ISAAC NEWTON (MATEMÁTICO INGLÊS)

Retrato de Newton aos 46 anos, 1689.

• NOME COMPLETO: Sir Isaac Newton PRS
• NASCIMENTO: 4 de janeiro de 1643 [OS 25 de dezembro de 1642]; Woolsthorpe-by-Colsterworth, Lincolnshire, Inglaterra
• FALECIMENTO: 31 de março de 1727 (84 anos) [OS 20 de março de 1726]; Kensington, Middlesex, Inglaterra (Cálculos renais)
• OCUPAÇÃO:
• ALMA MATER: Trinity College (Universidade de Cambridge)
• PRINCIPAIS TRABALHOS: 
• Mecânica newtoniana
• gravitação universal
• cálculo
• Leis do movimento de Newton
• óptica
• série binomial
• Princípios
• Método de Newton
• Lei de resfriamento de Newton
• Identidades de Newton
• metal de Newton
• Linha de Newton
• Linha Newton-Gauss
• fluido newtoniano
• Anéis de Newton
• De pé sobre os ombros de gigantes
• RELIGIÃO: Protestantismo

Sir Isaac Newton (/ ˈnj uːtən/; 4 de janeiro [ OS 25 de dezembro] 1643 – 31 de março [ OS 20 de março] 1727) foi um polímata inglês ativo como matemático, físico, astrônomo, alquimista, teólogo e autor. Newton foi uma figura-chave na Revolução Científica e no Iluminismo que se seguiu. Seu livro Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Princípios Matemáticos da Filosofia Natural), publicado pela primeira vez em 1687, alcançou a primeira grande unificação na física e estabeleceu a mecânica clássica. Newton também fez contribuições seminais à óptica e compartilha o crédito com o matemático alemão Gottfried Wilhelm Leibniz pela formulação do cálculo infinitesimal , embora tenha desenvolvido o cálculo anos antes de Leibniz. Ele contribuiu e refinou o método científico, e seu trabalho é considerado o mais influente no desenvolvimento da ciência moderna.

Sir Isaac Newton é conhecido por muitas descobertas científicas. Essas descobertas incluem as leis do movimento, a teoria da gravidade e o cálculo básico. Embora Newton fosse predominantemente conhecido por suas descobertas em matemática e física, ele também se esforçou e estudou muito em química, história bíblica e óptica. Um dos escritos mais famosos de Newton foi o Principia , onde ele descreveu algumas de suas principais descobertas sobre tempo, física, matemática e cálculo. Embora suas teorias logo se tornassem universais, ele enfrentou muita oposição às suas primeiras teorias. Especificamente, sua teoria da gravidade enfrentou críticas de cientistas importantes como Christiaan Huygens e Leibniz. Após alguns anos de debate, o conceito de gravidade de Newton tornou-se universalmente aceito, pois ele se tornou a figura dominante no continente europeu.

Assinatura de Isaac Newton.

 BIOGRAFIA

Isaac Newton nasceu em 25 de dezembro de 1642 no estilo antigo (4 de janeiro de 1643 no calendário gregoriano, que agora é usado) em Woolsthorpe Manor em Woolsthorpe-by-Colsterworth, um vilarejo no condado de Lincolnshire. (Na época do nascimento de Newton, a Inglaterra não havia adotado o calendário gregoriano e, portanto, sua data de nascimento foi registrada como 25 de dezembro, de acordo com o calendário juliano).

Newton nasceu três meses após a morte de seu pai, um próspero fazendeiro também chamado Isaac Newton. Seu pai foi descrito como um "homem rico e sem instrução". Nascido prematuramente , o jovem Isaac era uma criança pequena; sua mãe Hannah Ayscough teria dito que ele caberia dentro de uma caneca de um litro . Quando Newton tinha três anos, sua mãe se casou novamente e foi morar com seu novo marido, o reverendo Barnabas Smith, deixando seu filho aos cuidados de sua avó materna, Margery Ayscough. O jovem Isaac não gostava de seu padrasto e nutria alguma inimizade por sua mãe por se casar com ele, como revelado por esta entrada em uma lista de pecados cometidos até os 19 anos: "Ameaçar meu pai e minha mãe de queimá-los e a casa sobre eles." Mais tarde, sua mãe retornou após a morte do marido.

