O CONCEITO DE ÉTER NO ENSINO DE FÍSICA: COMO CONTEXTUALIZÁ-LO?

## O CONCEITO DE ÉTER NO ENSINO DE FÍSICA: COMO CONTEXTUALIZÁ-LO?

## Henrique de Souza Santos 1 , Giselle Faur de Castro Catarino 2 , José Claudio de Oliveira Reis 3

- 1 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), santos.henrique@uerj.br
- 2 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), gisellefaur@gmail.com
- 3 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), jclaudio@uerj.br

## Resumo

O presente trabalho pretende apresentar uma proposta de conteúdos a serem utilizados no Ensino de Física referente ao conceito de éter. Para atingir o objetivo destacado, construiuse, dentro do possível, o contexto histórico associado ao éter em diferentes tempos e locais, com ênfase entre os séculos XVIII e XIX. Entender este contexto torna-se necessário para a compreensão de discussões em torno do conceito de éter, a exemplo da influência do programa laplaciano sobre a Europa continental no que se refere à concepção sobre a natureza da luz e à ideia de ação à distância. Ademais, considerando que o conceito de éter abarca em si discussões e outras teorias associadas, fez-se necessário contextualizá-lo junto às concepções sobre a natureza da luz e o desenvolvimento da unificação dos fenômenos elétricos e magnéticos no século XIX, especificamente no recorte histórico entre os experimentos de Oested relativo à deflexão de uma agulha magnética nas proximidades de uma corrente voltaica e de Michelson-Morley-Miller referente ao movimento relativo entre a Terra e o éter luminífero.

Palavras-chave : Éter; Natureza da Luz; Eletromagnetismo

## Introdução

O presente trabalho versa sobre uma proposta de encadeamento de conteúdos a serem ministrados no Ensino de Física referente ao conceito de éter ao longo do tempo em um recorte histórico enfatizado entre os séculos XVIII e XIX, embora tenha sido necessário acessar outros recortes anteriores para uma construção adequada das discussões pretendidas.

Objetivou-se estabelecer relações contextuais entre o conceito de éter e as temáticas referentes à natureza da luz e ao eletromagnetismo, pois estes tópicos são indissociáveis e potencializam reflexões dentro de sala de aula a partir de uma análise crítica dos fatos históricos situados em um determinado contexto.

Introduziram-se discussões acerca das teorias que visavam explicar a natureza da luz e de suas interações com o programa laplaciano. Nesse sentido, surgem questões particularmente importantes aos alunos associadas à possibilidade de existência de explicações contemporâneas diferentes para um mesmo fenômeno natural, à influência política que permeia as práticas de investigação, às relações de poder, à invisibilização de atores sociais marginalizados ou à não neutralidade do investigador em suas práticas investigativas.

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

Além disso, também foi necessário introduzir questões referentes ao eletromagnetismo, com foco no século XIX, especificamente o recorte entre os experimentos de Oersted e Michelson-Morley-Miller. As histórias do eletromagnetismo e do éter se confundem, o que tornam mais rica e potente as possibilidades de temas a serem discutidos em sala de aula. Aqui fez-se necessária a inclusão da concepção de ação à distância, conceito muito importante para o entendimento do surgimento de divergências na elaboração das explicações dos fenômenos eletromagnéticos.

Por fim, acredita-se que o principal objetivo a ser alcançado no Ensino de Física através dos conteúdos sugeridos no presente trabalho é trazer para a sala de aula discussões sobre o empreendimento científico e, por consequência, a natureza da ciência (NdC). O conceito de éter possui raízes profundas, diversas e profícuas no interior da ciência, o que possibilita as mais potentes e variadas discussões nas práticas docentes.

Entende-se que contemplar conteúdos referentes à NdC no Ensino de Física proporciona uma compreensão mais desejável, pelos alunos, sobre a construção, organização e estabelecimento do conhecimento científico, de forma que possam desenvolver uma visão mais verossímil do empreendimento científico (ORTEGA; MOURA, 2020).

