Newton,Sir Isaac (1642-1727), philosophe naturel anglais, généralement considéré comme le théoricien le plus original et le plus influent de l’histoire des sciences. En plus de son invention du calcul infinitésimal et d’une nouvelle théorie de la lumière et des couleurs, Newton a transformé la structure de la science physique avec ses trois lois du mouvement et la loi de la gravitation universelle. Clé de voûte de la révolution scientifique du 17e siècle, les travaux de Newton ont combiné les contributions de Copernic, Kepler, Galilée, Descartes et d’autres en une nouvelle et puissante synthèse. Trois siècles plus tard, la structure qui en résulte – la mécanique classique – continue d’être un monument austère mais non moins élégant à son génie.
Vie & Personnage – Isaac Newton est né prématurément le jour de Noël 1642 (4 janvier 1643, nouveau style) à Woolsthorpe, un hameau près de Grantham dans le Lincolnshire. Fils posthume d’un yeoman analphabète (également nommé Isaac), cet orphelin de père était assez petit à la naissance pour tenir « dans un quart de pot ». Alors qu’il avait à peine trois ans, la mère de Newton, Hanna (Ayscough), confia son premier enfant à sa grand-mère afin de se remarier et d’élever une seconde famille avec Barnabas Smith, un riche recteur de la ville voisine de North Witham. On a beaucoup parlé de la naissance posthume de Newton, de sa séparation prolongée d’avec sa mère et de sa haine sans égale pour son beau-père. Jusqu’à ce qu’Hanna revienne à Woolsthorpe en 1653 après la mort de son second mari, Newton n’a pas eu l’attention de sa mère, ce qui pourrait être un indice de son caractère complexe. L’enfance de Newton fut tout sauf heureuse, et tout au long de sa vie, il frôla l’effondrement émotionnel, tombant occasionnellement dans des attaques violentes et vindicatives contre ses amis comme contre ses ennemis.
Avec le retour de sa mère à Woolsthorpe en 1653, Newton a été retiré de l’école pour remplir son droit de naissance en tant que fermier. Heureusement, il échoue dans cette vocation et retourne à la King’s School de Grantham pour préparer son entrée au Trinity College de Cambridge. De nombreuses anecdotes subsistent de cette période sur l’étourderie de Newton en tant que jeune fermier et sur ses piètres résultats en tant qu’étudiant. Mais le tournant de la vie de Newton se produit en juin 1661, lorsqu’il quitte Woolsthorpe pour l’université de Cambridge. Là, Newton est entré dans un nouveau monde, un monde qu’il pourrait éventuellement appeler le sien.
Bien que Cambridge soit un centre d’apprentissage exceptionnel, l’esprit de la révolution scientifique n’avait pas encore pénétré son programme d’études ancien et quelque peu ossifié.On sait peu de choses sur les études formelles de Newton en tant qu’étudiant de premier cycle, mais il a probablement reçu de fortes doses d’Aristote ainsi que d’autres auteurs classiques.Et selon toute apparence, ses performances académiques n’étaient pas remarquables. En 1664, Isaac Barrow, professeur de mathématiques à Cambridge, examine les connaissances deNewton sur Euclide et constate qu’elles sont très insuffisantes. Nous savons maintenant que pendant ses années de licence, Newton était profondément absorbé par des études privées, qu’il maîtrisait en privé les travaux de René Descartes, Pierre Gassendi, Thomas Hobbes et d’autres figures majeures de la révolution scientifique. Une série de carnets de notes existants montre qu’en 1664, Newton avait commencé à maîtriser la Géométrie de Descartes et d’autres formes de mathématiques bien avant les Éléments d’Euclide. Barrow, lui-même un mathématicien doué,n’avait pas encore apprécié le génie de Newton.
