Teoria da gravidade: o fundo de verdade na história da maçã de Isaac Newton

Artigo de Steve Connor para o jornal The Independent do dia 18 de janeiro de 2010. Traduzido por Eli Vieira para o blog Xibolete.

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É uma das anedotas mais famosas da história da ciência. O jovem Isaac Newton está sentado em seu jardim, quando uma maçã cai em sua cabeça e, num lampejo de genialidade, ele de repente inventa sua teoria da gravidade. A história é certamente enfeitada, tanto por Newton quanto por gerações de contadores de histórias que vieram depois dele. Mas hoje qualquer um com acesso à internet pode ver por si mesmo a história em primeira mão de como uma macieira inspirou o entendimento da força gravitacional. A Royal Society em Londres está tornando disponível em forma digitalizada o manuscrito original que descreve como Newton imaginou sua teoria da gravidade depois de observar uma maçã caindo de uma árvore no jardim de sua mãe no condado de Lincolnshire, embora não haja evidência para sugerir que a maçã o atingiu na cabeça.

Era 1666 e, por causa da peste negra, muitos eventos e prédios públicos estavam fechados. Newton teve de abandonar Cambridge e ir para o Solar de Woolsthorpe, perto da cidade de Grantham, em Lincolnshire, a casa modesta em que ele nasceu, para contemplar os problemas estelares que ele havia perseguido na universidade. Ele tinha obsessão em particular pela órbita da Lua em torno da Terra, e veio a raciocinar que a influência da gravidade deve se estender por distâncias vastas. Depois de ver como maçãs sempre caem em linha reta ao chão, passou vários anos trabalhando na matemática mostrando que a força da gravidade diminuía na razão inversa do quadrado da distância. Mas que evidência há de que Newton foi mesmo inspirado por uma maçã em queda? Ele não deixou nenhum registro escrito disso, embora haja outros documentos sugerindo que ele falou a respeito para outros quando já velho.

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Solar de Woolsthorpe, casa da infância de Isaac Newton

Historiadores apontam para um relato escrito em particular de um dos contemporâneos jovens de Newton, um antiquário e proto-arqueólogo chamado William Stukeley, que também escreveu a primeira biografia do maior cientista da Grã-Bretanha, com o título “Memórias da Vida de Sir Isaac Newton”. Stukeley também nasceu em Lincolnshire, e usou seus contatos para fazer amizade com o notoriamente briguento Newton. Stukeley passou um tempo conversando com o idoso Newton, a dupla se encontrava regularmente como membros da Royal Society, e se falavam. Em uma ocasião em particular em 1726, Stukeley e Newton passaram a noite jantando juntos em Londres. “Depois do jantar, como o tempo estava bom, fomos ao jardim e bebemos chá sob a sombra de uma macieira; só ele e eu”, escreveu Stukeley no manuscrito meticuloso liberado pela Royal Society.

“Entre outros discursos, ele me disse que estava na mesma situação quando, no passado, a noção da gravidade lhe veio à mente. Por que deveria a maçã sempre descer perpendicularmente ao chão, pensou ele consigo; por ocasião da queda de uma maçã, enquanto sentado em humor contemplativo. Por que ela não cai para o lado, ou para cima, mas constantemente em direção ao centro da Terra? Certamente a razão é que a Terra a puxa. Deve haver um poder de atração na matéria. E a soma do poder de atração na matéria da Terra deve estar no centro da Terra, não em qualquer lado da Terra. Portanto, a maçã cai perpendicularmente ou em direção ao centro? Se matéria dessa forma puxa matéria; deve ser em proporção à sua quantidade. Portanto, a maçã puxa a Terra, tão bem quanto a Terra puxa a maçã”.

