George Stokes: As ondas que quase o afogaram

A sua filha registou a história da origem ela mesma. "Ele quase foi levado por uma destas grandes ondas enquanto nadava quando rapaz ao largo da costa de Sligo", escreveu Isabella Humphreys sobre o seu pai, "e isto atraiu pela primeira vez a sua atenção para as ondas". George Gabriel Stokes passou as sete décadas seguintes no problema, e no final tinha escrito as equações que governam como os fluidos se movem, explicado porque é que as nuvens pairam no ar, descoberto porque é que algumas substâncias brilham sob luz invisível, e emprestado o seu nome a uma unidade, um teorema, uma lente, uma linha espectral e duas crateras. Ocupou a Cátedra Lucasiana em Cambridge durante cinquenta e quatro anos — mais tempo do que qualquer outra pessoa na história da cátedra, incluindo Newton.

Uma reitoria à beira-mar

Stokes nasceu a 13 de agosto de 1819 em Skreen, Condado de Sligo, o filho mais novo do Reverendo Gabriel Stokes, reitor da paróquia da Igreja da Irlanda, e Elizabeth Haughton. Três dos seus irmãos entraram para o clero; um, John, tornou-se Arquidiácono de Armagh. Ele era especialmente próximo da sua irmã Elizabeth. A costa atlântica da sua infância moldou a sua ciência tão diretamente como qualquer professor.

Foi educado em Skreen, depois em Dublin, depois em Bristol, e matriculou-se no Pembroke College, Cambridge, em 1837. Em 1841 graduou-se como Senior Wrangler — o melhor do tripos matemático — e Smith's Prizeman, e foi imediatamente eleito membro de Pembroke. Renunciou à bolsa ao casar-se em 1857, como exigiam os estatutos universitários da época, foi reeleito sob estatutos revistos em 1869, e manteve-a até se tornar Mestre de Pembroke em 1902, o ano anterior à sua morte.

A física dos fluidos em movimento

Entre 1842 e 1851, Stokes fundou essencialmente a dinâmica dos fluidos moderna. Os seus artigos sobre o movimento de fluidos incompressíveis, sobre a fricção em fluidos e sobre a fricção interna converteram um campo de regras empíricas dispersas numa disciplina matemática. Utilizou-o para explicar porque é que as nuvens permanecem suspensas e porque é que as ondas diminuem, e para atacar problemas práticos — o fluxo de água nos rios, a resistência encontrada pelos navios.

Dois resultados levam o seu nome. As equações de Navier-Stokes, para as quais fez contribuições seminais, permanecem a descrição fundamental do fluxo de fluidos e um dos problemas não resolvidos mais difíceis da matemática. A lei de Stokes dá o arrasto sobre uma esfera que se move lentamente através de um meio viscoso, e portanto a sua velocidade terminal — a base teórica do viscosímetro de esfera que cai, ainda utilizado industrialmente para medir a espessura dos fluidos. A unidade CGS de viscosidade cinemática, o stokes, tem o seu nome.

A luz e o brilho do vidro de urânio

A partir de cerca de 1845, Stokes voltou-se para a teoria ondulatória da luz. O seu artigo de 1849 sobre difração demonstrou que o plano de polarização deve estar perpendicular à direção em que a luz viaja — uma restrição decisiva sobre o que é fisicamente a luz.

O seu trabalho ótico mais célebre chegou em 1852 com o artigo "Sobre a mudança da refrangibilidade da luz". Observando fluorite e vidro de urânio, Stokes descreveu e nomeou a fluorescência: a conversão de radiação ultravioleta invisível em luz visível de maior comprimento de onda. A mudança de energia envolvida é chamada de desvio de Stokes, e o fenómeno sustenta tudo, desde a iluminação fluorescente até às moléculas marcadas que tornam a biologia moderna visível.

Ele continuou durante trinta anos. Estudou arco-íris na década de 1850, as cores de placas espessas em 1851, reflexão metálica por substâncias não metálicas em 1853, intensidade da luz através de placas empilhadas em 1860, e só em 1862 publicou sobre dupla refração, o espetro da luz elétrica e o espetro de absorção do sangue. Em 1878 estabeleceu limites teóricos para a abertura do microscópio. Em 1849 inventou a lente Stokes, um dispositivo de lente cilíndrica para detetar astigmatismo.

Deixou passar uma oportunidade. Antes do verão de 1852, Stokes ensinou a Lord Kelvin como a análise prismática da luz poderia revelar a química do sol e das estrelas — antecipando Gustav Kirchhoff por sete ou oito anos. Mas ele não tinha compreendido que a emissão num determinado comprimento de onda requer absorção no mesmo comprimento de onda, e mais tarde rejeitou "qualquer parte da admirável descoberta de Kirchhoff". Os cientistas ingleses atribuíram-lhe os princípios de qualquer maneira.

Matemática e séries divergentes

O teorema de Stokes, a identidade que liga o integral de um campo sobre uma superfície ao comportamento desse campo no seu limite, leva o seu nome porque ele o popularizou; tornou-se um dos resultados fundamentais do cálculo vetorial. Investigando o tratamento de George Airy sobre os arco-íris, expressou um integral difícil de manejar como uma série divergente e truncou-o inteligentemente para obter aproximações precisas — uma visão precoce das expansões assintóticas, um dos truques controlados mais produtivos da matemática aplicada.

Pontes que caíram

A Grã-Bretanha vitoriana construiu as suas ferrovias mais rápido do que compreendia os materiais, e Stokes foi chamado quando falharam. Após o colapso da ponte Dee perto de Chester em maio de 1847, investigou a falha de uma viga de ferro fundido e serviu na Comissão Real resultante, calculando as forças que uma máquina em movimento exerce sobre uma ponte. Após o desastre da ponte Tay de 28 de dezembro de 1879, quando uma tempestade destruiu a secção High Girders enquanto um comboio expresso atravessava e mais de setenta e cinco pessoas morreram, ele apareceu como testemunha especialista sobre a carga do vento. O conselho de inquérito concluiu que a ponte estava "mal projetada, mal construída e mal mantida". Stokes foi nomeado para a Comissão Real de seguimento sobre a pressão do vento, que mediu ventos de tempestade em todo o país para estabelecer que forças as estruturas tinham realmente de suportar.

Fé sem evasivas

Stokes permaneceu um protestante evangélico conservador durante toda a sua vida. Em 1886 tornou-se presidente do Victoria Institute, fundado para defender o cristianismo evangélico contra a evolução darwiniana; em 1891 proferiu as Conferências Gifford sobre teologia natural, e foi vice-presidente da Sociedade Bíblica Britânica e Estrangeira. A sua posição era mais subtil do que as afiliações sugerem. "Todos admitimos", escreveu como presidente do Instituto, "que o livro da Natureza e o livro da Revelação vêm igualmente de Deus, e que consequentemente não pode haver discrepância real entre os dois se interpretados corretamente". Enfatizou que a evidência científica é "apenas provável" e passível de revisão — enquanto alertava igualmente contra a rejeição da revelação. Ao contrário da maioria dos evangélicos vitorianos, rejeitou o castigo eterno, mantendo-se antes no condicionalismo cristão.

O guardião

Stokes foi professor lucasiano de 1849 a 1903, secretário da Royal Society de 1854 a 1884, o seu presidente de 1885 a 1890, e deputado conservador pela Universidade de Cambridge de 1887 a 1892 — o primeiro homem a ocupar a cátedra, a presidência e um assento parlamentar simultaneamente. Trinta anos como secretário deram-lhe, numa avaliação, "uma influência enorme, embora discreta, no avanço da ciência matemática e física". Resolveu as dificuldades matemáticas de outras pessoas e distribuiu problemas de investigação; os historiadores chamam-lhe um guardião da ciência vitoriana.

Foi feito baronete em 1889 e ganhou a Medalha Rumford em 1852, o Prémio Hopkins em 1870 e a Medalha Copley em 1893. A 1 de junho de 1899, o seu jubileu de ouro como professor lucasiano atraiu delegados de toda a Europa e América; Kelvin apresentou bustos de mármore de Hamo Thornycroft.

Família e fim

A 4 de julho de 1857, Stokes casou-se com Mary Susanna Robinson, filha do astrónomo irlandês Thomas Romney Robinson, na Catedral de São Patrício em Armagh. De cinco filhos, duas filhas morreram na infância; o seu filho William, médico, suicidou-se aos trinta anos enquanto estava temporariamente insano. Stokes morreu a 1 de fevereiro de 1903, com oitenta e três anos, e foi enterrado no cemitério de Mill Road, Cambridge, com um memorial na Abadia de Westminster. A linhagem masculina falhou e o título de baronete tornou-se extinto — mas o stokes, o desvio de Stokes, a linha de Stokes, crateras na Lua e Marte, e as equações que ainda derrotam os matemáticos provaram ser mais difíceis de extinguir.