En1665, Newton passe son baccalauréat à Cambridge sans honneur ni distinction.Comme l’université est fermée pendant les deux années suivantes à cause de la peste,Newton retourne à Woolsthorpe au milieu de l’année. C’est là, au cours des 18 mois suivants, qu’il a apporté une série de contributions originales à la science. Comme il le rappellera plus tard : « Tout cela s’est déroulé pendant les deux années de peste de 1665 et 1666, car à cette époque, j’étais dans la force de l’âge pour inventer, et je m’intéressais aux mathématiques et à la philosophie plus que jamais depuis ». En mathématiques, Newton conçoit sa « méthode des fluxions » (calcul infinitésimal), jette les bases de sa théorie de la lumière et de la couleur, et parvient à une compréhension significative du problème du mouvement planétaire, compréhension qui aboutit finalement à la publication de sesPrincipia(1687).
Enavril 1667, Newton retourne à Cambridge et, contre toute attente, est élu fellow mineur à Trinity. Le succès suit la bonne fortune. L’année suivante, il devient senior fellow après avoir obtenu son master of arts et, en 1669, avant même d’avoir atteint son 27e anniversaire, il succède à Isaac Barrow comme professeur de mathématiques à Lucas. Les fonctions de ce poste offrent à Newton l’occasion d’organiser les résultats de ses recherches optiques antérieures, et en 1672, peu après son élection à la Royal Society, il communique son premier article public, une étude brillante mais non moins controversée sur la nature de la couleur.
Pour la première d’une série de disputes amères, Newton se heurte au célèbre conservateur des expériences de la société, le brillant mais cassant Robert Hooke. La controverse qui s’ensuit, et qui se poursuit jusqu’en 1678, établit un modèle dans le comportement de Newton. Néanmoins, en 1675, Newton s’aventure dans un autre article, qui est à nouveau foudroyé, cette fois par des accusations de plagiat de Hooke. Ces accusations étaient totalement infondées. Deux fois brûlé, Newton se retira.
En1678, Newton souffrit d’une grave dépression émotionnelle, et l’année suivante, sa mère mourut. La réponse de Newton a été de couper le contact avec les autres et de se plonger dans la recherche alchimique. Ces études, qui embarrassaient autrefois les spécialistes de Newton, n’étaient pas des rêveries malavisées mais des recherches rigoureuses sur les forces cachées de la nature. Les études alchimiques de Newton ouvrent des horizons théoriques que l’on ne trouve pas dans la philosophie mécanique, la vision du monde qui a soutenu ses premiers travaux. Alors que la philosophie mécanique réduisait tous les phénomènes à l’impact de la matière en mouvement, la tradition alchimique soutenait la possibilité de l’attraction et de la répulsion au niveau des particules. En combinant l’action à distance et les mathématiques, Newton a transformé la philosophie mécanique en ajoutant une quantité mystérieuse mais non moins mesurable, la force gravitationnelle.
En 1666, selon la tradition, Newton observe la chute d’une pomme dans son jardin de Woolsthorpe, et se souviendra plus tard : « La même année, j’ai commencé à penser que la gravité s’étendait à l’orbite de la Lune. La mémoire de Newton n’était pas exacte. En fait, tout porte à croire que le concept de gravitation universelle n’est pas sorti tout droit de la tête de Newton en 1666, mais qu’il était en gestation depuis près de 20 ans. Ironiquement, Robert Hooke a contribué à lui donner vie. En novembre 1679, Hooke a initié un échange de lettres qui portait sur la question du mouvement planétaire. Bien que Newton se soit empressé de rompre la correspondance, les lettres de Hooke ont fourni un lien conceptuel entre l’attraction centrale et une force diminuant avec le carré de la distance. Au début de 1680, Newton semble avoir discrètement tiré ses propres conclusions.
Pendant ce temps, dans les cafés de Londres, Hooke, Edmund Halley et Christopher Wren se débattaient sans succès avec le problème du mouvement planétaire. Enfin, en août 1684, Halley rendit une visite légendaire à Newton à Cambridge, dans l’espoir d’obtenir une réponse à son énigme : Quel type de courbe décrit une planète dans son orbite autour du soleil, en supposant une loi d’attraction au carré inverse ? Lorsque Halley a posé la question, la réponse de Newton a été « une ellipse ». Lorsqu’on lui a demandé comment il savait que c’était une ellipse, Newton a répondu qu’il l’avait déjà calculée. Bien que Newton ait répondu en privé à l’une des énigmes de l’univers – et lui seul possédait la capacité mathématique de le faire – il avait, de manière caractéristique, égaré le calcul. Après une nouvelle discussion, il promet d’envoyer immédiatement à Halley un nouveau calcul. En respectant partiellement sa promesse, Newton produisit son De Motu de 1684. De cette graine, après près de deux ans de travail intense, naquirent les Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. On peut dire que c’est le livre le plus important publié dans l’histoire de la science. Mais si les Principia étaient le fruit du travail de Newton, Hooke et Halley n’étaient rien de moins que des accoucheurs.