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Memórias da Vida de Sir Isaac Newton, 1752

Essa é a versão mais detalhada da anedota da maçã, mas não é a única dos tempos de Newton. Ele também a tinha usado para entreter John Conduitt, o marido da sobrinha de Newton e seu assistente na Casa Real da Moeda, que Newton chefiou em idade mais avançada. Conduitt escreveu: “No ano de 1666 ele se afastou novamente de Cambridge para a casa da mãe em Lincolnshire. Enquanto andava pensativamente num jardim, veio ao seu pensamento que o poder da gravidade (que trouxe uma maçã de uma árvore ao chão) não era limitado a uma certa distância da Terra, mas que esse poder deve se estender para muito mais além do que se pensava. Por que não tão alto quanto à Lua, disse ele a si mesmo, e se é assim, que deve influenciar seu movimento e talvez reter sua órbita, e assim ele se pôs a calcular qual seria o efeito dessa suposição”.

Ambas as versões do incidente da maçã foram relembradas por Newton cerca de 50 anos depois. Isso aconteceu mesmo, ou foi uma história que Newton enfeitou ou até inventou? “Newton foi aperfeiçoando astutamente essa anedota ao longo do tempo”, disse Keith Moore, chefe dos arquivos da Royal Society. “A história foi certamente verdadeira, mas digamos que foi ficando melhor ao ser contada. A história da maçã se encaixava com a ideia de um objeto em forma de planeta sendo atraído pela Terra. Também tinha uma ressonância com a história bíblica da árvore do conhecimento, e sabe-se que Newton tinha opiniões religiosas extremas”, disse o sr. Moore.

No Solar de Woolsthorpe, agora propriedade da Fundação Nacional para Lugares de Interesse Histórico ou Beleza Natural do Reino Unido, a governanta da casa, Margaret Winn, disse que a mesma macieira, de uma variedade usada em cozinha, ainda cresce na frente da casa, com vista para a janela do quarto de Newton. “Ele contou a história quando idoso, mas você se pergunta se realmente aconteceu”, disse a srta. Winn, que já cozinhou com as maçãs. Mas mesmo se a história foi invencionice fantástica de um velho homem, o conto da maçã em queda foi registrado na história como o segundo maior “momento eureka” na ciência, depois de Arquimedes, que descobriu como calcular o volume de objetos enquanto estava tomando banho.

Marcelo Gleiser no Canal Livre falando sobre vida extraterrestre, ciência e religião

Entrevista concedida por Marcelo Gleiser, professor de física e astronomia na Universidade de Dartmouth, nos Estados Unidos, ao programa Canal Livre, da Band.
Na ocasião, ele falou sobre a probabilidade e as consequências de existir vida fora da Terra, sobre a relação entre ciência e religião, e sobre os limites éticos da ciência.




Veja também: Cientistas discutem procedimentos padrão em caso de contato alienígena


BÔNUS 1: Programa Canal Livre (Band) exibido no dia 23 de março de 2014, com a presença de Douglas Galante, doutor em astronomia pelo Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (USP), e do professor emérito da USP, Sylvio Ferraz Mello, doutor em ciências matemáticas pela Academia de Paris e Doutor Honoris Causa do Observatório de Paris. Apresentação de Boris Casoy, com a presença dos jornalistas Fernando Mitre e Ulisses Capozzoli na bancada.


BÔNUS 2: Garoto filósofo de 9 anos falando sobre a vida, o universo e tudo o mais. Não sei se um adulto escreveu o texto e ele apenas decorou ou se esses questionamentos são de fato dele, mas esse garotinho fala sobre problemas filosóficos bem intrigantes (além de ser um pouco engraçado ver uma criança com preocupações tão sofisticadas).


BÔNUS 3: Neil deGrasse Tyson em “A mais humana das atividades”.


O que não se pode conhecer

Artigo de Marcelo Gleiser.

