Em busca da natureza da luz: Teorias esquecidas, episódios inexplorados e outras histórias da óptica do século XVIII

De Breno Arsioli Moura

A obra Em busca da natureza da luz: teorias esquecidas, episódios inexplorados e outras histórias da óptica do século XVIII é fruto de quase vinte anos de pesquisas realizadas no Brasil, nos Estados Unidos e na França, que tratam de aspectos relacionados à natureza da luz, abordando, para isso, estudos historiográficos acerca da óptica. Estruturado em sete capítulos, o livro, com o intuito de suprir a carência de estudos sobre a temática, especialmente estudos em português, apresenta diversos olhares a respeito da história da óptica, discutindo elementos acerca da luz tratados por Robert Hooke e Isaac Newton, entre outros assuntos.

• Idioma: Português
• Editora: Paco e Littera
• Data de lançamento: 24 de ago. de 2022
• ISBN: 9788546220922

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APRESENTAÇÃO

Este livro é resultado de quase 20 anos de pesquisas em história da óptica, iniciadas em 2003, quando era estudante de Física e Química na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Na época, ainda indeciso quanto ao futuro, comecei a cursar a disciplina Tópicos de História da Física, ministrada por Roberto de Andrade Martins no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). O encantamento foi imediato. Dessa experiência, surgiu o primeiro contato com a área, quando desenvolvi um estudo para o trabalho final da disciplina. Sob sugestão de Cibelle Celestino Silva, que então realizava seu pós-doutorado em história da ciência no IFGW e que exerceu o papel de orientadora na ocasião, analisei as ideias de Isaac Newton sobre a dupla refração, expostas no Livro III de seu Óptica. Não demorou para que uma proposta de iniciação científica fosse pensada e, em seguida, formalizada, com foco no estudo do Livro II dessa mesma obra. Estreava, assim, minha imersão na história da óptica.

O primeiro estudo historiográfico da área que li durante esses passos iniciais foi o artigo Kinematic optics: a study of the wave theory of light in the seventeenth century,³ sugerido por Roberto e Cibelle. Mais parecido com um livro (133 páginas), o artigo de Shapiro apresentava uma análise bastante minuciosa dos conceitos em óptica elaborados no final do século XVII, destacando aqueles desenvolvidos por Thomas Hobbes, Robert Hooke, Christiaan Huygens e Newton. Meu conhecimento sobre todos esses autores era parco, como era de se esperar, mesmo após dois anos na graduação e já tendo cursado disciplinas que discutiam óptica. A leitura, aliada às aulas de Tópicos, mudaram minha percepção sobre a relevância da história da ciência para a compreensão do conhecimento científico. Desse artigo, passei a estudar o livro Theories of light from Descartes to Newton,⁴ que ampliou ainda mais minha visão sobre a óptica e sobre a profundidade dos estudos na área.

A historiografia da óptica dos textos de Shapiro e Sabra conflitava com a história tradicional que conhecia. Esta última era uma história bastante simples e linear, geralmente focada na disputa entre teorias corpusculares e ondulatórias. Newton era, quase sempre, o único nome mencionado; Huygens, Hooke ou René Descartes raramente ganhavam destaque como antagonistas, fazendo com que a teoria ondulatória fosse uma alternativa sem origem definida, exceto no desfecho da disputa, quando os nomes de Thomas Young e Augustin Fresnel emergiam. Nenhum detalhe sobre o contexto de suas épocas ou mesmo uma discussão ligeiramente mais profunda sobre suas ideias eram comentados nos textos didáticos que consultava.

De fato, sabia pouco sobre a natureza da luz. Assim como muitos, passei pelo Ensino Médio e boa parte do Ensino Superior aprendendo óptica geométrica, aquela dos espelhos planos, convexos e côncavos, das lentes, das distâncias focais e das setas. A natureza da luz era discutida, en passant, apenas no eletromagnetismo, geralmente após uma introdução histórica superficial que destacava justamente a disputa entre as teorias corpusculares e ondulatórias.

Nos anos seguintes, já no mestrado na Universidade de São Paulo (USP), investiguei a recepção da óptica newtoniana na Grã-Bretanha da primeira metade do século XVIII, estudando a fundo as obras dos defensores de Newton. Foram mais de vinte autores analisados, cujos nomes e ideias aprendi com a leitura do livro Optics after Newton: theories of light in Britain and Ireland, 1704-1840.⁵ Com isso, conheci os trabalhos de filósofos naturais do século XVIII, como John T. Desaguliers, Willem J. ’sGravesande, Robert Smith, William Porterfield, entre outros. Pude, também, iniciar minha leitura da possível primeira obra historiográfica sobre óptica, o The history and present state of discoveries relating to vision, light and colours,⁶ de Joseph Priestley, cujo conteúdo só analisaria detalhadamente anos mais tarde.

