Alguns dias atrás, um Mestre em Artes, ainda um homem jovem e, portanto, recipiente de uma educação moderna, afirmou-me que até os vinte anos nunca lhe havia sido ensinado nada sobre fenômenos naturais ou leis naturais. Doze anos de sua vida anteriormente haviam sido gastos exclusivamente entre os antigos. O caso, lamento dizer, é típico. Agora não podemos, sem prejuízo à humanidade, separar o presente do passado.
John Tyndall foi um proeminente físico irlandês do século XIX. Sua fama científica inicial surgiu na década de 1850 a partir de seu estudo do diamagnetismo. Posteriormente, fez descobertas nos campos da radiação infravermelha e das propriedades físicas do ar, provando a conexão entre o CO2 atmosférico e o que hoje é conhecido como efeito estufa em 1859.
Tyndall também publicou mais de uma dúzia de livros de ciência que trouxeram a física experimental de última geração do século XIX para um amplo público. De 1853 a 1887, foi professor de física na Royal Institution of Great Britain em Londres.
Primeiros anos e educação
Tyndall nasceu em Leighlinbridge, County Carlow, Irlanda. Seu pai era um policial local, descendente de emigrantes de Gloucestershire que se estabeleceram no sudeste da Irlanda por volta de 1670. Tyndall frequentou as escolas locais Ballinabranna Primary School em County Carlow até o final da adolescência, e provavelmente foi assistente de professor no final de seu tempo lá. Os assuntos aprendidos na escola incluíram principalmente desenho técnico e matemática com algumas aplicações desses assuntos ao levantamento de terras. Ele foi contratado como desenhista pelo Ordnance Survey of Ireland no final da adolescência em 1839, e mudou-se para trabalhar no Ordnance Survey for Great Britain em 1842. Na década de 1840, um boom de construção de ferrovias estava em andamento, e a experiência de levantamento de terras de Tyndall era valiosa e procurada pelas empresas ferroviárias. Entre 1844 e 1847, foi lucrativamente empregado no planejamento de construção ferroviária.
Em 1847, Tyndall optou por se tornar professor de matemática e levantamento de terras na Queenwood College, uma escola interna em Hampshire. Recordando essa decisão mais tarde, ele escreveu: "o desejo de crescer intelectualmente não me abandonou; e, quando o trabalho ferroviário diminuiu, aceitei em 1847 um cargo de professor na Queenwood College." Outro jovem professor recém-chegado na Queenwood era Edward Frankland, que havia trabalhado anteriormente como assistente de laboratório químico para o British Geological Survey. Frankland e Tyndall se tornaram bons amigos. Com base no conhecimento prévio de Frankland, decidiram ir para a Alemanha para aprimorar sua educação em ciência. Entre outras coisas, Frankland sabia que certas universidades alemãs estavam à frente de qualquer uma na Grã-Bretanha em química e física experimental. As universidades britânicas ainda estavam focadas em clássicos e matemática e não em ciência de laboratório. O par mudou-se para a Alemanha no verão de 1848 e se inscreveu na Universidade de Marburg, atraído pela reputação de Robert Bunsen como professor. Tyndall estudou sob Bunsen por dois anos. Talvez mais influente para Tyndall em Marburg foi o Professor Hermann Knoblauch, com quem Tyndall manteve comunicações por carta por muitos anos depois. A dissertação de Marburg de Tyndall foi uma análise matemática de superfícies de parafuso em 1850 sob Friedrich Ludwig Stegmann. Tyndall permaneceu na Alemanha por mais um ano fazendo pesquisa sobre magnetismo com Knoblauch, incluindo alguns meses de visita no laboratório de Berlim do principal professor de Knoblauch, Heinrich Gustav Magnus. É claro hoje que Bunsen e Magnus foram entre os muito melhores instrutores de ciência experimental da época. Assim, quando Tyndall retornou para viver na Inglaterra no verão de 1851, ele provavelmente tinha tão boa educação em ciência experimental quanto qualquer pessoa na Inglaterra.