Dos 12 aos 16 anos, Newton residiu com William Clarke , boticário , em Grantham , onde adquiriu seu interesse em química. Enquanto vivia com a família Clarke, Newton foi educado na escola secundária gratuita (onde sua assinatura ainda pode ser vista no parapeito de uma janela da biblioteca). Ele passava grande parte do tempo em atividades independentes e se saía mal na escola. Newton também era cativado por dispositivos mecânicos e desenhos. Ele não apenas analisava desenhos e máquinas, como os construía ele mesmo. De moinhos de vento a relógios, Newton construiu modelos de muitos objetos que o cercavam em sua vida cotidiana. Ele foi retirado da escola e, em outubro de 1659, foi encontrado em Woolsthorpe-by-Colsterworth, onde sua mãe, viúva pela segunda vez, tentou fazer dele um fazendeiro, o que ele odiava. Henry Stokes, professor da King's School, convenceu sua mãe a mandá-lo de volta à escola para que pudesse completar sua educação. O tio de Newton também teve influência em persuadir sua mãe a mandá-lo de volta à escola, pois ele podia ver a habilidade natural de Isaac. Ele fez isso aos dezoito anos, obtendo um relatório final admirável.

Newton viveu sua infância durante um dos períodos mais turbulentos da Inglaterra, com o início da Guerra Civil em 1642. Embora os efeitos dos problemas do país possam não ter afetado Newton diretamente, a escola e as universidades na Inglaterra certamente foram impactadas. Se foi para melhor ou para pior, ainda não se sabe, mas Newton certamente teria uma educação única devido ao desequilíbrio do país.

As evidências manuscritas mostram que a primeira peça escrita conhecida de Newton, um livro de frases em latim, bem como a primeira carta escrita por ele que ainda foi encontrada, endereçada a um "amigo amoroso", foram copiadas de uma versão não publicada de uma obra sobre pedagogia latina de William Walker, um professor e reitor cujo conhecimento de Newton é documentado desde 1665. Isso sugere uma influência precoce do professor sobre o filósofo natural quando ele ainda era um estudante.

Em junho de 1661, ele foi admitido no Trinity College, Cambridge como sizar — uma espécie de função de trabalho-estudo. Naquela época, os ensinamentos da faculdade eram baseados nos de Aristóteles , a quem Newton complementou com filósofos modernos como Descartes e astrônomos como Copérnico , Galileu e Kepler . Em 1665, ele descobriu o teorema binomial generalizado e começou a desenvolver uma teoria matemática que mais tarde se tornou o cálculo infinitesimal . Logo após Newton obter seu diploma em agosto de 1665, a universidade fechou como precaução contra a Grande Peste de Londres . Embora ele não tivesse se destacado como aluno de Cambridge, os estudos particulares de Newton em sua casa em Woolsthorpe nos dois anos seguintes viram o desenvolvimento de suas teorias sobre cálculo, óptica e a lei da gravitação. Em 1667, ele retornou a Cambridge como membro do Trinity.

Newton afirmou que, ao comprar um livro sobre astrologia na feira de Stourbridge , perto de Cambridge, não conseguiu, devido à sua ignorância em trigonometria , compreender uma figura dos céus desenhada no livro. Portanto, comprou uma edição em inglês dos Elementos de Euclides , que incluía um índice de proposições e, tendo consultado duas ou três que considerou úteis, achou-as tão óbvias que o descartou "como um livro insignificante" e se dedicou ao estudo da Geometria de René Descartes . Relata-se que, em seu exame para uma bolsa de estudos na Trinity, para a qual foi eleito em 28 de abril de 1664, foi examinado em Euclides por Isaac Barrow , que ficou desapontado com a falta de conhecimento de Newton sobre o assunto. Newton foi convencido a ler os Elementos novamente com atenção e formou uma opinião mais favorável sobre o mérito de Euclides.

