Existem quatro forças fundamentais que governam todas as interações no Universo. Eles são o nuclear fraco, o nuclear forte, o eletromagnetismo e a gravidade. Destes, é possível que a gravidade seja a mais misteriosa . Embora tenha sido entendido há muito tempo como essa lei da física funciona em grande escala (governando nosso Sistema Solar, galáxias e superaglomerados), permanece um mistério como ela interage com as outras três forças fundamentais.
Naturalmente, os seres humanos têm uma compreensão básica dessa força desde tempos imemoriais. E no que diz respeito à nossa compreensão moderna da gravidade, devemos dar crédito a um homem que decifrou suas propriedades e a maneira como ele governa todas as coisas grandes e pequenas: Sir Isaac Newton. Graças a esse matemático e físico inglês do século XVII, nossa compreensão do Universo e as leis que o governam mudaram para sempre. Isaac Newton descobriu a gravidade.
Embora todos nós estejamos familiarizados com a imagem icônica de um homem sentado debaixo de uma macieira e derrubando uma de suas frutas em sua cabeça, as teorias da gravidade de Newton também representaram uma culminação de anos de pesquisa, que por sua vez foram baseadas em séculos de conhecimento acumulado. Newton apresentou essas teorias em sua obra-prima Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”), publicada pela primeira vez em 1687.
Neste volume, Newton expôs o que viria a ser conhecido como suas Três Leis do Movimento, baseadas nas Leis do Movimento Planetário de Johannes Kepler, bem como sua própria descrição matemática da gravidade. Essas leis estabeleceriam as bases da mecânica clássica e permaneceriam incontestadas por séculos, em particular até o século XX e o surgimento da Teoria da Relatividade de Einstein .
O século XVII foi um período muito favorável para a ciência, com importantes conquistas em matemática, física, astronomia, biologia e química. Alguns dos grandes avanços feitos nesse período incluem o desenvolvimento do modelo heliocêntrico do Sistema Solar por Nicolás Copernicico, o trabalho pioneiro com os telescópios e a astronomia observacional de Galileu Galilei, e o desenvolvimento da ótica moderna.
Foi também durante este período que Johannes Kepler desenvolveu as Leis do Movimento Planetário . Formuladas entre 1609 e 1619, essas leis descreviam o movimento dos planetas conhecidos naquela época (Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter e Saturno) em torno do Sol. Eles afirmaram que:
Em 1678, Newton sofreu um colapso nervoso total devido ao excesso de trabalho e uma disputa com seu colega astrônomo Robert Hooke. Durante os anos seguintes, ele parou de escrever com outros cientistas, exceto quando eles começaram a conversa, e renovou seu interesse em mecânica e astronomia.
No inverno de 1680-81, o aparecimento de um cometa, no qual foi escrito com John Flamsteed (astrônomo real da Inglaterra), também renovou seu interesse pela astronomia.
Depois de analisar as Leis do Movimento de Kepler, Newton desenvolveu uma prova matemática de que a forma elíptica das órbitas planetárias seria o resultado de uma força centrípeta inversamente proporcional ao quadrado do vetor do raio. Newton relatou esses resultados a Edmond Halley (descobridor de “Comet Haley”) e à Royal Society em seu De motu corporum in gyrum.
Este tratado, publicado em 1684, continha a semente de sua obra-prima, a Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, publicada em julho de 1687 e contendo as três leis do movimento de Newton, que afirmam que:
Juntas, essas leis descreviam a relação entre qualquer objeto, as forças que atuam sobre ele e o movimento resultante, lançando as bases da mecânica clássica. As leis também permitiram que Newton calculasse a massa de cada planeta, o achatamento da Terra nos pólos e sua ampliação no equador, e como a atração gravitacional do Sol e da Lua geram as marés da Terra.
No mesmo trabalho, Newton apresentou um método de análise geométrica semelhante ao cálculo usando as “primeiras e últimas razões”, encontrou a velocidade do som no ar (com base na Lei de Boyle), explicou a precessão dos equinócios (que mostrou que foram o resultado da atração gravitacional da Lua para a Terra), iniciou o estudo gravitacional das irregularidades no movimento da Lua, forneceu uma teoria para determinar as órbitas dos cometas e muito mais.
A história de uma maçã caindo na cabeça de Newton e fazendo com que ele desenvolva sua teoria da gravitação universal é um clássico da cultura popular. E embora tenha sido frequentemente argumentado que a história é apócrifa e que Newton não inventou sua teoria em um determinado momento, o próprio Newton contou a história muitas vezes e alegou que o incidente o inspirou .
Além disso, os escritos de William Stukeley (um clérigo e antiquário inglês, membro da Royal Society) confirmaram a história. Mas em vez da representação cômica da maçã atingindo Newton na cabeça, Stukeley descreveu em suas “Memórias da vida de Sir Isaac Newton” (1752) uma conversa em que Newton falou de suas reflexões sobre a natureza da gravidade. enquanto assiste uma queda de maçã.
“… fomos ao jardim e bebemos chá sob a sombra de algumas macieiras, ele e eu sozinhos. Entre outras conversas, ele me disse que estava nessa mesma situação quando a noção de gravitação veio à mente na época. “Por que uma maçã deve sempre descer perpendicular ao chão?” Ele pensou consigo mesmo, seguindo a queda de uma maçã … ”
John Conduitt, assistente de Newton na Casa da Moeda Britânica (e que acabaria se casando com sua sobrinha), também descreveu ouvir a história como parte de suas próprias explicações sobre a vida de Newton. De acordo com Conduitt, o incidente ocorreu em 1666, quando Newton estava visitando sua mãe em Lincolnshire. Enquanto vagava pelo jardim, observei a influência da gravidade se estender além da Terra, e foi responsável tanto pela queda de uma maçã quanto pela órbita da Lua.
Da mesma forma, Voltaire escreveu em seu “Ensaio sobre poesia épica” (1727) que Newton pensara primeiro no sistema de gravitação enquanto caminhava por seu jardim e via uma maçã caindo de uma árvore. Isso é consistente com as anotações de Newton da década de 1660, que mostram que ele estava tentando resolver a ideia de como a gravidade da Terra se estende à Lua , em proporção ao inverso do quadrado.
No entanto , levaria mais duas décadas para desenvolver plenamente suas teorias, a ponto de poder oferecer provas matemáticas, como demonstrou nos Principia. Depois de concluir este trabalho, deduziu que a mesma força que faz com que um objeto caia no chão foi responsável por outros movimentos orbitais. Portanto, ele chamou de “gravitação universal” .
Existem várias árvores que dizem ser “a” macieira que Newton descreve. A King’s School of Grantham afirma que a escola comprou a árvore original, arrancou-a e transportou-a para o jardim do diretor alguns anos depois. No entanto, o National Trust (a Fundação Nacional para Locais de Interesse Histórico ou Beleza Natural), que possui Woolsthorpe Manor (a casa onde Newton cresceu), afirma que a árvore ainda vive em seu jardim. Um descendente da árvore original pode ser visto crescendo do lado de fora da entrada principal do Trinity College, em Cambridge, sob a sala onde Newton morava quando estudava lá.
O trabalho de Newton teria uma profunda influência nas ciências, seus princípios permanecendo como um cânone pelos próximos 200 anos. Ele também revelou o conceito de gravitação universal, que se tornou o sustentáculo da astronomia moderna, e não seria revisado até o século 20, com a descoberta da mecânica quântica e da teoria da relatividade geral de Einstein .