O estudo da óptica do século XVIII certamente abriu ainda mais os horizontes em relação à história da área. Ao contrário do que a narrativa tradicional apregoa, esse período não foi de esterilidade⁷ para os estudos sobre luz e cores; ao contrário, foi um período bastante profícuo, de consolidação da influência da óptica newtoniana e da concepção corpuscular para a luz, e também de transformação dos pressupostos originais de Newton por meio das palavras de seus seguidores. Pude ampliar o contexto geográfico de meus estudos, inteirando-me da recepção do Óptica e dos escritos anteriores de Newton em outros países do continente europeu, especialmente a França. Nesse sentido, os livros Newton on the Continent⁸ e Newton e a consciência europeia⁹ foram fundamentais para compreender o alcance do newtonianismo no século XVIII.

Durante o doutoramento, dediquei-me à pesquisa em formação de professores, embora a história da ciência estivesse caminhando ao lado. Desenvolvi uma proposta para introduzir conteúdos históricos no ensino, a Abordagem Multicontextual da História da Ciência (AMHIC),¹⁰ a qual incluía a discussão de dois temas de óptica: as teorias para a luz de Huygens, Newton, Young e Fresnel, e os experimentos com prismas de Newton. A experiência com os professores em formação foi valorosa, principalmente por confirmar a importância da utilização de fontes primárias em situações de ensino. Nenhum participante conhecia as obras originais desses autores.

Em 2014, tive a oportunidade de realizar meu primeiro estágio pós-doutoral fora do país, no Departamento de História da Universidade da Califórnia, em Berkeley (EUA). Com o projeto de finalizar o estudo da repercussão da óptica newtoniana, pesquisei sobre os autores que escreveram na segunda metade do século XVIII, analisando, mais uma vez, algumas dezenas de materiais. Dessa experiência, surgiu a primeira ideia de redigir um livro que não somente problematizasse a história tradicional da óptica, mas que também contasse outras histórias, as dos autores ignorados, das ideias esquecidas, dos livros que na época foram bem sucedidos e que hoje são raramente mencionados. Dentre esses livros estava justamente o The history and present state of discoveries relating to vision, light and colours de Priestley, cuja cópia física analisei na Bancroft Library, em Berkeley. Não havia, até o momento, nenhum exame aprofundado de seu conteúdo. Mesmo um dos principais estudiosos de Priestley, Robert Schofield, comentou apenas brevemente sobre a trajetória do livro em seu The Enlightened Joseph Priestley: a study of his life and works from 1733 to 1773.¹¹ Outros autores estudados nessa passagem pelos EUA foram Thomas Melvill, William Herschel, John Robison, Claude Le Cat, Bryan Higgins e Benjamin Franklin.

Após uma breve e produtiva temporada dedicada à história da eletricidade – o que resultou em um livro com traduções de textos de Franklin –,¹² e um projeto ainda mais amplo de estudar a óptica do século XVIII na Grã-Bretanha, realizei meu segundo estágio pós-doutoral em 2020 (pré-pandemia), no laboratório SPHère da Universidade de Paris (Diderot). O propósito ainda era estudar a repercussão da óptica newtoniana no século XVIII, dessa vez no contexto francês e português. Além de ter sido inspirado pela obra de Guerlac, fui fortemente atraído pela história da Académie Royale des Sciences de Paris e da Academia das Ciências de Lisboa, ambas promotoras do pensamento newtoniano no período. Essas pesquisas logo reacenderam a ideia de escrever um livro sobre história da óptica que abrangesse seus resultados.

Durante todos esses anos, publiquei diversos artigos explorando aspectos da história da óptica, especialmente do século XVIII. Grande parte desses materiais retorna agora neste livro, com algumas modificações, exclusões ou adições. Por sua vez, os capítulos que o iniciam e o encerram contêm estudos inéditos, um sobre Robert Hooke e outro sobre os trabalhos acerca da natureza da luz na Académie. O propósito dessas outras histórias é colocar em evidência aspectos da história da óptica pouco debatidos ou conhecidos fora da literatura especializada. Trata-se de um livro de história da ciência para historiadores e pesquisadores na área, mas também para um público geral interessado no assunto. Seus capítulos reúnem todos esses anos de pesquisa e proporcionam uma visão o mais abrangente possível dos assuntos, preocupações, teorias, controvérsias e problemas da óptica do século XVIII.

