Artigo gentilmente cedido pela American Institute of Physics. Sugestão: Após a leitura do texto abaixo, vá a página do podcast, com áudio em inglês e a transcrição em português. Podcast do Episódio 9: O inesperado heroi da luz.

Em 2014, o camarão mantis estava na moda. Em especial pelo fato de que esses crustáceos terem doze tipos diferentes de fotorreceptores em seus olhos, em comparação com os escassos três dos humanos. “Se podemos ver o arco-íris com nossos olhos humildes, o que esses camarões podem ver?”, perguntaram pesquisadores acadêmicos, exames de admissão em faculdades e adolescentes do Tumblr. O que poderíamos aprender se pudéssemos ver a luz de uma maneira diferente? Bem, infelizmente, o camarão mantis realmente vê menos cores do que os humanos. Ainda assim, por um momento, os humanos viveram o mito do camarão mantis. Até o final do século 19, a compreensão humana da luz era limitada. Lentamente, ao longo do século, novos comprimentos de onda de luz foram descobertos, medições de alta precisão da velocidade da luz foram possíveis e surgiu um novo campo da física dedicado a separar a luz em seus diferentes componentes. A espectroscopia, como esse campo é chamado, nos permite decodificar todas as informações que a luz carrega dividindo a luz em diferentes componentes espectrais. Em vez de meramente catalogar o brilho das estrelas no céu, os astrônomos poderiam usar a luz que atinge seus telescópios para aprender coisas incríveis: como de que elementos a estrela é feita, com que rapidez ela se move, a direção de seu movimento e até mesmo se ou não um planeta está orbitando-o. “Ontem minha vida era mais monótona // agora tudo é tecnicolor,”Lizzie McGuire escreveu certa vez sobre a descoberta do espectro eletromagnético e suas implicações para a astronomia. A combinação de astronomia e espectroscopia criou o campo da astrofísica e é a base para quase tudo o que sabemos sobre o universo. De muitas maneiras, por meio da espectroscopia, temos a visão do camarão mantis que tanto desejamos há uma década.

Albert Michelson (1852-1931) foi um físico mais conhecido por seu trabalho estudando as propriedades da luz. Crédito: Fotografia de Florence M. Hendershot, Coleção Michelson, Biblioteca Nimitz, Academia Naval dos Estados Unidos, cortesia do AIP Emilio Segrè Visual Archives. ID do catálogo: Michelson Albert A8

