Isaac Newton(Woolsthorpe-by-Colsterworth,4 de janeirode1643-Kensington,31 de marçode1727)[1][nota 1]foi umastrônomo,alquimista,filósofo natural,teólogoecientistainglês, mais reconhecido comofísicoematemático.Sua obra,Princípios Matemáticos da Filosofia Natural[nota 2]é consideradauma das mais influentes nahistória da ciência. Publicada em 1687, esta obra descreve alei da gravitação universale astrês leis de Newton, que fundamentaram amecânica clássica. Ao demonstrar a consistência que havia entre o sistema por si idealizado e asleis de Keplerdo movimento dos planetas, foi o primeiro a demonstrar que os movimentos de objetos, tanto naTerracomo em outros corposcelestes, são governados pelo mesmo conjunto de leis naturais. O poder unificador e profético de suas leis era centrado na revolução científica, no avanço doheliocentrismoe na difundida noção de que a investigação racional pode revelar o funcionamento mais intrínseco da natureza.Newton construiu o primeirotelescópio refletoroperacional e desenvolveu a teoria das cores baseada na observação que umprismadecompõe a luzbranca em várias cores doespectro visível. Ele também formulouuma lei empírica de resfriamentoe estudou avelocidade do som. Além de seu trabalho emcálculo infinitesimal, como matemático Newton contribuiu para o estudo dasséries de potências, generalizou oteorema binomialpara expoentes não inteiros, e desenvolveu ométodo de Newtonpara a aproximação dasraízes de uma função, além de muitas outras contribuições importantes. Newton também dedicou muitode seu tempo ao estudo da alquimia e dacronologia bíblica, mas a maior parte de seu trabalho nessas áreas permaneceu não publicada até muito tempo depois de sua morte.Em uma pesquisa promovida pelaRoyal Society, Newton foi considerado o cientista que causou maior impacto na história da ciência.[2]De personalidade sóbria, fechada e solitária, para ele a função da ciência era descobrir leis universais e enunciá-las de forma precisa e racional.[3]Primeiros anosNewton nasceu em 4 de janeirode 1643 emWoolsthorpe Manor, embora seu nascimento tivesse sido registrado como no dia de Natal, 25 de dezembro de 1642,pois àquela época aGrã-Bretanhausava ocalendário juliano. Seu nascimento foiprematuro, não tendo conhecido seu pai, um próspero fazendeiro que também se chamava Isaac Newton e morreu três meses antes de seu nascimento.[4]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). O jovem Isaac não havia gostado de seupadrasto e brigou com sua mãe por se casar com ele, como revelado por este registro em uma lista de pecados cometidos até os 19 anos de idade:Ameaçar meu pai Smith e minha mãe de queimar sua casa com eles dentro.[5]Um ser de personalidade fechada, introspectiva e de temperamento difícil: assim eraNewton, 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. Parece que o único romance de que se tem notícia na vida de Newton tenha ocorrido com a senhorita de nome Anne Storer (filha adotiva do farmacêutico e hoteleiro William Clarke), embora isso não seja comprovado.[6]Os primeiros anos na escolaA partir da idade de aproximadamente doze até os dezessete anos, Newton foi educado naThe King's School, emGrantham(onde a sua assinatura ainda pode ser vistaem cima de um parapeito da janela da biblioteca).[7]Ele foiretirado da escola em outubro de 1659 para viver emWoolsthorpe-by-Colsterworth, onde sua mãe, viúva, agora pela segunda vez, tentou fazer dele um agricultor; mas ele odiava trabalhar na agricultura.[8]Henry Stokes, diretor da The King's School, convenceu sua mãe a mandá-lo de volta à escola para que pudesse completar sua educação.[9]Um caderno escolar de Newtonrevela alguns dos assuntos que ele estudou nas aulas de Stokes neste período:aritmética,agrimensura,trigonometriaeconstruções geométricasque incluíam as aproximações deArquimedespara o númeroπ.[9]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.[9]Especula-se que Newton estudoulatim,grego,hebreue aBíblia. Alguns autores destacam a ideia de que era um aluno mediano, até que uma cena de sua vida mudou isso: uma briga com um colegade escola fez com que Newton decidisse ser o melhor aluno da classe e de todo o prédio escolar.[10]