Bien que les Principia aient été bien accueillis, leur avenir était mis en doute avant leur parution. Là encore, Hooke était sur le devant de la scène, affirmant cette fois (non sans raison) que ses lettres de 1679-1680 lui valaient un rôle dans la découverte de Newton. Mais en vain. Newton était si furieux contre Hooke qu’il menaça de supprimer le livre III des Principia, dénonçant finalement la science comme « une dame impertinemment litigieuse ». Newton s’est calmé et a finalement consenti à la publication. Mais au lieu de reconnaître la contribution de Hooke, Newton a systématiquement supprimé toute mention possible du nom de Hooke. La haine de Newton pour Hooke était consomptive. En effet, Newton refusa plus tard la publication de ses Opticks (1704) et se retira virtuellement de la Royal Society jusqu’à la mort de Hooke en 1703.
Après la publication des Principia, Newton s’impliqua davantage dans les affaires publiques. En 1689, il est élu pour représenter Cambridge au Parlement, et pendant son séjour à Londres, il fait la connaissance de John Locke, le célèbre philosophe, et de Nicolas Fatio de Duillier, un jeune mathématicien brillant qui devient un ami intime. En 1693, cependant, Newton est victime d’un grave trouble nerveux qui n’est pas sans rappeler sa dépression de 1677-1678. La cause est sujette à interprétation : le surmenage, le stress de la controverse, la perte inexpliquée de l’amitié avec Fatio, ou peut-être un empoisonnement chronique au mercure, résultat de près de trois décennies de recherches alchimiques. Chaque facteur peut avoir joué un rôle. Nous savons seulement que Locke et Samuel Pepys ont reçu des lettres étranges et apparemment dérangées qui ont suscité des inquiétudes quant à la « décomposition de la tête, de l’esprit, ou des deux » de Newton. Quelle qu’en soit la cause, peu après sa guérison, Newton cherche un nouveau poste à Londres. En 1696, avec l’aide de Charles Montague, membre de Trinity et futur comte de Halifax, Newton est nommé gardien puis maître de la Monnaie. Son nouveau poste s’avère « très convenable » et il quitte Cambridge pour Londres sans regret.
Pendant ses années londoniennes, Newton jouit du pouvoir et du succès mondain. Sa position à la Monnaie lui assurait un statut social et économique confortable, et il était un administrateur actif et compétent. Après la mort de Hooke en 1703, Newton est élu président de la Royal Society et est réélu chaque année jusqu’à sa mort. En 1704, il publie son deuxième ouvrage majeur, l’Optique, basé en grande partie sur des travaux réalisés plusieurs décennies auparavant. Il est fait chevalier en 1705.
Bien que ses années de création soient passées, Newton continue à exercer une profonde influence sur le développement de la science. En effet, la Royal Society était l’instrument de Newton, et il en jouait à son avantage personnel. Son mandat de président a été décrit comme tyrannique et autocratique, et son contrôle sur la vie et la carrière de ses jeunes disciples était quasi absolu. Newton ne supportait pas la contradiction ou la controverse – ses querelles avec Hookep fournissent des exemples singuliers. Mais dans les conflits ultérieurs, en tant que président de la Royal Society, Newton a mobilisé toutes les forces à sa disposition. Par exemple, il a publié les observations astronomiques de Flamsteed – le travail de toute une vie – sans la permission de l’auteur ; et dans son conflit prioritaire avec Leibniz concernant le calcul, Newton a enrôlé des hommes plus jeunes pour mener sa guerre des mots, tandis que derrière les lignes, il dirigeait secrètement les charges et les contre-charges.En fin de compte, les actions de la Société n’étaient guère plus que des extensions de la volonté de Newton, et jusqu’à sa mort, il a dominé le paysage de la science sans rival. Il est mort à Londres le 20 mars 1727 (31 mars, nouveau style).