O estudo de Newton sobre a Geometria de Descartes parece tê-lo inspirado com o amor pelo assunto e o apresentado à matemática avançada. Em um pequeno livro de lugar-comum , datado de janeiro de 1664, há vários artigos sobre seções angulares e a quadratura de curvas e "linhas tortas que podem ser quadradas", vários cálculos sobre notas musicais , proposições geométricas de François Viète e Frans van Schooten , anotações da Aritmética dos Infinitos de John Wallis , juntamente com observações sobre refração , sobre a retificação de "vidros ópticos esféricos", sobre os erros de lentes e o método de retificá-los e sobre a extração de todos os tipos de raízes , particularmente aquelas "em potências afetadas". Nesse mesmo livro, a seguinte entrada feita pelo próprio Newton, muitos anos depois, fornece um relato adicional da natureza de seu trabalho durante o período em que ele era um estudante de graduação:

“4 de julho de 1699. Consultando uma conta de minhas despesas em Cambridge, nos anos de 1663 e 1664, descobri que no ano de 1664, um pouco antes do Natal, eu sendo então Sofista Sênior, comprei Miscelâneas de Schooten e Geometria de Cartes (tendo lido esta Geometria e Clavis de Oughtred mais de meio ano antes), e peguei emprestado os trabalhos de Wallis e, por consequência, fiz estas anotações com Schooten e Wallis, no inverno entre os anos de 1664 e 1665. Nessa época, descobri o método das Séries Infinitas; e no verão de 1665, forçado a deixar Cambridge pela peste, calculei a área da Hipérbole em Boothby , em Lincolnshire, para cinquenta e dois dígitos pelo mesmo método”.

Que Newton deve ter começado cedo a fazer observações cuidadosas de fenômenos naturais é demonstrado pelas seguintes observações sobre halos, que aparecem em sua Óptica , livro ii. parte iv. obs. 13:

“Coroas semelhantes aparecem às vezes ao redor da Lua; pois no início do ano de 1664, 19 de fevereiro, à noite, vi duas dessas coroas ao redor dela. O diâmetro da primeira, ou mais interna, era de cerca de três graus, e o da segunda, de cerca de cinco graus e meio. Ao lado da Lua, havia um círculo branco, e próximo a ele, a Coroa interna, que era de um verde-azulado por dentro, próximo ao branco, e de um amarelo e vermelho por fora, e próximo a essas cores, azul e verde na parte interna da Coroa Externa, e vermelho na parte externa. Ao mesmo tempo, apareceu um halo a cerca de 22 graus e 35 pés de distância do centro da Lua. Era elíptico, e seu longo diâmetro era perpendicular ao horizonte, beirando abaixo o ponto mais distante da Lua”.

Ele formulou as três leis do movimento:

1. Todo objeto em estado de movimento uniforme tende a permanecer nesse estado de movimento, a menos que uma força externa seja aplicada a ele.
2. A relação entre a massa m de um objeto, sua aceleração a e a força aplicada F é F = ma. Aceleração e força são vetores (como às vezes indicado por seus símbolos exibidos em fonte negrito e inclinada); nesta lei, a direção do vetor força é a mesma que a direção do vetor aceleração.
3. Para cada ação há uma reação igual e oposta.

Seu trabalho acadêmico impressionou o professor lucasiano Isaac Barrow , que estava ansioso para desenvolver seu próprio potencial religioso e administrativo (ele se tornou mestre do Trinity College dois anos depois); em 1669, Newton o sucedeu, apenas um ano após receber seu mestrado. Newton argumentou que isso deveria isentá-lo do requisito de ordenação, e o rei Carlos II , cuja permissão era necessária, aceitou esse argumento; assim, um conflito entre as visões religiosas de Newton e a ortodoxia anglicana foi evitado. Ele foi nomeado aos 26 anos.

Figuras 32, 39, 41 e 42 do Apêndice da edição de 1733 do livro Geographia Generalis.

O cargo de Professor Lucasiano de Matemática em Cambridge incluía a responsabilidade de instruir geografia. Em 1672, e novamente em 1681, Newton publicou uma edição revisada, corrigida e alterada da Geographia Generalis , um livro didático de geografia publicado pela primeira vez em 1650 pelo então falecido Bernhardus Varenius. Na Geographia Generalis, Varenius tentou criar uma base teórica que ligasse os princípios científicos aos conceitos clássicos da geografia e considerou a geografia uma mistura entre ciência e matemática pura aplicada à quantificação de características da Terra. Embora não esteja claro se Newton alguma vez deu aulas de geografia, a tradução do livro de Dugdale e Shaw para o inglês de 1733 afirma que Newton publicou o livro para ser lido pelos alunos enquanto ele dava aulas sobre o assunto. A Geographia Generalis é vista por alguns como a linha divisória entre as tradições antigas e modernas na história da geografia , e o envolvimento de Newton nas edições subsequentes é considerado uma grande parte da razão para esse legado duradouro.