Newton estudou noTrinity CollegedeCambridge, e graduou-se em 1665. Um dos principais precursores doiluminismo, seu trabalho científico sofreu forte influência de seu professor e orientadorIsaac Barrow(desde1663), e de Schooten,Viète,John Wallis,René Descartes, dos trabalhos dePierre de Fermatsobre retas tangentes acurvas; deBonaventura Cavalieri, das concepções deGalileu GalileieJohannes Kepler.O matemático francêsAbraham 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, aos20 anos, quando ele comprou um livro de astrologia e não conseguiu entender a matemática usada nele.[11][12]Assim, Newton comprou um livro de trigonometria, e não conseguindo entender as demonstrações, começou a estudarOs ElementosdeEuclides, que leu inteiro. Prosseguiu para oClavis Mathematicae, deWilliam Oughtred, e então para oLa Géométrie,de Descartes. Seguiu o estudo comExercitationum mathematicarum,deSchooten, e então oOpera Mathematica,deViète. E finalmente para os dois livros de Wallis:Arithmetica infinitorumeTractatus duo. Estudos que Newton realizou como autodidata em pouco mais de um ano.[13]Em 1663, formulou o teorema hoje conhecido comoBinômio de Newton. Fez suas primeirashipóteses sobre gravitação universal e escreveu sobreséries infinitase o que chamou de teoria das fluxões (1665), o embrião doCálculo Diferencial e Integral.Por causa dapeste negra, o Trinity College foi fechado em 1666 e o cientista foi para a casa de sua mãe emWoolsthorpe-by-Colsterworth. Foi neste ano de retiro que construiu quatro de suas principais descobertas: o Teorema Binomial, o cálculo, alei da gravitação universale a natureza das cores. Construiu o primeirotelescópiode reflexão em 1668, e foi quem primeiro observou oespectrovisível que se pode obter pela decomposição daluzsolar ao incidir sobre uma das faces de umprismatriangular transparente (ou outro meio derefração ou de difração), atravessando-o e projetando-sesobre um meio ou um anteparobranco, fenômeno este conhecido comodispersão. Optou, então, pela teoria corpuscular de propagação da luz, enunciando-a em 1675 e contrariando a teoria ondulatória deHuygens.Tornou-se professor dematemáticaem Cambridge (1669) e foi eleitoMembro da Royal Societyem1672. Sua principal obra foi a publicaçãoPrincípios Matemáticos da Filosofia Naturalem 1687, em três volumes, na qual enunciou a lei da gravitação universal (Vol. 3), generalizando e ampliando as constatações de Johannes Kepler, e resumiu suas descobertas, principalmente ocálculo. Essa obra tratou essencialmente sobre física, astronomia e mecânica (leis dos movimentos, movimentos de corpos em meios resistentes, vibrações isotérmicas,velocidade do som,densidade do ar, queda dos corpos na atmosfera,pressão atmosférica, etc.).De 1687 a 1690, foi membro doParlamento Britânico, em representação daUniversidade de Cambridge. Em 1696 foi nomeadoWarden of the Minte em 1701Master of the Mint, dois cargos burocráticos da [[casa da moeda britânica. Foi eleito sócio estrangeiro daAcadémie des Sciencesem 1699 e tornou-se presidente daRoyal 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 (talvez em 1673).ContribuiçõesMatemáticaO trabalho de Newton foi descrito como "Um Trabalho distinto, que avançou cada ramo da matemática".[14]Sua obra sobre o assunto normalmente referido comocálculo, foi visto em um manuscrito no mês de outubro de 1666, agora publicado entre os papéis matemáticos de Newton.[15]Isaac Newton (Bolton, Sarah K. Homens famosos da Ciência. NY: Thomas Y. Crowell & Co
Newton mais tarde se envolveuem uma disputa comLeibnizsobre a autoria no desenvolvimento do cálculo infinitesimal. A maioria dos historiadores modernos acreditam que Newton e Leibniz desenvolveramcálculo infinitesimalde 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 umrelato 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 emPrincípios Matemáticos da Filosofia Natural. Essa obra não foi escrita na linguagem de cálculoou como nós o conhecemos hoje, ou como na notação que Newton mais tarde usaria.Mas o seu trabalho amplamente usa um cálculo infinitesimal em forma geométrica, com base em valores limite das proporções de pequenas quantidades: noPrincipiao próprio Newton deu uma demonstração deste sob o nome de "o método da primeira e do últimarazão",[16]e explicou por que ele colocouas exposições desta forma.[17]Devido a isso, oPrincipiafoi chamado deum livro denso com a teoria e aplicação do cálculo infinitesimal,[18]elequel est Presque tout ce de calcul("'quase tudo é o cálculo'"), na época de Newton.O cálculo de Newton em forma geométrica é frequentemente objeto de fascínio de muitos dos estudos sobre Newton. Após estudar oPrincipia, o físico indianoChandrasekharafirmou:seus conhecimentos físicos e geométricos eram tão penetrantes que as provas emergiam inteiras em sua mente. O matemático russoV. I. Arnoldtambém expressou seu fascínio em relação a este aspecto doPrincipia: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 realizadaspor seus comentadores de suas ideias geométricas para a linguagem formal do cálculo deLeibniz.[19]Newton tinha sido cauteloso em publicar o seu cálculo porque temia controvérsia e críticas.