Mas há um elefante (você sabia que os elefantes são daltônicos?) na sala quando se trata da discussão da história da luz: como ela viaja? Os debates sobre se a luz é uma partícula ou uma onda (ou ambas) implicavam, para os físicos do século XIX, que a luz viajava através de um meio chamado éter luminífero. No entanto, os parâmetros para este éter eram inconsistentes e nunca observados diretamente. Um experimento é geralmente creditado por descartar o éter. O experimento Michelson- Morley de 1887 demonstrou que, independentemente da direção que a luz viajava, sua velocidade não era afetada. Se isso soa para você como “a velocidade da luz é constante”, jargão da relatividade especial, então você está no caminho certo. Alguns físicos se agarraram ao éter, como um cobertor de segurança física. Aliás, Albert Michelson, o protegido de medição de luz por trás do experimento que matou o éter, nunca abandonou totalmente o éter. Seus sentimentos são compreensíveis: sua carreira foi construída sobre sua conexão única com a luz e sua capacidade inigualável de medi-la. Nascido de pais judeus em 1852 em Strelno, Prússia, a família de Albert fugiu da perseguição religiosa e imigrou para os Estados Unidos quando ele tinha apenas dois anos, estabelecendo-se em uma cidade mineira a 150 milhas (241 km) a leste de São Francisco. Depois de se formar na Escola Naval, Albert tornou-se professor de física e química na Academia. Perfeccionista de livros didáticos, ele estava comprometido em medir a velocidade da luz com precisão cada vez maior. Naturalmente, ele também estava interessado em medir o éter luminífero, o meio no qual sua amada luz supostamente atravessava. Ele investigou especificamente a velocidade relativa da Terra através do éter, assumindo que o éter era um fluido estacionário pelo qual a Terra acelera, como um barco em um lago. Ele criou um interferômetro, um dispositivo de alta precisão que divide um feixe de luz em duas direções perpendiculares, reflete a luz nos espelhos e a recombina. Se as ondas de luz fossem desviadas ao viajar em diferentes direções através do éter, o interferômetro mostraria um padrão de interferência distinto. No entanto, Albert não encontrou o padrão de interferência que esperava e concluiu que seu instrumento não era preciso o suficiente para medir este meio tão sutil. Continuando sua busca ao longo da vida pela precisão nas medidas, Michelson, agora na Case School of Applied Science em Cleveland, Ohio, juntou-se a Edward Morley, um químico da Western Reserve University. Juntos, eles trabalharam para minimizar todas as incertezas experimentais possíveis. Eles adicionaram espelhos para aumentar a distância que a luz deveria percorrer, teoricamente aumentando o impacto do éter. Eles montaram o interferômetro em uma piscina rasa de mercúrio e o giraram para medir o impacto da orientação do dispositivo. Eles realizaram medições ao longo de muitos meses, caso a posição orbital da Terra fosse importante. Eles até realizaram seus experimentos à noite para limitar o impacto do tráfego de pedestres no aparelho. Mais significativamente para o propósito deste episódio, eles recrutaram o promissor fabricante de lentes, John Brashear. No entanto, Michelson e Morley obtiveram um dos resultados negativos mais importantes da história da física: não detectaram a presença do éter. Ambos continuaram medindo a luz e, em 1907, Albert Michelson recebeu o Prêmio Nobel de Física "por seus instrumentos de precisão óptica e as investigações espectroscópicas e metrológicas realizadas com sua ajuda".