Quanto podemos saber sobre o mundo? Tudo? Ou existem limites fundamentais para o que a ciência pode explicar? Esse é o tema do meu novo livro, A Ilha do Conhecimento: Os Limites da Ciência e a Busca por Sentido. Vemos apenas uma ínfima fração do Cosmos. Muito do que existe é invisível, mesmo quando aumentamos nossa percepção com telescópios, microscópios e outros instrumentos. Todo instrumento também tem alcance limitado. Como muito da natureza permanece oculto, nossa visão de mundo se baseia só na fração da realidade que podemos analisar. O conhecimento é uma ilha, cercada pelo oceano do desconhecido. A ciência permite acessar partes desse desconhecido e, com isso, a ilha cresce. Mas cresce também a fronteira com o desconhecido: surgem novas questões, que nem poderíamos ter antecipado. Imagine a biologia antes do microscópio, ou a astronomia antes do telescópio. A questão essencial é se existem regiões inacessíveis aos métodos da ciência. A resposta é um sonoro “sim”.

Existem limites intrínsecos às leis da natureza. Por exemplo, a velocidade da luz, sendo a maior que existe, impõe limites sobre o quanto podemos saber do Universo. Visto que o Cosmos surgiu há cerca de 13,8 bilhões de anos e vem expandindo, a informação que podemos receber fica contida numa bolha, com raio dado pela distância que a luz viajou nesse tempo. O Universo pode continuar além desse “horizonte”, mas não podemos ver o que está por lá. A física quântica oferece outro limite, devido ao princípio de incerteza. Não podemos conhecer a posição e a velocidade de uma partícula com precisão acima de um certo valor. Isso revela um mundo estranho, onde objetos podem ser partícula e onda: sua natureza depende do experimento que, por sua vez, depende do observador. Com a física quântica perdemos a objetividade no nível essencial da matéria. Processos ocorrem aleatoriamente; podemos determiná-los apenas usando probabilidades. Finalmente, temos os limites da mente. Não entendemos a natureza do consciente humano. Será possível construir uma simulação do cérebro? Como entender o cérebro, se não podemos “sair” dele? Basta simular neurônios e sinapses? Dos confins do Cosmos ao mundo dos átomos à natureza da mente, vivemos cercados de mistérios.

Júpiter salvando a Terra

Júpiter é o maior planeta do nosso sistema solar. Como sua massa é 318 vezes maior que a da da Terra, sua monstruosa força gravitacional atrai os asteroides, impedindo que eles se aproximem da Terra. Acho que este é um caso legítimo para dizermos que o mundo ainda não acabou graças a Zeus.

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Como Andrés Ruzo descobriu que um rio fervente da Amazônia não era lenda

O peruano Andrés Ruzo sempre pensou que a existência de um rio fervente na Amazônia não passasse de uma lenda. Mas seu trabalho como geólogo – com uma bolsa da National Geographic – o levou a conhecer de fato essa maravilha natural, aonde ele “gostaria de levar todas as crianças do mundo para que vejam o quão maravilhoso é nosso planeta”. Agora, ele lança um livro, The Boiling River (O rio fervente, em inglês), assim como um site de mesmo nome, em inglês e espanhol, em que conta a fascinante história sobre esse lugar único cujo nome indígena significa “fervido com o calor do sol”. Clique na imagem abaixo para assistir uma apresentação dele no TED em 2014, e a seguir leia o relato dado pelo jovem cientista à BBC:

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Quando era criança, em Lima, meu avô me contou uma lenda da conquista do Peru pela Espanha. Atahualpa, imperador dos incas, havia sido capturado e aniquilado. Francisco Pizarro e seus conquistadores haviam enriquecido, e as histórias sobre sua conquista haviam chegado à Espanha, produzindo novas ondas migratórias de espanhóis, ávidos por ouro e glória. Eles iam aos povoados e perguntavam aos incas: “Onde há outra civilização que podemos conquistar? Onde há mais ouro?”. Os incas, por vingança, respondiam: “Vão à Amazônia. Lá, encontrarão todo o ouro que quiserem. De fato, há uma cidade chamada PaititiEl Dorado, em espanhol – toda feita em ouro”. Os espanhóis foram para a selva, mas os poucos que voltaram contavam histórias de poderosos xamãs, de guerreiros com flechas envenenadas, de árvores tão altas que tapavam o sol, de aranhas que comiam pássaros, cobras que comiam homens inteiros e de um rio que fervia. Tudo isso virou uma memória de infância.