[20]Ele era amigo do matemático suíçoNicolas Fatiode Duillier. Em 1691, Duillier começou a escrever uma nova versão dePrincipiae enviou a Leibniz.[21]Em 1693, a relação entre Duillier e Newton acabou, e o livro nunca foi concluído.A partir de 1699, outros membros daRoyal Society(da qual Newton era um membro) acusaram Leibniz deplágio, e adisputa 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 estudosobre Leibniz. Newton é creditado geralmente pelobinómio de Newton, válido para qualquer expoente, descobriu asidentidades de Newton, oMétodo de Newton, fez contribuições substanciais para a teoria dooperador de diferença, e foi o primeiro a usar índices fracionários para empregar nageometria analíticapara obter soluções para aequação diofantina, além de ter sido o primeiro a usarcoordenadas polares.[22]Newton foi nomeadoProfessor lucasianode Matemática, em 1669, por recomendação deIsaac Barrow.[23]
Um prisma decompondo a luz branca nas cores do espectro, como descoberto por NewtonNewton realizou descobertas fundamentais emóptica. Em 1666, Newton observou que a luz que entrava por um orifíciocircularao serrefratadapor umprismaem posição de desvio mínimo, formava uma imagem oblonga, em vez de circular, como seria esperado matematicamente pelalei de Snell. Com isto, Newton conjecturou que o prisma refrata cores diferentes por ângulos diferentes, e realizou sistematicamente diversas experiências com o fim de corroborar ou falsear tal hipótese.[24]Entre 1670 e 1672, Newton trabalhou intensamente em problemas relacionados com a óptica e a natureza da luz. Ele demonstrou, de forma clara e precisa, que a luz branca é formada por uma banda de cores (vermelho,laranja,amarelo,verde,azul,anilevioleta) que podiam separar-sepor meio de um prisma.Como resultado de muito estudo, concluiu que qualquer telescópio "refrator" sofreria deuma aberração hoje denominada "aberração cromática", que consiste na dispersão da luz em diferentes cores ao atravessar umalente.Para evitar esse problema, Newton construiu um"telescópio refletor" (conhecidocomotelescópio newtoniano). Isaac Newton acreditava que existiam outros tipos de forças entre partículas, conforme diz na obraPrincipia. Essas partículas, capazes de agir à distância, agiam de maneira análoga àforça gravitacionalentre os corpos celestes.[25]Em 1704, Isaac Newton escreveu a sua obra mais importante sobre a óptica, chamadaOpticks, na qual expõe suas teorias anteriores ea natureza corpuscular da luz, assim como um estudo detalhado sobre fenômenos comorefração,reflexãoedispersãoda luz.Newton colocou na parte final doÓpticauma lista de questões pendentes e possíveis respostas a elas, seção que Newton ainda viria aexpandir nas edições seguintes. Nestes anos, ele foi capaz de se permitir fazê-lo - aautoridade de Newton após oPrincipiaera inquestionável, e eram poucos que ousavam fazer objeções. Várias hipóteses revelaram-se proféticas. Em particular, Newton previu:[26][27]*.deflexão da luz em um campo gravitacional;*.o fenômeno dapolarização da luz;*.interconversão de luz e matéria.Lei da gravitação universalVer artigo principal:Lei da gravitação universal"O momento culminante darevolução científicafoi a descoberta, por Isaac Newton, dalei da gravitação universal"Bernard CohenNo verão de 1684, houve uma reunião entreRobert Hooke,Edmond HalleyeChristopher Wrenem que discutiram sobre gravitação. Halley, que mantinha uma boa amizade com Newton, visitou-o em agosto de 1684, e lhe apresentou um problema que eles não tinham conseguido resolver:Qual é a forma da órbita de um planeta atraído pelo Sol por uma força que varia com o inverso do quadrado da distância?Newton respondeu imediatamente:Uma elipse.Desconcertado, Halley perguntou:Como sabe?, ao que Newton lhe respondeu que já havia resolvido esse problema. Newton procurou o papel com a prova mas não o encontrou, mas prometeu reconstruí-la e lhe enviá-la, e assim Halley teve que aguardar, e só recebeu a prova em novembro de 1684, sob o títuloDe Motu Corporum in Gyrum("Sobre o movimento dos corpos em órbita"). Halley imediatamente percebeu a importância do resultado e do método empregado por Newton, e o visitou novamente,decidido a convencê-lo a publicar suas descobertas. E assim Newton começou a escrever oPrincipia, cujos custos de publicação foram todos arcados por Halley (a Royal Society estava muito malfinanceiramente, e Newton não queria gastar dinheiro com a publicação).[28][29][30][31]Com uma lei formulada de maneira simples, Newton procurou explicar os fenômenos físicos mais importantes do universo. A lei da gravitação universal, proposta por ele, tem a seguinte expressão matemática:
