se. A forma original na qual as leis foram escritas é a seguinte:

Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.

Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças imprimidas sobre ele. É também conhecido como princípio da inércia.

Lex II: Mutationem motis proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.

A mudança de movimento é proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção da linha reta na qual aquela força é imprimida. É também conhecido como princípio da dinâmica.

Lex III: Actioni contrariam semper et aequalem esse reactionem: sine corporum duorum actiones in se mutuo semper esse aequales et in partes contrarias dirigi.

A toda ação há sempre oposta uma reação igual, ou, as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas. É também conhecido como princípio da ação e reação.

Os últimos anos de vida

Newton foi respeitado como nenhum outro cientista e sua obra marcou efetivamente uma revolução científica. O matemático italiano Joseph-Louis Lagrange frequentemente dizia que Newton foi o maior gênio que já viveu, e uma vez acrescentou que Newton foi também "o mais afortunado, dado que não se pode descobrir mais de uma vez o sistema que governa o mundo".

Seus estudos foram como chaves que abriram portas para diversas áreas do conhecimento cujo acesso era impossível antes de Newton.

Newton, em seus últimos dias, passou por diversos problemas renais que culminaram com sua morte. No lado mais pessoal, existem biógrafos que afirmam que ele teria morrido virgem.

Ele faleceu na noite de 20 de março de 1727 . Foi enterrado junto a outros célebres homens da Inglaterra na Abadia de Westminster.

A causa provável de sua morte foram complicações relacionadas ao cálculo renal que o afligiu em seus últimos anos de vida.

Referências

Isaac Newton (Bolton, Sarah K. Homens famosos da Ciência. NY: Thomas Y. Crowell & Co., 1889)

Isaac Newton (Bolton, Sarah K. Homens famosos da Ciência. NY: Thomas Y. Crowell & Co., 1889)

Isaac Newton (1643 - 1727) (em inglês) BBC Historic Figures. Visitado em 4 de janeiro de 2010.

Newton beats Einstein in polls of scientists and the public (em inglês) The Royal Society. Visitado em 12 de abril de 2008.

Newton, Isaac. The Mathematical Principles of Natural Philosophy (1729) (em en). Londres: [s.n.], 1729. Página visitada em 02 de dezembro de 2014.

NEWTON, Isaac.Óptica. São Paulo: EDUSP, 2002.

Fontes secundárias

CHRISTIANSON, Gale E. In the Presence of the Creator: Isaac Newton and His Times. Nova Iorque: Collier MacMillan, 1984. 608 p.

DAMPIER, William C. e DAMPIER, M. Readings in the Literature of Science. Nova Iorque: Harper & Row, New York, 1959.

FONTAINE, Joëlle e SIMAAN, Arkan. A Imagem do Mundo dos Babilônios a Newton. São Paulo: Companhia das Letras, 2003.

GJERTSEN, Derek. The Newton Handbook. Nova Iorque: Routledge & Kegan Paul, 1986.

GLEICK, James. Isaac Newton, uma biografia. São Paulo: Companhia das Letras, 2004.

WESTFALL, Richard S: A vida de Isaac Newton. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1995.
blog de orquídeas: http://www.orquideas.net/