Newton foi eleito membro da Royal Society (FRS) em 1672.

MEIA-IDADE

Diz-se que o trabalho de Newton "avançava distintamente todos os ramos da matemática então estudados". Seu trabalho sobre cálculo, geralmente chamado de fluxões, começou em 1664 e, em 20 de maio de 1665, como visto em um manuscrito, Newton "já havia desenvolvido o cálculo a ponto de poder calcular a tangente e a curvatura em qualquer ponto de uma curva contínua". Outro manuscrito de outubro de 1666 está agora publicado entre os artigos matemáticos de Newton. Seu trabalho De analysi per aequationes numero terminorum infinitas , enviado por Isaac Barrow a John Collins em junho de 1669, foi identificado por Barrow em uma carta enviada a Collins naquele agosto como o trabalho "de um gênio e proficiência extraordinários nessas coisas". Newton mais tarde se envolveu em uma disputa com Gottfried Wilhelm Leibniz sobre a prioridade no desenvolvimento do cálculo. Ambos são agora creditados por desenvolver o cálculo de forma independente, embora com notações matemáticas muito diferentes . No entanto, está estabelecido que Newton desenvolveu o cálculo muito antes de Leibniz. A notação de Leibniz é reconhecida como a notação mais conveniente, sendo adotada por matemáticos da Europa continental e, depois de 1820, por matemáticos britânicos.

O historiador da ciência A. Rupert Hall observa que, embora Leibniz mereça crédito pela sua formulação independente do cálculo, Newton foi, sem dúvida, o primeiro a desenvolvê-lo, afirmando:

“Mas todas essas questões têm pouco peso em comparação com a verdade central, que de fato é universalmente reconhecida há muito tempo, de que Newton dominava as técnicas essenciais do cálculo no final de 1666, quase exatamente nove anos antes de Leibniz... A alegação de Newton de ter dominado o novo cálculo infinitesimal muito antes de Leibniz, e até mesmo de ter escrito — ou pelo menos ter começado bem — uma exposição publicável dele já em 1671, é certamente confirmada por evidências abundantes, e embora Leibniz e alguns de seus amigos tenham tentado menosprezar o caso de Newton, a verdade não foi seriamente posta em dúvida pelos últimos 250 anos”.

Hall observa ainda que em Principia , Newton foi capaz de "formular e resolver problemas pela integração de equações diferenciais" e "de fato, ele antecipou em seu livro muitos resultados que expoentes posteriores do cálculo consideraram como suas próprias conquistas inovadoras". [ 59 ] Hall observa o rápido desenvolvimento do cálculo de Newton em comparação com seus contemporâneos, afirmando que Newton "bem antes de 1690... havia atingido aproximadamente o ponto no desenvolvimento do cálculo que Leibniz, os dois Bernoullis, L'Hospital, Hermann e outros haviam alcançado, por esforços conjuntos, impressos no início dos anos 1700".

Observou-se que, apesar da conveniência da notação de Leibniz, a notação de Newton ainda poderia ter sido usada para desenvolver técnicas multivariadas, com sua notação de ponto ainda amplamente usada na física . Alguns acadêmicos notaram a riqueza e a profundidade do trabalho de Newton, como o físico Roger Penrose , afirmando que "na maioria dos casos, os métodos geométricos de Newton não são apenas mais concisos e elegantes, eles revelam princípios mais profundos do que se tornariam evidentes pelo uso daqueles métodos formais de cálculo que hoje em dia parecem mais diretos". O matemático Vladimir Arnold afirma: "Comparando os textos de Newton com os comentários de seus sucessores, é impressionante como a apresentação original de Newton é mais moderna, mais compreensível e mais rica em ideias do que a tradução devida aos comentaristas de suas ideias geométricas para a linguagem formal do cálculo de Leibniz".