Enquanto trabalhava em meu doutorado, tratando de entender o potencial da energia geotérmica do Peru, lembrei-me desta lenda e me perguntei: Será que o rio fervente existe? Perguntei a colegas da universidade, ao governo, a companhias de petróleo, gás e mineração, e a resposta sempre foi um unânime “não”. E faz sentido. É que, ainda que existam rios ferventes no mundo, geralmente estão associados a vulcões. É necessária uma fonte poderosa de calor para produzir uma manifestação geotérmica tão grande. Mas não há vulcões na Amazônia, nem na maior parte do Peru. Consequentemente, não deveria haver um rio fervente ali. Quando estava contando essa mesma história em um jantar de família, minha tia me disse: “Não, Andrés, já estive lá. Eu me banhei neste rio”. E meu tio me confirmou: “Não é mentira. Só é possível nadar nele depois de uma chuva forte, e está protegido por um poderoso xamã”.

Apesar do meu ceticismo científico, terminei entrando na selva, guiado pela minha tia, a mais de 700 km do centro vulcânico mais próximo e, honestamente, preparando-me mentalmente para ver a lendária “corrente quente da Amazônia”. E então… escutei algo. Um som de ondas que ficava cada vez mais forte conforme nos aproximávamos. Soava como as ondas do mar se quebrando e, ao chegar perto, vi um vapor elevando-se entre as árvores. Saquei imediatamente meu termômetro, e a temperatura média da água do rio era de 86ºC. Não precisamente os 100ºC, ponto de ebulição da água, mas suficientemente próximo. O rio corria quente e rapidamente. E isso era estranho. O aprendiz do xamã me levou rio acima a um lugar mais sagrado. Começa como um córrego frio. Logo, em um local chamado de Yacumama, nome da mãe das águas – o espírito de uma serpente gigante que, na mitologia local, dá à luz água fria e quente –, está a corrente quente que se mistura com a fria, dando vida a suas lendas.

Na manhã seguinte, acordei e pedi um chá. Entregaram-me um saco de chá e uma xícara com água do rio. Para minha surpresa, era limpa e seu sabor, agradável, algo pouco comum nos sistemas geotérmicos. O assombroso é que os nativos conheciam este lugar desde sempre e que eu não era de forma alguma o primeiro forasteiro a vê-lo. O rio é simplesmente parte de seu cotidiano. Tomam sua água, aproveitam seu vapor, cozinham, se limpam e até tomam seus remédios com ele. Quando conheci o xamã, ele me pareceu ser uma extensão do rio e da selva. Perguntou-me qual eram minhas intenções e escutou-me com atenção. Logo, para meu grande alívio, um sorriso começou a se desenhar no seu rosto, e ele simplesmente riu. Recebi sua bênção para estudar o rio com a condição de que, depois de analisar as amostras em meu laboratório, as jogasse na terra, onde quer que estivesse, para que as águas pudessem encontrar seu caminho de volta para seu lar.

O nome indígena do rio, Shanay-timpishka, significa “fervido com o calor do sol”, o que indica que não sou o primeiro a me perguntar por que o rio ferve e mostra que a humanidade sempre busca explicar o mundo que nos rodeia. Então, por que ele ferve? Assim como nós temos sangue quente correndo por nossas veias e artérias, a Terra tem água quente correndo por suas rachaduras e falhas. Quando chegam à superfície, produzem manifestações geotérmicas: torres de vapor, águas termais ou, neste caso, um rio fervente. O que realmente é incrível, no entanto, é a escala do local. O rio flui quente por 6,24 km e, ao longo da maioria desse percurso, é mais largo que uma rodovia. Tem piscinas termais e cascatas de mais de seis metros de altura… tudo com água quase fervendo. Quando mapeamos as temperaturas ao longo do rio, surgiu uma tendência curiosa. O rio começa frio, depois esquenta, volta a esfriar e esquenta novamente, daí sua temperatura baixa mais uma vez e sobe de novo, e finalmente começa a cair até desembocar em outro rio.