Outro propósito deste livro é apresentar ao leitor brasileiro (ou de língua portuguesa, de maneira geral) um material específico sobre história da óptica que não a considere apenas um apêndice do eletromagnetismo ou que a reduza a disputas entre teorias divergentes. Para essa área específica no Brasil, ainda há uma carência muito grande de bons materiais historiográficos, de modo que o presente livro busca suprir, ao menos parcialmente, essa lacuna.

Dito isso, considero importante enfatizar algumas opções e vieses que serão empregados nesta obra.¹³ Em primeiro lugar, como já colocado, a história tratada neste livro é uma história da óptica do século XVIII. Claramente, a restrição temporal não se dá de maneira radical, uma vez que alguns autores e eventos mencionados são dos séculos XVII e XIX. Porém, essencialmente, todos (ou quase todos) os filósofos naturais considerados são do século XVIII. Em segundo lugar, também pelo relato acima, fica explícito que essa história tem um contexto definido, o europeu, em particular, o britânico e o francês.¹⁴ É uma história de homens – e só homens, infelizmente – geralmente abastados, que participaram dos círculos de intelectuais da Europa, muitas vezes protegidos em sua redoma de influências e poderes, e que avançaram os saberes sobre o que era a luz, como ela se comportava e como interagia com outras entidades físicas, e quais seus principais fenômenos.

O caminho metodológico adotado leva em conta aspectos de uma pesquisa historiográfica diacrônica, que buscou entender, o mais proximamente possível, os conceitos, os problemas e os pressupostos da época. Notadamente, é impossível ser completamente diacrônico, uma vez que a visão atual sobre como os eventos ocorreram e repercutiram nos fornece ferramentas para compreendermos as opções e as ideias dos autores estudados. Por exemplo, um autor do século XVIII provavelmente não tinha consciência de todos os meandros metodológicos de Newton ou sequer acesso a seus escritos pessoais, ainda inacessíveis na época. Como hoje os conhecemos e os interpretamos segundo as perspectivas historiográficas atuais – por mais diversas que sejam –, temos uma compreensão muito diferente desses pensadores do século XVIII e, por isso, conseguimos especular mais claramente por que um passo foi dado em uma determinada direção e não em outra.

A opção por esse caminho implica que não considero em detalhes aspectos sociais, culturais, políticos e religiosos da Grã-Bretanha e da França do século XVIII. Em alguns momentos, alusões a esses pontos aparecerão, de maneira a complementar a discussão, mas não formam o núcleo da minha argumentação. Não há dúvidas de que trabalhos nessas linhas trarão novas interpretações ou adicionarão elementos ao estudos apresentados neste livro, e assim espero que aconteça em um futuro próximo. Trata-se, apenas, de uma opção, que tem suas vantagens e limitações, das quais estou plenamente ciente.

Da mesma forma, saliento algumas escolhas em relação aos assuntos tratados no livro. O fio condutor da argumentação é a natureza da luz, de modo que apenas ocasionalmente tratarei das ideias sobre cores. Questões sobre o funcionamento do olho, o desenvolvimento de instrumentos ópticos, a relação entre luz e calor, concepções de matéria também serão tratadas pontualmente, quando necessárias para a análise. Com relação às teorias para a luz, vale dizer que não há uma única teoria corpuscular e uma única teoria ondulatória. A propósito, não considerarei as teorias que propunham a luz como uma vibração ou pulso propagado pelo éter como ondulatórias, mas como vibracionais. Julgo que não há teorias ondulatórias dentre aquelas analisadas, uma vez que não incorporaram conceitos como frequência, comprimento de onda, interferência etc. As teorias ópticas desenvolvidas no período certamente tomaram como base alguns pressupostos – como a corpuscularidade da luz ou o conceito de pulsos –, mas não houve uma coesão que pudesse caracterizá-las como um conjunto único e homogêneo de ideias.

Com relação às fontes primárias, foram analisadas as versões nas línguas originais de publicação ou aquelas traduzidas para o português, com o uso complementar do texto primário quando necessário. A única exceção foi o livro de Roger Boscovich, em que foi utilizada a tradução em inglês do original em latim. Todos os trechos dessas fontes primárias em outras línguas citados ao longo dos capítulos foram traduzidos livremente ao português.