Seu trabalho usa extensivamente o cálculo em forma geométrica com base em valores-limite das razões de quantidades infinitamente pequenas: no próprio Principia , Newton deu uma demonstração disso sob o nome de "método das primeiras e últimas razões" e explicou por que ele colocou suas exposições nessa forma, observando também que "por meio disso, a mesma coisa é realizada como pelo método dos indivisíveis". Por causa disso, o Principia foi chamado de "um livro denso com a teoria e aplicação do cálculo infinitesimal" nos tempos modernos e na época de Newton "quase tudo é desse cálculo". Seu uso de métodos envolvendo "uma ou mais ordens do infinitesimalmente pequeno" está presente em seu De motu corporum in gyrum de 1684 e em seus artigos sobre movimento "durante as duas décadas anteriores a 1684".

Newton estava relutante em publicar seu cálculo porque temia controvérsia e crítica. Ele era próximo do matemático suíço Nicolas Fatio de Duillier . Em 1691, Duillier começou a escrever uma nova versão dos Principia de Newton e se correspondeu com Leibniz. Em 1693, o relacionamento entre Duillier e Newton se deteriorou e o livro nunca foi concluído. A partir de 1699, Duillier acusou Leibniz de plágio. O matemático John Keill acusou Leibniz de plágio em 1708 no jornal da Royal Society, deteriorando ainda mais a situação. A disputa então estourou com força total em 1711, quando a Royal Society proclamou em um estudo que foi Newton o verdadeiro descobridor e rotulou Leibniz de fraude; Mais tarde, descobriu-se que Newton escreveu as considerações finais do estudo sobre Leibniz. Assim começou a amarga controvérsia que marcou a vida de ambos os homens até a morte de Leibniz em 1716.

Newton é creditado com o teorema binomial generalizado , válido para qualquer expoente. Ele descobriu as identidades de Newton , o método de Newton , classificou curvas planas cúbicas ( polinômios de grau três em duas variáveis ), é um dos fundadores da teoria das transformações de Cremona , [ 75 ] fez contribuições substanciais para a teoria das diferenças finitas , com Newton considerado como "o contribuidor mais significativo para a interpolação de diferenças finitas ", com muitas fórmulas criadas por Newton. [ 76 ] Ele foi o primeiro a enunciar o teorema de Bézout , e também foi o primeiro a usar índices fracionários e a empregar geometria de coordenadas para derivar soluções para equações diofantinas . Ele aproximou somas parciais da série harmônica por logaritmos (um precursor da fórmula de soma de Euler ) e foi o primeiro a usar séries de potências com confiança e a reverter séries de potências. Ele introduziu a série de Puisseux. Ele originou as fórmulas de Newton-Cotes para integração numérica . Seu trabalho em séries infinitas foi inspirado pelos decimais de Simon Stevin. Ele também iniciou o campo do cálculo de variações , sendo o primeiro a formular claramente e resolver corretamente um problema no campo, que é o problema da resistência mínima de Newton , que ele propôs e resolveu em 1685, e posteriormente publicou em Principia em 1687. É considerado um dos problemas mais difíceis abordados pelos métodos variacionais antes do século XX.

Ele então usou o cálculo de variações na resolução do problema da curva braquistócrona em 1697, que foi proposto por Johann Bernoulli em 1696, sendo assim pioneiro no campo com seu trabalho nos dois problemas. Ele também foi um pioneiro da análise vetorial, pois demonstrou como aplicar a lei do paralelogramo para adicionar várias grandezas físicas e percebeu que essas grandezas poderiam ser divididas em componentes em qualquer direção.

Óptica: Em 1666, Newton observou que o espectro de cores que sai de um prisma na posição de desvio mínimo é oblongo, mesmo quando o raio de luz que entra no prisma é circular, ou seja, o prisma refrata cores diferentes em ângulos diferentes. [ 82 ] [ 83 ] Isso o levou a concluir que a cor é uma propriedade intrínseca à luz – um ponto que, até então, era motivo de debate.