Assim, uma visão mais desejável do empreendimento científico deve considerar, entre outros: (1) a mutabilidade, o dinamismo e a não linearidade do conhecimento científico; (2) a inexistência de um único método científico, cujo produto final produzido é uma nova lei ou teoria científica, caso todas as etapas sejam fielmente seguidas; (3) o objetivo da prática da experimentação não se restringe a mera comprovação de uma teoria; (4) a ciência e os cientistas fazem parte do contexto histórico a qual se vinculam, não sendo possível dissociá-los; (5) a subjetividade nas práticas dos cientistas: eles possuem crenças e experiências de vida que orientam suas atividades (ORTEGA; MOURA, 2020).

Por fim, para atingir o objetivo mencionado anteriormente de abordar temas sobre a ciência, elegeu-se a abordagem de História e Filosofia da Ciência (HFC) devido à possibilidade que esta apresenta de promover um Ensino de Ciências mais crítico e reflexivo, de problematizar temas de cunho social em busca de justiça social e de contribuir para a formação cidadã dos discentes (OLIVEIRA; ALVIM, 2021).

## O éter

O conceito de éter surgiu como uma substância imponderável que comporia todos os corpos celestes para além da esfera lunar no cosmos aristotélico-ptolomaico. Esta substância também foi conhecida como quintessência, de forma a diferenciar a composição do mundo supralunar, composto pelo éter, e sublunar, composto pelos quatro outros elementos: terra, fogo, ar e água (ARAÚJO, 2019).

Nesta visão de mundo, cada um dos quatro elementos pertencentes ao mundo sublunar possuía um lugar natural e os fenômenos naturais deveriam ser explicados em termos da tendência dos corpos ao retorno para seu lugar natural. Assim sendo, uma pedra, ao ser abandonada de certa altura, retornaria ao chão, pois seria constituída principalmente do elemento terra e o lugar natural deste elemento seria abaixo do elemento ar. Da mesma forma, a fumaça de uma fogueira tenderia a subir

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por ser majoritariamente constituída do elemento fogo e este elemento possuir seu lugar natural acima do elemento ar.

De acordo com Swenson (1972, p. xiii, tradução nossa),

De Empédocles e Aristóteles, passando por Descartes e Newton, até Maxwell e Lodge, o antigo conceito de plenum ou éter foi dada uma solução para o velho problema filosófico da ação à distância, através de um espaço aparentemente vazio. Os físicos modernos podem descobrir indesculpável usar a palavra fértil 'éter", em vez do termo "campo", para contínuos espacialmente estendidos, mas o historiador deseja recuperar a própria imprecisão que os físicos lentamente aprenderam a evitar. O misterioso éter do espaço, um conceito quase tão penetrante e onipresente no início do século XX como o próprio éter deveria ser, proporcionou a metáfora metafísica que tornou significativa toda a série de experimentos de Michelson-Morley-Miller. Assim como a física de hoje não pode ser imaginada sem o conceito de "energia", assim também a física dos nossos avós teve seu base conceitual no "éter" até que a mensagem de Einstein fosse aceita.

A partir do trecho anterior, é possível perceber o quanto a ideia de éter esteve vinculada ao conhecimento científico produzido ao longo dos séculos. Desta forma, serão destacadas algumas ideias que relacionem o éter à natureza da luz e, posteriormente, à teoria do eletromagnetismo.

## A natureza da luz

Até o final do século XVIII, algumas teorias explicativas da natureza da luz estavam em voga: a teoria corpuscular da luz, adotada especialmente pelo matemático, físico, astrônomo e teólogo inglês Isaac Newton (1642 - 1727) nas explicações dos fenômenos luminosos, cuja premissa era baseada na ideia de que a luz era constituída de pequenos corpúsculos; a teoria vibracional da luz do filósofo natural holandês Christiann Huygens (1629 - 1695), que considerava a luz como um pulso não periódico que se propagava no éter; e a teoria ondulatória da luz propriamente dita elaborada pelo matemático, filósofo natural, astrônomo e geógrafo Leonhard Euler (1707-1783) em meados do século XVIII.

É importante salientar que, embora comumente as teorias de Newton e de Huygens sejam associadas à rivalidade e disputa, os dois filósofos naturais nunca se confrontaram direta ou indiretamente através de obras ou eventos de cunho científico.