Trabalho científico inicial
O trabalho científico original inicial de Tyndall em física foi seu experimento sobre magnetismo e polaridade diamagnética, no qual trabalhou de 1850 a 1856. Seus dois relatórios mais influentes foram os primeiros dois, coautorizados com Knoblauch. Um deles foi intitulado "The magneto-optic properties of crystals, and the relation of magnetism and diamagnetism to molecular arrangement", datado de maio de 1850. Os dois descreveram um experimento inspirado, com uma interpretação inspirada. Essas e outras investigações magnéticas muito em breve tornaram Tyndall conhecido entre os principais cientistas da época. Ele foi eleito Fellow da Royal Society em 1852. Em sua busca por um cargo de pesquisa adequado, ele foi capaz de pedir ao editor de longa data do principal periódico de física alemão Poggendorff e outros homens proeminentes para escrever testimoniais em seu nome. Em 1853, ele alcançou o prestigioso cargo de Professor de Filosofia Natural Física na Royal Institution em Londres, em grande parte devido à estima que seu trabalho tinha conquistado de Michael Faraday, o líder das investigações magnéticas na Royal Institution. Cerca de uma década depois, Tyndall foi nomeado sucessor dos cargos ocupados por Michael Faraday na Royal Institution na aposentadoria de Faraday.
Alpinismo e glaciologia alpina
Tyndall visitou as montanhas dos Alpes em 1856 por razões científicas e acabou se tornando um alpinista pioneiro. Visitou os Alpes quase todo verão a partir de 1856, foi membro do primeiro time de escalada de montanha a atingir o topo do Weisshorn em 1861, e líder de um dos primeiros times a atingir o topo do Matterhorn em 1868. Ele é um dos nomes associados à "Idade de Ouro do alpinismo" — os anos do meio da era vitoriana quando os picos alpinos mais difíceis foram conquistados pela primeira vez.
Nos Alpes, Tyndall estudou geleiras e especialmente o movimento glacial. Sua explicação do fluxo glacial o colocou em disputa com outros, particularmente James David Forbes. Muito do trabalho científico inicial sobre movimento de geleiras havia sido feito por Forbes, mas Forbes naquele momento não conhecia o fenômeno de regelação que foi descoberto um pouco depois por Michael Faraday. A regelação desempenhou um papel-chave na explicação de Tyndall. Forbes não via a regelação da mesma forma. Complicando seu debate, um desacordo surgiu publicamente sobre quem merecia obter crédito de investigador pelo quê. Amigos articulados de Forbes, bem como o próprio Forbes, pensavam que Forbes deveria receber crédito pela maioria da boa ciência, enquanto Tyndall pensava que o crédito deveria ser distribuído mais amplamente. Tyndall comentou: "A ideia de movimento semi-fluido pertence inteiramente a Louis Rendu; a prova do fluxo central mais rápido pertence em parte a Rendu, mas quase inteiramente a Louis Agassiz e Forbes; a prova da retardação do leito pertence a Forbes sozinho; enquanto a descoberta do locus do ponto de movimento máximo pertence, suponho, a mim." Quando Forbes e Tyndall estavam no túmulo, seu desacordo foi continuado por seus respectivos biógrafos oficiais. Todos tentaram ser razoáveis, mas acordo não foi alcançado. Mais decepcionantemente, aspectos do movimento de geleiras permaneceram não compreendidos ou não provados.
Tyndall Glacier localizado no Chile e Tyndall Glacier no Colorado foram nomeados após John Tyndall, assim como Mount Tyndall na Califórnia e Mount Tyndall na Tasmânia.
Trabalho científico principal
O trabalho sobre geleiras alertou Tyndall para a pesquisa de de Saussure sobre o efeito de aquecimento da luz solar, e o conceito de Fourier, desenvolvido por Pouillet e William Hopkins; que o calor do sol penetra a atmosfera mais facilmente do que o calor "obscuro" radiação infravermelha "radiação terrestre" da Terra aquecida, causando o que hoje chamamos de efeito estufa. Na primavera de 1859, Tyndall começou a pesquisar como a radiação térmica, tanto visível quanto obscura, afeta diferentes gases e aerossóis. Ele desenvolveu espectroscopia de absorção diferencial usando a termopila eletromagnética ideada por Melloni. Tyndall começou experimentos intensivos em 9 de maio de 1859, inicialmente sem resultados significativos, depois melhorou a sensibilidade do aparelho e em 18 de maio escreveu em seu diário "Experimentei o dia todo; o assunto está completamente em minhas mãos!" Em 26 de maio, ele deu à Royal Society uma nota que descrevia seus métodos, e afirmava "Com a exceção da célebre memória de M. Pouillet sobre Radiação Solar através da atmosfera, nada, tanto quanto tenho conhecimento, foi publicado sobre a transmissão de calor radiante através de corpos gasosos. Não sabemos nada do efeito mesmo do ar sobre o calor irradiado de fontes terrestres."