De 1670 a 1672, Newton lecionou sobre óptica. [ 84 ] Durante este período, ele investigou a refração da luz, demonstrando que a imagem multicolorida produzida por um prisma, que ele chamou de espectro , poderia ser recomposta em luz branca por uma lente e um segundo prisma. [ 85 ] A bolsa de estudos moderna revelou que a análise e a ressíntese da luz branca de Newton devem uma dívida à alquimia corpuscular . [ 86 ]

Em seu trabalho sobre os anéis de Newton em 1671, ele usou um método sem precedentes no século XVII, pois "ele fez a média de todas as diferenças e então calculou a diferença entre a média e o valor do primeiro anel", introduzindo efetivamente um método padrão para reduzir o ruído nas medições e que não aparece em nenhum outro lugar na época. [ 87 ] Ele estendeu seu "método de eliminação de erros" para estudos de equinócios em 1700, que foi descrito como um "método totalmente sem precedentes", mas diferia porque aqui "Newton exigia bons valores para cada um dos tempos equinociais originais e, portanto, ele criou um método que permitia que eles, por assim dizer, se autocorrigissem". [ 88 ] Newton escreveu a primeira das duas "equações normais" conhecidas a partir dos mínimos quadrados ordinários e introduziu "uma análise de regressão linear embrionária ", pois ele calculou a média de um conjunto de dados, 50 anos antes de Tobias Mayer e também "somando os resíduos a zero, ele forçou a linha de regressão a passar pelo ponto médio". Ele também "distinguiu entre dois conjuntos de dados não homogêneos e pode ter pensado em uma solução ótima em termos de viés, embora não em termos de eficácia".

Ele mostrou que a luz colorida não muda suas propriedades ao separar um feixe colorido e iluminá-lo em vários objetos, e que independentemente de ser refletida, espalhada ou transmitida, a luz permanece da mesma cor. Assim, ele observou que a cor é o resultado de objetos interagindo com luz já colorida, em vez de objetos gerando a cor eles próprios. Isso é conhecido como a teoria da cor de Newton. Seu artigo de 1672 sobre a natureza da luz branca e das cores forma a base para todo o trabalho que se seguiu sobre cor e visão de cores.

Um prisma equilátero dispersivo refratando e refletindo um feixe incidente de luz branca uniforme renderizado no espaço de cores sRGB IEC61966-2.1

A partir deste trabalho, ele concluiu que a lente de qualquer telescópio refrator sofreria com a dispersão da luz em cores ( aberração cromática ). Como prova do conceito, ele construiu um telescópio usando espelhos refletivos em vez de lentes como objetivo para contornar esse problema. A construção do projeto, o primeiro telescópio refletor funcional conhecido, hoje conhecido como telescópio newtoniano , envolveu a solução do problema de um material de espelho adequado e uma técnica de modelagem. [ 91 ] Ele moeu seus próprios espelhos a partir de uma composição personalizada de metal espéculo altamente refletivo , usando os anéis de Newton para julgar a qualidade da óptica de seus telescópios. No final de 1668, [ 92 ] ele foi capaz de produzir este primeiro telescópio refletor. Tinha cerca de oito polegadas de comprimento e dava uma imagem mais nítida e maior. Em 1671, ele foi solicitado para uma demonstração de seu telescópio refletor pela Royal Society. [ 93 ] O interesse deles o encorajou a publicar suas notas, Of Colours , [ 94 ] que ele mais tarde expandiu para a obra Opticks . Quando Robert Hooke criticou algumas das ideias de Newton, Newton ficou tão ofendido que se retirou do debate público. No entanto, os dois tiveram breves trocas em 1679-80, quando Hooke, que havia sido nomeado Secretário da Royal Society, [ 95 ] abriu uma correspondência com a intenção de obter contribuições de Newton para as transações da Royal Society, [ 96 ] que teve o efeito de estimular Newton a elaborar uma prova de que a forma elíptica das órbitas planetárias resultaria de uma força centrípeta inversamente proporcional ao quadrado do vetor raio.

Newton argumentou que a luz é composta de partículas ou corpúsculos, que foram refratados pela aceleração em um meio mais denso. Ele chegou perto de ondas sonoras para explicar o padrão repetido de reflexão e transmissão por filmes finos ( Óptica Livro II, Props. 12), mas ainda manteve sua teoria de 'encaixes' que dispunham os corpúsculos a serem refletidos ou transmitidos (Props.13). Os físicos mais tarde favoreceram uma explicação puramente ondulatória da luz para explicar os padrões de interferência e o fenômeno geral da difração . Apesar de sua conhecida preferência por uma teoria de partículas, Newton de fato observou que a luz tinha propriedades tanto de partícula quanto de onda na Óptica , e foi o primeiro a tentar reconciliar as duas teorias, antecipando assim os desenvolvimentos posteriores da dualidade onda-partícula , que é a compreensão moderna da luz. [ 98 ] [ 99 ] O físico David Finkelstein o chamou de "o primeiro físico quântico" como resultado.