Mathématiques- L’origine de l’intérêt de Newton pour les mathématiques peut être retracée à ses jours de licence à Cambridge. C’est là que Newton s’est familiarisé avec un certain nombre d’ouvrages contemporains, notamment une édition de la Géométrie de Descartes, l’Arithmetica infinitorum de John Wallis, et d’autres ouvrages d’éminents mathématiciens. Mais entre 1664 et son retour à Cambridge après la peste, Newton apporte des contributions fondamentales à la géométrie analytique, à l’algèbre et au calcul. Plus précisément, il a découvert le théorème binomial, de nouvelles méthodes d’expansion des séries infinies et sa « méthode directe et inverse des fluxions ». Comme le terme l’indique, le calcul des fluxions est une méthode permettant de traiter des quantités changeantes ou en mouvement. Par conséquent, une « fluxion » représente le taux de variation d’un « fluide » – une quantité qui change ou s’écoule en permanence, telle que la distance, la surface ou la longueur. En substance, les fluxions étaient les premiers mots d’un nouveau langage de la physique.
Les années créatives de Newton en mathématiques s’étendent de 1664 à environ le printemps de 1696. Bien que ses prédécesseurs aient anticipé divers éléments du calcul, Newton a généralisé et intégré ces idées tout en développant de nouvelles méthodes plus rigoureuses. Les éléments essentiels de sa pensée sont présentés dans trois traités, le premier apparaissant dans un traité à diffusion privée, De analysi (Sur l’analyse), qui ne sera pas publié avant 1711. En 1671, Newton élabore un exposé plus complet de sa méthode des infinitésimaux, qui paraît neuf ans après sa mort sous le titre Methodusfluxionum et serierum infinitarum (La méthode des fluxions et des séries infinies, 1736). En plus de ces travaux, Newton a écrit quatre petits contrats, dont deux ont été annexés à ses Opticks de 1704.
Newton et Leibniz. À côté de son éclat, le trait le plus caractéristique de la carrière mathématique de Newton est le retard de publication. Le conflit de priorité entre Newton et Leibniz en est un exemple célèbre mais malheureux. Gottfried Wilhelm Leibniz, l’adversaire le plus compétent de Newton, a commencé à publier des articles sur le calcul en 1684, soit près de 20 ans après le début des découvertes de Newton. Le résultat de ce décalage temporel a été une dispute amère qui a fait rage pendant près de deux décennies. L’épreuve a commencé par des rumeurs selon lesquelles Leibniz avait emprunté des idées à Newton et les avait publiées à la hâte. Elle s’est terminée par des accusations de malhonnêteté et de plagiat pur et simple. Le conflit sur la priorité Newton-Leibniz – qui s’est finalement étendu à des domaines philosophiques concernant la nature de Dieu et de l’univers – a finalement tourné autour de l’ambiguïté de la priorité. Il est aujourd’hui généralement admis que Newton et Leibniz ont chacun développé le calcul indépendamment, et qu’ils sont donc considérés comme des co-découvreurs. Mais si Newton a été le premier à concevoir et à développer sa méthode des fluxions, Leibniz a été le premier à publier ses résultats indépendants.
Optique.Les recherches optiques de Newton, comme ses investigations mathématiques, ont commencé pendant ses années de licence àCambridge. Mais contrairement à son travail mathématique, les études de Newton en optique sont rapidement devenues publiques. Peu de temps après son élection à la Royal Societyen 1671, Newton a publié son premier article dans les Philosophical Transactionsof the Royal Society. Cet article, et d’autres qui suivirent, s’inspiraient de ses recherches de premier cycle ainsi que de ses conférences Lucasian à Cambridge.