Nas palavras de Moura (2016, p. 128)

O panorama geral de todo esse contexto sugere que não houve uma disputa sistemática e contínua entre Newton e Huygens ou entre a concepção corpuscular e vibracional/ondulatória. Da mesma forma, sugere que os corpuscularistas e os vibracionistas não ficaram parados, mas buscaram desenvolver, cada qual à sua maneira, as concepções que defendiam.

É difícil definir exatamente a visão que Newton detinha sobre o éter, até porque houve alterações de sua concepção ao longo do tempo. Num primeiro momento, o filósofo natural considerou vários modelos de éter mecânico. A partir de então, em sua fase teológica, rejeitou o que havia considerado anteriormente e postulou sobre a existência de manifestações e poderes divinos e constantes do Criador para a manutenção da ordem do Universo (ABRANTES, 2016).

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A partir de 1717, Newton propôs a ideia de um éter dinâmico. Consoante Abrantes (2016, p. 138),

O éter de 1717, distintamente, é composto de partículas que se repelem, e, portanto, não preenche todo o espaço, que é, em grande parte, vazio (seja de éter, seja de matéria). O éter é extremamente rarefeito, dada sua grande elasticidade, o que contornaria a objeção que ele próprio fizera ao plenum de Descartes, de que ofereceria resistência ao movimento dos planetas. Tratase de um éter elástico que não constitui, consequentemente, uma solução para problema da ação a distância, ou seja, para o problema de que 'a matéria não pode agir onde não esteja".

Outra explicação corpuscular para a natureza da luz foi desenvolvida pelo filósofo e matemático francês René Descartes (1596 - 1650). Em sua concepção, todo o espaço deveria ser preenchido, pois não aceitava a ideia de ação à distância e, portanto, propunha a existência de um meio que intermediasse as interações. Daí a origem da expressão plenum cartesiano (ARAÚJO, 2019; ABRANTES, 2016).

A partir desta suposição, é possível inferir que o mundo cartesiano negava a ideia de vácuo. O plenum , que posteriormente viria a ser denominado éter , era universal e imperceptível aos sentidos, composto de partículas, ou glóbulos, em movimento contínuo, originando imensos vórtices (turbilhões) giratórios à alta velocidade (ARAÚJO, 2019; ABRANTES, 2016).

A teoria dos vórtices era utilizada por Descartes para explicar mecanicamente o movimento dos planetas ao redor do Sol ou a queda dos corpos localizados próximos à superfície da Terra. A gravitação era considerada o efeito de uma pressão, de caráter hidrodinâmico, sobre os corpos (ARAÚJO, 2019; ABRANTES, 2016).

Na vertente da teoria vibracional da luz, Huygens fez analogia entre os fenômenos luminosos e sonoros, imaginando um éter luminífero . Para o filósofo natural holandês, como a luz também se propagava no espaço celeste, ao contrário do som que necessitava de um meio material para sua propagação, deveria existir um meio luminoso que preenchesse todos os espaços e penetrasse todos os poros dos corpos, capaz de permitir a grande velocidade da luz (MOURA, 2016).

Huygens descreveu e explicou os fenômenos luminosos considerando a luz como um pulso não periódico propagado pelo éter. Não considerou conceitos como frequência, comprimento de onda, periodicidade, interferência ou difração. Sendo assim, sua teoria não pode ser considerada ondulatória no sentido moderno, mas sim vibracional (MOURA, 2016)

De todo modo, a teoria vibracional de Huygens era muito mais próxima de uma teoria genuinamente ondulatória da luz, elaborada por Euler apenas no século XVIII, do que de modelos corpusculares para a explicação dos fenômenos luminosos (MOURA, 2016).

No início do século XIX, as teorias corpusculares e vibracionais da luz já eram bem diferentes daquelas desenvolvidas por Newton e Huygens, respectivamente. A teoria corpuscular da luz, por exemplo, explicava fenômenos não descritos à época de Newton e a teoria vibracional estava gradativamente sendo substituída pela ondulatória. A teoria corpuscular da luz dos newtonianos era hegemônica não apenas na Grã-Bretanha, como também na França (MOURA, 2016).