Em sua Hipótese da Luz de 1675, Newton postulou a existência do éter para transmitir forças entre partículas. O contato com o filósofo platônico de Cambridge Henry More reavivou seu interesse pela alquimia. [ 100 ] Ele substituiu o éter por forças ocultas baseadas em ideias herméticas de atração e repulsão entre partículas. Suas contribuições para a ciência não podem ser isoladas de seu interesse pela alquimia. [ 100 ] Isso ocorreu em uma época em que não havia uma distinção clara entre alquimia e ciência. [ 101 ] [ 102 ]

Em 1704, Newton publicou Óptica , na qual expôs sua teoria corpuscular da luz e incluiu um conjunto de perguntas no final, que foram colocadas como perguntas sem resposta e afirmações positivas. Em consonância com sua teoria dos corpúsculos, ele pensava que a matéria normal era feita de corpúsculos mais grosseiros e especulou que, por meio de uma espécie de transmutação alquímica, com a pergunta 30 afirmando "Os corpos grosseiros e a luz não são conversíveis um no outro, e os corpos não podem receber muito de sua atividade das partículas de luz que entram em sua composição?" [ 103 ] A pergunta 6 introduziu o conceito de corpo negro.

Newton investigou a eletricidade construindo uma forma primitiva de um gerador eletrostático de atrito usando um globo de vidro, [ 106 ] e detalhou um experimento em 1675 que mostrou que quando um lado de uma folha de vidro é esfregado para criar uma carga elétrica, ele atrai "corpos leves" para o lado oposto. Ele interpretou isso como evidência de que forças elétricas poderiam passar pelo vidro. [ 107 ] Sua ideia em Opticks de que a reflexão e a refração ópticas surgem de interações em toda a superfície é considerada o início da teoria de campo da força elétrica. [ 108 ] Ele reconheceu o papel crucial da eletricidade na natureza, acreditando que ela era responsável por vários fenômenos, incluindo os efeitos de emissão, reflexão, refração, inflexão e aquecimento da luz. Ele propôs que a eletricidade estava envolvida nas sensações experimentadas pelo corpo humano, afetando tudo, desde o movimento muscular até a função cerebral. [ 109 ] Seu modelo de dispersão de massa, ancestral do uso bem-sucedido do princípio da menor ação , forneceu uma estrutura confiável para a compreensão da refração, particularmente em sua abordagem da refração em termos de momento. [ 108 ]

Em Óptica , ele foi o primeiro a mostrar um diagrama usando um prisma como um expansor de feixe, e também o uso de matrizes de múltiplos prismas. Cerca de 278 anos após a discussão de Newton, os expansores de feixe de múltiplos prismas tornaram-se centrais para o desenvolvimento de lasers ajustáveis de largura de linha estreita . O uso desses expansores de feixe prismáticos levou à teoria da dispersão de múltiplos prismas . [ 20 ]

Newton também foi o primeiro a propor o efeito Goos-Hänchen , um fenômeno óptico no qual a luz polarizada linearmente sofre um pequeno deslocamento lateral quando totalmente refletida internamente . Ele forneceu explicações experimentais e teóricas para o efeito usando um modelo mecânico. [ 110 ]

A ciência percebeu a diferença entre a percepção da cor e a óptica matematizável. O poeta e cientista alemão Johann Wolfgang von Goethe não conseguiu abalar os fundamentos newtonianos, mas "Goethe encontrou uma falha na armadura de Newton... Newton havia se comprometido com a doutrina de que a refração sem cor era impossível. Ele, portanto, pensava que os vidros dos telescópios deveriam permanecer imperfeitos para sempre, sendo o acromatismo e a refração incompatíveis. Dollond provou que essa inferência estava errada."