En 1665-1666, Newton réalisa un certain nombre d’expériences sur la composition de la lumière. Guidé initialement par les écrits de Kepler et de Descartes, la principale découverte de Newton est que la lumière visible (blanche) est hétérogène – c’est-à-dire que la lumière blanche est composée de couleurs qui peuvent être considérées comme primaires. Grâce à une brillante série d’expériences, Newton a démontré que les prismes séparent la lumière blanche au lieu de la modifier. Contrairement aux théories d’Aristote et d’autres anciens, Newton a soutenu que la lumière blanche est secondaire et hétérogène, tandis que les couleurs séparées sont primaires et homogènes. D’une importance peut-être égale, Newton a également démontré que les couleurs du spectre, autrefois considérées comme des qualités, correspondent à un « degré de réfrangibilité » observé et quantifiable.
L’expérience cruciale. L’expérience la plus célèbre de Newton, l’experimentum crucis, a démontré l’histoire de la composition de la lumière. En bref, dans une pièce sombre, Newton a permis à un étroit faisceau de lumière solaire de passer d’un petit trou dans un volet de fenêtre à travers un prisme, brisant ainsi la lumière blanche en un spectre oblong sur une planche. Puis, à travers une petite ouverture dans la planche, Newton a sélectionné une couleur donnée (par exemple, le rouge) pour la faire passer à travers une autre ouverture vers un second prisme, à travers lequel elle a été réfractée sur une seconde planche. Ce qui avait commencé comme une lumière blanche ordinaire était ainsi dispersé à travers deux prismes.
L’expérience cruciale de Newton a démontré qu’une couleur sélectionnée quittant le premier prisme ne pouvait pas être séparée davantage par le second prisme. Le faisceau sélectionné restait de la même couleur, et son angle de réfraction était constant tout du long. Newton en conclut que la lumière blanche est un » mélange hétérogène de rayons différemment réfringents » et que les couleurs du spectre ne peuvent elles-mêmes être modifiées individuellement, mais sont des » propriétés originales et connotées.
Newton a probablement mené un certain nombre de ses expériences sur les prismes à Cambridge avant que la peste ne l’oblige à retourner à Woolsthorpe. Ses conférences de Lucasian,publiées plus tard en partie comme Optical Lectures (1728), complètent d’autresrecherches publiées dans les Transactions de la Société datant de février1672.
LesOpticks. TheOpticks de 1704, paru pour la première fois en anglais, est l’ouvrage le plus complet et le plus facilement accessible de Newton sur la lumière et la couleur. Selon Newton, le but des Optiques n’était pas « d’expliquer les propriétés de la lumière par des hypothèses, mais de les proposer et de les prouver par la raison et l’expérience ». Divisé en trois livres, les Optiques passent des définitions, axiomes, propositions et théorèmes à la preuve par l’expérience. Mélange subtil de raisonnement mathématique et d’observation minutieuse, les Opticks sont devenus le modèle de la physique expérimentale au XVIIIe siècle.
La théorie corpusculaire. Mais les Opticks contiennent plus que des résultats expérimentaux. Au cours du 17e siècle, il était largement admis que la lumière, comme le son, était constituée d’un mouvement ondulatoire, et les principaux critiques de Newton dans le domaine de l’optique – Robert Hooke et Christiaan Huygens – étaient des porte-parole éloquents de cette théorie.Mais Newton n’était pas d’accord. Bien que ses vues aient évolué au fil du temps, la théorie de la lumière de Newton était essentiellement corpusculaire, ou particulaire. En effet, puisque la lumière (contrairement au son) se déplace en ligne droite et projette une ombre nette, Newton suggère que la lumière est composée de particules discrètes se déplaçant en ligne droite à la manière des corps inertiels. De plus, puisque l’expérience avait montré que les propriétés des différentes couleurs de la lumière étaient constantes et immuables, il en était de même, selon Newton, pour la matière de la lumière elle-même – des particules.
À divers moments de sa carrière, Newton a en effet combiné les théories des particules et des ondes de la lumière. Dans son premier différend avec Hooke, puis dans ses Opticks de 1717, Newton a envisagé la possibilité d’une substance éthérée – un matériau élastique omniprésent plus subtil que l’air – qui fournirait un milieu pour la propagation des ondes ou des vibrations. Dès le début, Newton a rejeté les modèles d’ondes de base de Hooke et Huygens, peut-être parce qu’ils négligeaient la subtilité de la périodicité.