Embora o termo 'newtoniano' seja expresso no sentido de um 'legado de Newton', o movimento não foi homogêneo e possuía vertentes, divergentes sobre a

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interpretação das obras do físico inglês. Nos séculos XVII e XVIII, muitas teorias das mais diversas áreas do conhecimento - algumas delas contraditórias ao próprio pensamento de Newton - tentavam utilizar como modelo a física desenvolvida pelo cientista inglês devido ao prestígio acadêmico alcançado por esta. Na França dos últimos anos do século XVIII e início do século XIX, Laplace instituiu um programa de investigação dos fenômenos naturais, especialmente os físicos, cujo núcleo, segundo Abrantes (2016, p. 293), seria [...] unificar a física terrestre e a celeste em torno da noção de forças atuando entre corpos, ou entre partículas que os compõe'.

Desta forma, o programa buscou consolidar a teoria corpuscular newtoniana na compreensão dos fenômenos ópticos e apresentou, por exemplo, apesar de críticas de outros cientistas de vertentes diferentes sobre o empreendimento científico, resultado consistente com a obediência das interações eletrostáticas à lei do inverso do quadrado da distância proposta pelo físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736 - 1806). Para os laplacianos, esta lei elevou a lei da gravitação universal de Newton ao patamar de uma lei universal (ABRANTES, 2016).

Thomas Young (1773 - 1829) conhecia o contexto desenhado na GrãBretanha relacionado à preponderância da teoria corpuscular newtoniana da luz nos primeiros anos do século XIX. Tentou, portanto, em suas publicações, defender uma teoria ondulatória da luz apontando que esta já havia sido mencionada por Euler e Newton, numa estratégia adotada para evitar fortes resistências ou rejeições acadêmicas (OLIVEIRA; MARTINS; SILVA, 2019).

Young utilizou bastante as ideias de Newton contidas no Opticks em suas argumentações a favor da teoria ondulatória da luz, chegando a propor explicitamente a lei da interferência. Entretanto, suas publicações não obtiveram grande alcance acadêmico. Pelo contrário, Young sofreu fortes críticas à época (OLIVEIRA; MARTINS; SILVA, 2019).

Na França do início do século XIX, os trabalhos de Young eram pouco difundidos. O filósofo natural francês François Arago (1786 - 1853) estava inserido nesse contexto e era integrante do programa laplaciano.

Em 1812, divergências entre Arago e Jean-Baptiste Biot (1774 - 1862) a respeito do estudo de polarização ocasionaram o afastamento daquele do programa laplaciano e, possivelmente, uma abertura maior para novas perspectivas sobre o estudo referente à natureza da luz, visto que Arago não participara do programa em uma época de maior doutrinação do programa, ou seja, final do século XVIII (MOURA, 2016).

Assim, a partir de meados de 1813 e 1814, Arago tornou-se defensor da concepção ondulatória da luz. Por volta desta época, Arago se aproximou de AugustinJean Fresnel (1788 - 1827), engenheiro do governo francês e também defensor da concepção ondulatória da luz. Arago, por ser membro do Institut de France e editor do Annales de Chimie et de Physique , possibilitou a visibilização das ideias de Fresnel no meio acadêmico (MOURA, 2016).

Fresnel explicou, utilizando a concepção ondulatória da luz, um experimento nulo de Arago de 1809. Arago não conseguira justificar, a partir da teoria corpuscular newtoniana, a dependência entre o desvio da luz das estrelas por um prisma e a relação entre a direção dessa luz e a direção do movimento da Terra (MARTINS, 2023).

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O éter luminífero de Fresnel era um fluido elástico, imóvel no espaço, cuja pequena parte era arrastada por corpos transparentes em movimento com o planeta Terra - hipótese de arrastamento parcial do éter luminoso (ABRANTES, 2016; SWENSON, 1972).

Por volta de 1830, a teoria ondulatória da luz tornou-se hegemônica sobre a teoria corpuscular. Nas palavras de Abrantes (2016),

Ao longo dos anos 1820 e 1830, tornou-se cada vez mais claro que a capacidade em responder pela experiência que vinha demonstrando a teoria corpuscular dependia da introdução de hipóteses ad hoc para explicar cada novo fenômeno óptico descoberto. Era comum compará-la com a situação da teoria ptolomaica no período medieval, que ganhava novos epiciclos a cada discrepância descoberta entre suas previsões e a observação!

## O eletromagnetismo

O físico e matemático escocês James Clerk Maxwell (1831 - 1879) consolidou o processo de unificação dos fenômenos elétricos e magnéticos iniciado com as experiências do físico e químico dinamarquês Hans Christian Oersted (1777 - 1851) a partir de 1820.

Oersted verificou que uma agulha magnética defletia quando uma corrente voltaica percorria um fio nas proximidades. O caráter rotacional da ação de uma corrente voltaica sobre o pólo de um ímã espantou os adeptos do programa laplaciano, acostumados com a linearidade das interações gravitacionais de Newton ou eletrostáticas de Coulomb (ABRANTES, 2016).

Rompendo o paradigma laplaciano da França do início do século XIX, AndrèMarie Ampère (1775 - 1836) debruçou-se sobre os resultados obtidos por Oersted, desenvolvendo uma teoria eletrodinâmica sobre a ação de correntes elétricas em termos de ações à distância entre elementos infinitesimais de corrente. Aqui faz-se importante destacar duas observações: a primeira refere-se ao fato de que a ideia de ação à distância adotada por Ampère era amplamente difundida dentro do programa laplaciano, o que aproximava Ampère de Laplace e Biot, porém, do mesmo modo, a força eletrodinâmica, para Ampère, era retratada como uma força entre elementos de correntes de extensão linear, e não entre partículas, o que o afastava dos laplacianos; em segundo lugar, ao investigar as causas da força eletrodinâmica, Ampère não rejeitava a ideia de um éter que serviria de suporte para a transmissão da ação eletrodinâmica (ABRANTES, 2016)

A teoria eletromagnética de Maxwell baseava-se na ação física, em oposição à ideia de ação a distância defendida pelos laplacianos. Esta ação física, especialmente a eletromagnética, transmitia-se contiguamente e de forma mediada (LIMA, 2019; ABRANTES, 2016).

Maxwell considerava sua teoria uma tradução matemática das ideias do físico e químico inglês Michael Faraday (1791 - 1867). Faraday era focado na atividade experimental e descreveu, pela primeira vez, em 1831, o fenômeno da indução eletromagnética. Negando a ideia de ação à distância, Faraday explicou os fenômenos de indução eletromagnética, decomposição eletroquímica e indução eletrostática utilizando linhas de força, apontadas como sucessoras diretas do conceito de campo (LIMA, 2019; ABRANTES, 2016).

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Em um primeiro momento, o conceito de linhas de força foi utilizado unicamente com o intuito de indicar a disposição geométrica das partículas polarizadas. Entretanto, de acordo com Abrantes (2016), após 1840, Faraday passou '[...] a atribuir realidade física às linhas de força, dispensando o substrato das partículas polarizadas'.

Maxwell admitia a existência de um meio através do qual a luz se propagaria, porém diferente do ar e de outros meios transparentes conhecidos. Para o físico inglês, este meio penetraria todos os corpos transparentes e, provavelmente, também os opacos. Uma questão para Maxwell era se, durante o movimento dos corpos num grande oceano de éter, o éter contido no interior destes objetos densos - e conectado a estes - também se moveria carregado pelos corpos ou se passaria através dos objetos densos como a água do mar atravessava as malhas de uma rede (SWENSON, 1972; MARTINS, 2023).

Em 1888, o físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) realizou seu experimento em resposta à Academia de Berlin e verificou a existência de uma velocidade finita de propagação de ondas eletromagnéticas no ar, fornecendo forte evidência empírica a favor da teoria eletromagnética de Maxwell. É importante salientar que Hertz não utilizou a teoria de Maxwell como base teórica de suas pesquisas experimentais inicialmente, mas, sim, a teoria do matemático, físico e médico alemão Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821 - 1894). Helmholtz defendia a ideia de ação à distância (ABRANTES, 2016).