Esta postagem no blog não é para contar a história de Albert Michelson, mas do homem cujas lentes facilitaram o sucesso dos aparatos de Michelson e foram usadas em observações espectroscópicas inovadoras. Esse homem é John Brashear. Tio John, como era conhecido por muitos, nasceu em 24 de novembro de 1840, em Brownsville, Pensilvânia, 35 milhas (56 km) abaixo do rio Monongahela de Pittsburgh. Sob a orientação de seu avô, ele se apaixonou pelo céu noturno. Tenho uma confissão a fazer aqui: eu sabia sobre Brashear porque frequentei a Universidade de Pittsburgh e conduzi pesquisas de graduação no Observatório Allegheny. Para ambas as instituições, John Brashear é uma espécie de lenda. Seu legado é imensamente sentido, principalmente no observatório, então me sinto muito ligada à sua história. Se você ouvir atentamente o episódio, poderá ouvir quando eu começar a chorar! JJohn era profundamente religioso e inicialmente seguiu a carreira de ministro, mas acabou se mudando para Pittsburgh para se tornar um mecânico industrial em uma usina siderúrgica. Ele era um mecânico talentoso e rapidamente subiu na hierarquia, apesar de sua educação escolar básica. Enquanto isso, ele estava perdidamente apaixonando por Phoebe Stewart, uma professora de escola dominical. Eles se casaram secretamente em 1862 porque sua família não estava de acordo, mas acabaram sendo descobertos quando sua mãe os pegou beijando se na cozinha da família. Escandaloso! O feliz casal mudou-se para uma casa modesta em Pittsburgh e começou a trabalhar no projeto que era a sua grande paixão: construir um telescópio para que pudessem observar as estrelas. Ele e Phoebe, montaram uma oficina improvisada em seu quintal e John começou a procurar livros que ensinassem tudo sobre fabricação de lentes. Cada minuto livre (dos quais havia poucos, considerando que os trabalhadores do aço muitas vezes trabalhavam 12 horas por dia, sete dias por semana) se dedicava à fabricação de lentes. Por dois anos, John poliu meticulosamente uma lente de cinco polegadas. Quando estava perfeito, ele o segurou contra a luz. E deixou cair. Ele ficou arrasado, mas Phoebe o encorajou a tentar novamente. Ele se correspondia regularmente com o diretor do Observatório de Allegheny, Samuel Pierpont Langley, que mais tarde foi secretário da Smithsonian Institution e um conhecido astrônomo. Quando a segunda lente foi concluída, John subiu a colina até o Observatório Allegheny com sua lente enrolada em uma bandana e a mostrou ao diretor. Langley ficou tão impressionado que apresentou John ao benfeitor do Observatório e magnata das ferrovias, William Thaw. Thaw patrocinou o trabalho de John enquanto Langley e o Observatório Allegheny se tornaram um cliente valioso. Rapidamente, a empresa de John cresceu tornando-se a Brashear Lens Co., e ele contratou seu genro James McDowell, e começou a produzir para o físico de Yale, Charles Hastings e o físico de Johns Hopkins, Henry Rowland. Eles fizeram algumas das maiores lentes de telescópio do mercado e as grades de difração mais precisas, bem como componentes ópticos personalizados. Essas lentes ajudaram a separar a luz de estrelas distantes em componentes espectrais e inauguraram a era da astrofísica. Não foi surpresa, então, que Albert Michelson o tenha escolhido para fazer as lentes de seu interferômetro para medir o éter luminífero. A lente que John construiu para o interferômetro de Michelson foi apelidada de “a superfície mais plana da Terra”. Apesar de seu começo humilde, John Brashear se tornou um dos fabricantes de lentes mais procurados do mundo. Enquanto isso, John trabalhava para tornar a astronomia mais acessível ao público em g eral. Sua primeira oficina e telescópio foram abertos aos vizinhos, era comum encontrar as crianças constantemente correndo pela oficina. Ele escreveu uma coluna de astronomia no jornal local e dava palestras gratuitas. Ele também se ofereceu como voluntário em uma prisão local, trazendo seus telescópios para que os presos não se esquecessem do céu noturno. John fazia parte do conselho de uma escola para crianças cegas, onde contava às crianças histórias sobre as estrelas para que também pudessem compartilhar sua paixão. Ele temporariamente (e a contragosto) atuou como diretor do Observatório Allegheny, onde ajudou a arrecadar fundos para realocar o observatório. Depois de muitos pedidos da Western University of Pennsylvania (hoje University of Pittsburgh), ele também atuou como chanceler da universidade. Era um papel intimidador - ele nunca recebeu educação superior, mas rapidamente todos se tornaram família. De alguma forma, ele também tinha tempo livre para servir no conselho de várias organizações de caridade. Ainda assim, John nunca foi rico porque se recusou a cobrar pela maioria de seus serviços. Mesmo quando estava fazendo lentes, raramente cobrava o suficiente para cobrir os suprimentos, muito menos a mão de obra. Para ele, o céu era para todos e não deveria haver uma barreira como o dinheiro que impedisse as pessoas de experimentá-lo como ele. John Brashear era muito amado por aqueles que o conheciam. Para a comemoração de seu 75º aniversário, o gigante Memorial dos Soldados e Marinheiros ficou lotado quando 700 pessoas compareceram. Quando ele faleceu em 8 de abril de 1920, as bandeiras em Pittsburgh foram reduzidas a meio mastro.