A busca pela natureza da luz descrita nesse livro começa abordando os estudos de Hooke. O capítulo 1 considera-os em detalhes, tanto aqueles publicados em sua famosa Micrographia (1665), quanto outros apresentados em conferências sobre a luz oferecidas aos membros da Royal Society no início da década de 1680, mas publicadas apenas postumamente em The posthumous works of Robert Hooke (1705). Veremos que Hooke buscou desenvolver uma teoria completa para a luz e as cores, mas não foi bem-sucedido, mesmo apresentando ideias interessantes e sofisticadas.

No capítulo 2, a atenção recairá em Newton e na óptica newtoniana, mas não aquela dos experimentos com prismas e da heterogeneidade da luz branca, assuntos da Nova teoria sobre luz e cores (1672) e do Livro I de seu Óptica (1704, 1ª edição). Essa outra óptica newtoniana é aquela apresentada nos livros II e III do Óptica e que trata dos fenômenos dos anéis coloridos em filmes finos – conhecidos atualmente como anéis de Newton –, das cores dos corpos naturais e da dupla refração. Grande parte dessa outra óptica newtoniana é desconhecida, embora revele valorosos aspectos do trabalho e do estilo newtoniano de filosofia natural.

No capítulo 3, a busca pela natureza da luz inicia efetivamente sua passagem pelo século XVIII, ainda na Grã-Bretanha. Nele, apresentarei as ideias de eminentes newtonianos do período e seus esforços para consolidar o legado de Newton – falecido em 1727 – e a superioridade da concepção corpuscular da luz. Por um lado, grande parte desses newtonianos pretenderam unificar conceitos do principal livro de Newton em mecânica – o Principia (1687, 1ª edição) – com o estilo indutivista e as especulações sobre a natureza material da luz do Óptica. Por outro, nessa unificação nem tudo foi simples, com vários obstáculos e dificuldades sendo simplesmente ignorados por esses autores, graças à falta de críticas dos objetores.

No capítulo 4, debruço-me sobre os (poucos) críticos da óptica newtoniana ou, mais especificamente, das teorias corpusculares para a luz. Esse destaque é importante porque muitos desses críticos eram, essencialmente, newtonianos – como Franklin –, embora discordassem da concepção para a luz implicitamente defendida por Newton. Conhecer os argumentos desses críticos é fundamental para entendermos que o caminho de aceitação e de prestígio da óptica newtoniana e da teoria corpuscular possuiu poucos obstáculos, mas nem todos fecharam os olhos para seus problemas. Muitos desses problemas se tornariam, décadas à frente, determinantes para dilapidar gradualmente a predominância da óptica newtoniana, até que poucos a aceitassem como modelo viável para explicar os fenômenos luminosos.

No capítulo 5, a história da luz prossegue com um olhar da época sobre ela mesma, a partir da análise do The history and present state of discoveries relating to vision, light and colours de Priestley. Como um homem de seu tempo, Priestley trouxe seu viés particular para a história da luz, o newtoniano. Dessa forma, sua construção historiográfica partiu de um princípio de antes e depois de Newton, o que o levou a ignorar deliberadamente ideias de alguns autores que hoje consideramos importantes, como Hooke e Huygens.

Em seguida a essa extensa investigação sobre a óptica em solo britânico, prossigo nos capítulos seguintes para duas pesquisas sobre a óptica na França. No capítulo 6, abordo a primeira tradução francesa para o Óptica, atribuída ao químico francês Étienne-François Geoffroy. Sabe-se que Geoffroy apresentou aos membros da Académie Royale des Sciences de Paris, entre 1706 e 1707, extratos de sua tradução da primeira edição do Óptica, mas suas anotações nunca foram localizadas, tampouco essa versão foi publicada pela academia. No capítulo 7, finalizo essa história com um olhar especial e original para as discussões sobre a natureza da luz na Académie refletidas em sua principal publicação, a série Histoire et Mémoires. A Compaigne – como muitos de seus membros a designavam – viveu seu auge no século XVIII, após uma ampla reforma patrocinada por Luís XIV em 1699. Veremos que a natureza da luz nunca foi um assunto efetivamente em questão entre seus membros, à exceção de Jean-Jacques Dortous de Mairan e Alexis Clairaut. A partir do exame dos textos publicados nas Histoire et Mémoires, pretende-se desvelar aspectos do cenário da óptica na Académie ainda não totalmente conhecidos e esmiuçados.

Espero que este material contribua para a construção de uma nova perspectiva para a história da óptica, especialmente pelo público brasileiro, ainda tão carente de obras na área.