Ao final da década de 1870, o físico estadunidense Albert Abraham Michelson (1852 - 1931) realizou experimentos sobre a velocidade da luz. Em 1879, publicou um trabalho em que apresentou o valor de 299.740 km/s para a velocidade da luz no ar, ou 299.820 km/s no vácuo, com um desvio estimado de 50 km/s (MARTINS, 2023; SWENSON, 1972).

Motivado por um comentário publicado de Maxwell, projetou seu interferômetro para medir pequenas variações na velocidade da luz e, em 1881, após a realização de um experimento e utilizando como base a concepção ondulatória da luz, obteve um resultado experimental negativo para o movimento relativo entre a Terra e o éter luminífero, o chamado vento de éter , concluindo que o éter se movia juntamente com a Terra (MARTINS, 2023; SWENSON, 1972).

Em conjunto com o também físico estadunidense Edward Williams Morley (1838 - 1923), Michelson e Morley, também amparados pela concepção ondulatória da luz, utilizaram um sofisticado esquema experimental em 1887 baseado em um interferômetro melhor do que aquele utilizado em 1881. O resultado do experimento foi inconclusivo, pois, ao mesmo tempo em que refutava a teoria do éter mais aceita, a de Fresnel, também não corroborava a de George Gabriel Stokes (1819 - 1903) (MARTINS, 2023; SWENSON, 1972).

Em 1904, Morley e o físico e astrônomo estadunidense Dayton Clarence Miller (1866 - 1941) utilizaram novamente um interferômetro em um esquema experimental para identificar os ventos de éter, porém não obtiveram sucesso (MARTINS, 2023; SWENSON, 1972).

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## Considerações Finais

Pretendeu-se neste trabalho apresentar possibilidades didáticas através de uma sugestão de encadeamento de conteúdos sobre o conceito de éter, contextualizando-o através de abordagens tanto internalistas quanto externalistas e que podem ser utilizadas por docentes em suas práticas no magistério.

Uma possibilidade não contemplada neste trabalho é a realização de um aprofundamento em temas específicos dentro do escopo de conteúdos aqui desenvolvidos a fim de obtenção de um maior detalhamento no recorte escolhido. Entretanto, preferiu-se construir um amplo panorama para atingir uma ampla possibilidade de temas e discussões a serem trabalhados, visto que os conteúdos aqui apresentados são orientados a serem aplicados em sala de aula.

Por fim, espera-se que este trabalho contribua para a área de Ensino de Física com sugestões a partir da abordagem de História e Filosofia da Ciência. Embora haja muitas discussões sobre o quanto a referida abordagem é benéfica e potente no ensino, ainda é pouco considerada e adotada nas práticas docentes.

## Referências

ABRANTES, P. Imagens de natureza, imagens de ciência . 2. ed. rev. e ampl. Rio de Janeiro: Editora da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2016.

ARAÚJO, R. P. C. Éter, gravitação e pré-espaço. Synesis , v. 11, n. 2, p. 177-213, 2019.

LIMA, M. C. Sobre o surgimento das equações de Maxwell. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 41, n. 4, e20190079, 2019.

MARTINS, R. A. Ensaios sobre História e Filosofia das Ciências III . Extrema: Quamcumque Editum, 2023.

MOURA, B. A. Newton versus Huygens: como (não) ocorreu a disputa entre suas teorias para a luz. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 33, n. 1, p. 111-141, abr. 2016.

ORTEGA, D.; MOURA, B. A. Uma abordagem histórica da reflexão e da refração da luz. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 42, e20190114, 2020.

OLIVEIRA, R. A.; MARTINS, A. F. P.; SILVA, A. P. B. Thomas Young e a teoria ondulatória da luz no início do século XIX: aspectos conceituais e epistemológicos. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 41, n. 2, e20180141, 2019.

OLIVEIRA, Z. V.; ALVIM, M. H. Dimensões da abordagem histórica no Ensino de Ciências e de Matemática. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 38, n. 1, p. 742-774, abr. 2021.

SWENSON, L. S. The ethereal aether: a history of the Michelso-Morley-Miller aether-drift experiments, 1880-1930 . Austin: University of Texas Press, 1972.

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