O número mágico é 47, porque, a 47ºC, o calor começa a machucar, e sei disso por experiência própria. Acima desta temperatura, é preciso tomar cuidado, pois pode ser mortal. Vi todo tipo de animal cair nele, e o que mais me impressiona é que o processo é sempre muito parecido. Primeiro, perdem os olhos, que, aparentemente, cozinham muito rápido, adquirindo uma cor esbranquiçada. A corrente os vai levando, e eles tentam nadar para sair do rio, mas sua carne está cozinhando, pois é muito quente. Assim, vão perdendo as forças até que, finalmente, chega o momento em que a água quente entra na sua boca e os cozinha por dentro. Um pouco sádico, não? De novo, suas temperaturas são o mais impressionante. São similares à de outros vulcões que vi no mundo todo, inclusive de supervulcões, como Yellowstone. A questão é que essa informação nos mostra que um rio fervente pode existir independentemente de vulcões. Sua origem não é ligada ao magma. Como isso é possível? Por anos, tenho questionado especialistas em geotermia e vulcanólogos e ainda não consegui encontrar um sistema geotérmico não-vulcânico dessa magnitude. É algo único. É especial em escala global.

De onde vem seu calor? Ainda será preciso investigar muito para entender melhor, mas, segundo a informação que coletamos, parece ser resultado de um grande sistema hidrotérmico. A água pode vir das geleiras dos Andes e, após ser filtrada nas profundezas da Terra, brota fervendo, aquecida pelo gradiente geotérmico, tudo graças a uma situação geológica única. Trabalhando com meus colegas Spencer Wells, da National Geographic, e Jon Eisen, da Universidade da Califórnia, sequenciamos geneticamente os organismos extremófilos, que sobrevivem ou requerem condições geoquímicas extremas, dentro e ao redor do rio e encontramos novas espécies. No entanto, apesar de tantos estudos e todas as descobertas e lendas, ficam as perguntas: Qual é o significado do rio fervente? Qual é a transcendência dessa nuvem estacionária que flutua sobre este pedaço da selva? Qual é a importância de um detalhe em uma lenda da infância? Para o xamã e sua comunidade, é um lugar sagrado. Para mim, como geocientista, é um fenômeno único. Mas, para os lenhadores ilegais e pecuaristas, é apenas outro recurso a ser explorado. E, para o governo peruano, é outro território desprotegido, pronto para ser desenvolvido.

Minha meta é garantir que quem controle esta terra compreenda o significado e a singularidade do rio fervente. Porque disso se trata, de significado. E nós definimos o significado. Temos esse poder. Somos nós que traçamos a linha entre o sagrado e o trivial. E, nesta época em que tudo parece estar mapeado, medido e estudado, nesta era da informação, os recordo que as descobertas não só se fazem no vazio negro do desconhecido, mas também em meio ao ruído branco gerado pela imensa quantidade de dados. Há muito a se explorar. Vivemos em um mundo incrível. Então, seja curioso.

Níveis de irradiação solar no mundo

É certo que, sem irradiação solar, a vida seria impossível na Terra. Mas a luminosidade e o calor excessivos devem ser apreciados com moderação. Níveis muito elevados de irradiação solar podem causar problemas ambientais, como queimadas e desertificação, e também problemas de saúde, como câncer e envelhecimento precoce da pele.

Veja abaixo vários mapas produzidos pelo SolarGIS mostrando os níveis médios de irradiação solar em todos os continentes do planeta. Neste e nos próximos verões, se você vive numa das regiões mais alaranjadas ou avermelhadas do mapa, fique atento e não esqueça de usar protetor solar. Saiba também que a sua região tem muito potencial para a produção de energia solar e que seria ótimo se esse potencial fosse aproveitado.

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