GRAVIDADE

Newton vinha desenvolvendo sua teoria da gravitação já em 1665. [ 112 ] Em 1679, ele retornou ao seu trabalho sobre mecânica celeste , considerando a gravitação e seu efeito nas órbitas dos planetas com referência às leis de Kepler do movimento planetário. O interesse renovado de Newton em assuntos astronômicos recebeu um estímulo adicional pelo aparecimento de um cometa no inverno de 1680-1681, no qual ele se correspondeu com John Flamsteed . [ 113 ] Após as trocas com Hooke, Newton elaborou uma prova de que a forma elíptica das órbitas planetárias resultaria de uma força centrípeta inversamente proporcional ao quadrado do vetor raio. Ele compartilhou seus resultados com Edmond Halley e a Royal Society em De motu corporum in gyrum , um tratado escrito em cerca de nove folhas que foi copiado no Livro de Registro da Royal Society em dezembro de 1684. [ 114 ] Este tratado continha o núcleo que Newton desenvolveu e expandiu para formar os Principia .

O Principia foi publicado em 5 de julho de 1687 com o incentivo e ajuda financeira de Halley. Nesta obra, Newton declarou as três leis universais do movimento . Juntas, essas leis descrevem a relação entre qualquer objeto, as forças que agem sobre ele e o movimento resultante, estabelecendo as bases para a mecânica clássica . Elas contribuíram para muitos avanços durante a Revolução Industrial que logo se seguiu e não foram aprimoradas por mais de 200 anos. Muitos desses avanços continuam a ser os alicerces das tecnologias não relativísticas no mundo moderno. Ele usou a palavra latina gravitas (peso) para o efeito que se tornaria conhecido como gravidade e definiu a lei da gravitação universal . [ 115 ] Seu trabalho alcançou a primeira grande unificação na física . [ 8 ] Ele resolveu ainda mais o problema dos dois corpos e introduziu o problema dos três corpos . [ 17 ]

No mesmo trabalho, Newton apresentou um método de análise geométrica semelhante ao cálculo usando 'primeira e última razões', deu a primeira determinação analítica (com base na lei de Boyle ) da velocidade do som no ar, inferiu a achatamento da figura esferoidal da Terra, explicou a precessão dos equinócios como resultado da atração gravitacional da Lua sobre a achatamento da Terra, iniciou o estudo gravitacional das irregularidades no movimento da Lua , forneceu uma teoria para a determinação das órbitas dos cometas e muito mais. [ 115 ] O biógrafo de Newton, David Brewster, relatou que a complexidade de aplicar sua teoria da gravidade ao movimento da lua era tão grande que afetou a saúde de Newton: "[Ele] foi privado de seu apetite e sono" durante seu trabalho no problema em 1692-93, e disse ao astrônomo John Machin que "sua cabeça nunca doeu, exceto quando ele estava estudando o assunto". De acordo com Brewster, Halley também disse a John Conduitt que, quando pressionado a completar sua análise, Newton "sempre respondia que isso lhe causava dor de cabeça e o mantinha acordado com tanta frequência que ele não pensaria mais nisso ". [Ênfase no original] [ 116 ] Ele forneceu o primeiro cálculo da idade da Terra por experimento, [ 18 ] e descreveu um precursor do túnel de vento moderno.

ILUMINISMO

Os filósofos do Iluminismo escolheram uma breve história de seus predecessores científicos — Galileu Galilei , Robert Boyle e Newton, principalmente — como guias e garantidores de suas aplicações do conceito singular de natureza e lei natural a todos os campos físicos e sociais da época. Nesse sentido, as lições da história e as estruturas sociais construídas sobre ela poderiam ser descartadas.

Filósofos europeus do Iluminismo e historiadores do Iluminismo sustentam que a publicação dos Principia por Newton foi um ponto de virada na Revolução Científica e deu início ao Iluminismo. Foi a concepção de universo de Newton baseada em leis naturais e racionalmente compreensíveis que se tornou uma das sementes da ideologia iluminista. John Locke e Voltaire aplicaram conceitos de lei natural a sistemas políticos que defendiam direitos intrínsecos; os fisiocratas e Adam Smith aplicaram concepções naturais de psicologia e interesse próprio a sistemas econômicos; e sociólogos criticaram a ordem social atual por tentar encaixar a história em modelos naturais de progresso . Monboddo e Samuel Clarke resistiram a elementos do trabalho de Newton, mas eventualmente o racionalizaram para se conformar com suas fortes visões religiosas da natureza.