As lentes de Brashear foram usadas em muitos experimentos e telescópios influentes e seu método para espelhos prateados tornou-se padrão. Suas lentes foram empregadas no Observatório Allegheny, onde Samuel Langley fez observações solares inovadoras e John Keeler descobriu que os anéis de Saturno não são sólidos. Eles foram usados ​​em espectrógrafos nos observatórios de Lick, Princeton e Yerkes. Michelson continuou a usar as lentes Brashear em suas medições de luz de alta precisão, incluindo a medição do comprimento de onda da radiação vermelha de cádmio que foi usada para definir um medidor de comprimento, que se tornou padrão. As lentes Brashear são o que pensávamos que os olhos de camarão mantis poderiam ser: uma ferramenta para ver a luz e as cores de maneira diferente. Pelas lentes de Brashear, ganhamos uma nova perspectiva do universo. Como estudante de graduação na Universidade de Pittsburgh, conduzi pesquisas em astronomia no Observatório Allegheny. John Brashear é o padroeiro de fato do observatório e a sua presença é sentida no edifício e através da missão do observatório: manter a astronomia gratuita ao público. Normalmente, sou cautelosa ao me apegar a figuras históricas, mas em John sou lembrada por que amo astronomia. Nada me faz sentir mais conectado à humanidade do que olhar para o espaço e me maravilhar com seus belos segredos. John Brashear acreditava que toda pessoa merece ter acesso às estrelas e dedicou sua vida para tornar isso possível. Agora enterrado na cripta do Observatório Allegheny, seu legado é verdadeiro.

Histórias de John Brashear Nos últimos anos de Phoebe, ela não conseguia andar, então ela e John alugaram uma casa no lago e um pequeno veleiro. Ele aprendeu sozinho a velejar e preparou o barco para acomodar Phoebe confortavelmente. À noite, ele a levava para o meio do lago para que pudessem contemplar suas amadas estrelas. Embora estivesse ocupado arrecadando fundos para o Observatório Allegheny, ele nunca deixava o trabalho atrapalhar seu tempo com ela. Os vizinhos comentaram que Phoebe não era particularmente bonita, mas pela maneira como John olhava para ela, você pensaria que ela era a mulher mais bonita que já existiu. Enquanto John estava economizando para comprar um barco, seu amigo comprou um para ele, “não é um ato de caridade, mas é um reconhecimento pelo trabalho de uma vida toda, tantas vezes feito sem compensação monetária”. Enquanto trabalhava no lago, ele frequentemente parava na cidade para resolverr algumas coisas para os vizinhos. Infelizmente, o lago era propenso a incêndios e um dia seu barco pegou fogo. Andrew Carnegie ouviu falar disso e comprou um barco novo para John e Phoebe, o mais bonito do lago. Dez anos depois, aquele barco também pegou fogo, então a comunidade juntou seu dinheiro e comprou outro para ele como agradecimento por sua ajuda constante. Um ano houve um forte incêndio florestal que acabou empurrando todos os tipos de animais; de guaxinins, gambás e veados, para o lago em busca de proteção. Muitos deste animais se afogaram e nas semanas seguintes, apareceram boiando nas margens do lago. John carregou os animais um a um para uma colina próxima e os enterrou no que chamou de “Cemitério da Colina”. Você pode ouvir Initial Conditions: A Physics History Podcast na página deste podcast. Você encontrará o áudio em inglês ou a transcrição traduzida, e você encontrará recursos sugeridos para aprender mais sobre cada tópico que discutimos.

Sugestões de leitura sobre o tema You can listen to Initial Conditions: A Physics History Podcast wherever you get your podcasts. A new episode will be released every Thursday so be sure to subscribe! On our website, you will find transcripts, show notes, and our suggested resources to learn more about each topic we discuss. Brashear, John A. John A. Brashear; the autobiography of a man who loved the stars, edited by W. Lucien Scaife. New York: The American society of mechanical engineers, 1924. Gaul, Harriet A., and Ruby Eiseman. John Alfred Brashear, scientist and humanitarian, 1840-1920. Philadelphia : University of Pennsylvania press, 1940. Livingston, Dorothy Michelson. The master of light; a biography of Albert A. Michelson. New York: Scribner, 1973. Michelson, Albert A., and Edward W. Morley. “On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Aether.” American Journal of Science 34, no. 203 (1887): 333-345. “Spectroscopy and the Birth of Astrophysics.” Tools of Cosmology. American Institute of Physics. Date Accessed August 31, 2022. h t t p s : / / h i s t o r y . a i p . o r g / e x h i b i t s / c o s m o l o g y / t o o l s / t o o l s - spectroscopy.htm