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Notas

3. Shapiro (1973).

4. Sabra (1981).

5. Cantor (1983).

6. Priestley (1772).

7. Essa tese foi defendida no trabalho de Pav (1964) e, anos depois, criticada em Cantor (1983).

8. Guerlac (1981).

9. Casini (1995).

10. Moura e Silva (2014).

11. Schofield (1997).

12. Moura (2019).

13. Para isso, convém ressaltar que me inspirei no Prólogo de Roberto de Andrade Martins em seu livro sobre Henri Becquerel (Martins, 2013). Considero que seus argumentos foram fundamentais para posicionar sua obra na seara historiográfica e deixar claro aos leitores suas posições e caminhos escolhidos. Por isso, adoto a mesma estratégia.

14. Embora tenha investigado aspectos da recepção da óptica newtoniana em Portugal, considero que esse estudo ainda está em fase muito inicial para compor este livro. Para um primeiro resultado das pesquisas nessa temática, ver Moura (2020a).

CAPÍTULO 1

AS TEORIAS ESQUECIDAS DE ROBERT HOOKE

Nas histórias tradicionais da óptica, o nome de Robert Hooke frequentemente emerge como uma figura excêntrica e um antagonista de Isaac Newton. Ambos teriam criado uma forte inimizade durante os anos que se seguiram à publicação da Nova teoria sobre luz e cores (1672) de Newton, principalmente porque Hooke entendeu que seu coetâneo defendia abertamente uma concepção corpuscular para a luz, na qual não acreditava.¹⁵ Discordâncias em relação a temas da mecânica também foram combustível para essa contenda.¹⁶

No entanto, a trajetória de Hooke na filosofia natural e na óptica foi muito além de simplesmente questionar Newton. Hooke foi um dos primeiros membros da Royal Society e seu curador de experimentos por muitos anos. Em 1664, foi designado a conduzir as Conferências Cutlerianas em mecânica, fundadas por John Cutler, com um salário anual de 50 libras.¹⁷ Logo depois, tornou-se professor de geometria no Gresham College, onde morou até sua morte, em 1703. Em 1677, após o falecimento do então secretário da sociedade, Henry Oldenburg – outro inimigo –, ele assumiu o posto, publicando as Philosophical Collections no lugar das Philosophical Transactions do último, em um claro sinal de que não queria deixar perdurar o legado de seu antecessor. Hooke não foi hábil nessa tarefa, deixando o cargo apenas cinco anos depois.¹⁸ Além de seus inúmeros escritos sobre óptica, mecânica e outros assuntos, notabilizou-se por ajudar a reconstruir Londres após o grande incêndio de 1666.¹⁹

Na historiografia recente, o trabalho de Hooke tem suscitado um crescente interesse. Diversas biografias, coletâneas e artigos foram escritos nas últimas décadas, ampliando o conhecimento sobre suas ideias, as controvérsias nas quais se envolveu e as importantes contribuições que ofereceu à filosofia natural do século XVII.²⁰ Na óptica, por exemplo, sua majestosa Micrographia (1665) é reconhecida como um primoroso tratado de microscópios, recheado de ilustrações inéditas e de uma variada descrição de minúsculos animais – como a famosa pulga –, minerais, vegetais e outros corpos. Além de descrever minuciosamente as características daquilo que observava, Hooke também argumentou sobre a natureza da luz e das cores. Esse assunto não chegou a figurar como uma discussão central da Micrographia, mas o conteúdo da Observação IX – em que analisou as cores em pedaços de moscovita – é usualmente analisado em estudos historiográficos contemporâneos sobre óptica.²¹ Considerando a luz como uma sucessão de pulsos perpendiculares à direção de propagação, Hooke elaborou uma complexa explicação sobre como um feixe de luz branca se tornava colorido após a refração, fundamentando-se na ideia de que os pulsos, ao passar de um meio para o outro, teriam partes mais fracas do que outras. Da mesma forma, explicou o fenômeno das cores em filmes finos, que ironicamente viriam a se chamar anéis de Newton.²²

A Micrographia, porém, não foi o único material em que Hooke discutiu a luz. Entre 1681 e 1682, ele leu para os membros da Royal Society uma série de conferências sobre a luz, expandindo ou modificando significativamente os conceitos expostos na Micrographia. Escritas após a controvérsia com Newton, as conferências foram publicadas apenas postumamente, em 1705, sob o título The posthumous works of Robert Hooke, M.D.S.R.S. O texto, organizado pelo então secretário da Royal Society, Richard Waller, incluiu outros trabalhos de Hooke e uma pequena biografia. Poucos historiadores se debruçaram sobre o conteúdo dessas conferências póstumas.²³

A análise dessas conferências mostra um Hooke ousado em suas proposições, mas também indeciso. De uma conferência a outra, algumas ideias mudaram – especialmente sobre a