Em 10 de junho, ele demonstrou a pesquisa em uma palestra da Royal Society, observando que gás de carvão e éter absorviam fortemente calor radiante infravermelha, e sua confirmação experimental do conceito de efeito estufa; que o calor solar cruza uma atmosfera, mas "quando o calor é absorvido pelo planeta, é tão alterado em qualidade que os raios emanando do planeta não podem sair com a mesma liberdade de volta ao espaço. Assim, a atmosfera admite a entrada de calor solar; mas impede sua saída, e o resultado é uma tendência de acumular calor na superfície do planeta."
Os estudos de Tyndall sobre a ação da energia radiante nos constituintes do ar o levaram a várias linhas de investigação, e seus resultados de pesquisa originais incluíram o seguinte:
- Tyndall explicou o calor na atmosfera da Terra em termos das capacidades dos vários gases no ar de absorver calor radiante, na forma de radiação infravermelha. Seu dispositivo de medição, que usava tecnologia de termopila, é um marco inicial na história da espectroscopia de absorção de gases. Ele foi o primeiro a medir corretamente os poderes absorventes infravermelhos relativos dos gases nitrogênio, oxigênio, vapor de água, dióxido de carbono, ozônio, metano e outros gases traço e vapores. Ele concluiu que o vapor de água é o absorvedor mais forte de calor radiante na atmosfera e é o gás principal que controla a temperatura do ar. A absorção pelos outros gases não é negligenciável, mas relativamente pequena. Antes de Tyndall, era amplamente presumido que a atmosfera terrestre aquece a superfície no que mais tarde foi chamado de efeito estufa, mas ele foi o primeiro a prová-lo. A prova foi que o vapor de água absorvia fortemente a radiação infravermelha. Relacionadamente, Tyndall em 1860 foi o primeiro a demonstrar e quantificar que gases visivelmente transparentes são emissores infravermelhos.
- Ele ideou demonstrações que avançaram a questão de como o calor radiante é absorvido e emitido no nível molecular. Ele parece ser a primeira pessoa a demonstrar experimentalmente que a emissão de calor em reações químicas tem sua origem física dentro das moléculas recém-criadas em 1864. Ele produziu demonstrações instrutivas envolvendo a conversão incandescente de infravermelha em luz visível no nível molecular, que ele chamou calorescence em 1865, na qual usou materiais que são transparentes ao infravermelho e opacos à luz visível ou vice-versa. Ele geralmente se referia ao infravermelho como "calor radiante", e às vezes como "ondulações ultra-vermelhas", pois a palavra "infravermelho" não começou a ser usada até a década de 1880. Seus principais relatórios da década de 1860 foram republicados como uma coleção de 450 páginas em 1872 sob o título Contributions to Molecular Physics in the Domain of Radiant Heat.
- Nas investigações sobre calor radiante no ar havia sido necessário usar ar do qual todos os traços de poeira flutuante e outras partículas haviam sido removidos. Uma maneira muito sensível de detectar partículas é banhar o ar com luz intensa. O espalhamento de luz por impurezas de partículas no ar e outros gases, e em líquidos, é conhecido hoje como Efeito Tyndall ou Espalhamento Tyndall. Ao estudar esse espalhamento no final da década de 1860, Tyndall foi beneficiário de melhorias recentes em luzes alimentadas por eletricidade. Ele também tinha o uso de bons concentradores de luz. Ele desenvolveu o nefelômetro e instrumentos similares que mostram propriedades de aerossóis e coloides através de feixes de luz concentrada contra um fundo escuro e são baseados na exploração do Efeito Tyndall. Quando combinado com microscópios, o resultado é o ultramicroscópio, que foi desenvolvido posteriormente por outros.
- Ele foi o primeiro a observar e relatar o fenômeno de termofórese em aerossóis. Ele o identificou ao redor de objetos quentes enquanto investigava o Efeito Tyndall com feixes de luz focados em uma sala escura. Ele ideou uma maneira melhor de demonstrá-lo, e então simplesmente o relatou em 1870, sem investigar a física dele em profundidade.
- Em experimentos de calor radiante que pediam muita experiência de laboratório no início da década de 1860, ele mostrou para uma variedade de líquidos facilmente vaporizáveis que, molécula por molécula, a forma de vapor e a forma líquida têm essencialmente o mesmo poder de absorver calor radiante. Em experimentos modernos usando espectros de banda estreita, algumas pequenas diferenças são encontradas que o equipamento de Tyndall não conseguiu alcançar; ver, por exemplo, espectro de absorção de H2O.
- Ele consolidou e aprimorou os resultados de Desains, Forbes, Knoblauch e outros demonstrando que as propriedades principais da luz visível podem ser reproduzidas para calor radiante — ou seja, reflexão, refração, difração, polarização, despolarização, dupla refração e rotação em um campo magnético.
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