La question de la périodicité s’est posée avec le phénomène connu sous le nom d' »anneaux de Newton ». Dans le livre II des Optiques, Newton décrit une série d’expériences concernant les couleurs des films minces. Son observation la plus remarquable est que la lumière passant à travers une lentille convexe pressée contre une plaque de verre plate produit des anneaux colorés concentriques (anneaux de Newton) avec une alternance d’ombres. Newton a tenté d’expliquer ce phénomène en utilisant la théorie des particules en conjonction avec son hypothèse de » l’ajustement de la transmission et de la réflexion faciles « . Après avoir effectué des mesures minutieuses, Newton a découvert que l’épaisseur du film d’air entre la lentille (d’une courbure donnée) et le verre correspondait à l’espacement des anneaux. Si des obscurcissements se produisaient à des épaisseurs de 0, 2, 4, 6… alors les anneaux colorés correspondaient à une progression en nombre impair, 1, 3, 5, 7, ….. Bien que Newton n’ait pas spéculé sur la cause de cette périodicité, son association initiale des « anneaux de Newton » avec des vibrations dans un milieu suggère sa volonté de modifier mais pas d’abandonner la théorie des particules.
LesOptiques était l’ouvrage de Newton le plus lu. Après la première édition, des versions latines sont apparues en 1706 et 1719, et des deuxième et troisième éditions anglaises en 1717 et 1721. La partie la plus provocante des Opticks est peut-être la section connue sous le nom de « Queries », que Newton a placée à la fin du livre. Il y pose des questions et émet des opinions sur la nature de la lumière, de la matière et des forces de la nature.
Mécanique.Les recherches de Newton en dynamique se répartissent en trois grandes périodes : les années de peste 1664-1666, les recherches de 1679-1680, suite à la correspondance de Hooke, et la période 1684-1687, suite à la visite de Halley à Cambridge. L’évolution progressive de la pensée de Newton au cours de ces deux décennies illustre la complexité de ses réalisations ainsi que le caractère prolongé de la « découverte » scientifique.
Si le mythe de Newton et de la pomme est peut-être vrai, le récit traditionnel deNewton et de la gravité ne l’est pas. Certes, les premières réflexions de Newton sur la gravité ont commencé à Woolsthorpe, mais au moment de son célèbre » test de la lune « , Newton n’était pas encore arrivé au concept d’attraction gravitationnelle. Les premiers manuscrits suggèrent qu’au milieu des années 1660, Newton ne pensait pas en termes d’attraction centrale de la lune vers la terre mais plutôt en termes de tendance centrifuge de la lune à s’éloigner. Sous l’influence de la philosophie mécanique, Newton n’avait pas encore envisagé la possibilité d’une action à distance ; il n’était pas non plus au courant des deux premières hypothèses planétaires de Kepler. Pour des raisons historiques, philosophiques et mathématiques, Newton a supposé que l' »effort » centrifuge de la lune était égal et opposé à une contrainte mécanique inconnue. Pour les mêmes raisons, il a également supposé une orbite circulaire et une relation inverse du carré.Cette dernière a été dérivée de la troisième hypothèse de Kepler (le carré de la période orbitale d’une planète est proportionnel au cube de sa distance moyenne du soleil), de la formule de la force centrifuge (la force centrifuge sur un corps en rotation est proportionnelle au carré de sa vitesse et inversement proportionnelle au rayon de son orbite), et de l’hypothèse d’orbites circulaires.
L’étape suivante consistait à tester la relation de l’inverse du carré par rapport à des données empiriques.Pour ce faire, Newton, en fait, a comparé la contrainte sur l' »effort » de la lune pour s’éloigner avec le taux d’accélération observé des objets tombant sur terre. Le problème était d’obtenir des données précises. En supposant que Galilée estime que la lune se trouve à 60 rayons terrestres de la terre, la contrainte exercée sur la lune aurait dû être égale à 1/3600 (1/602) de l’accélération gravitationnelle sur terre. Mais l’estimation de Newton de la taille de la terre était trop faible, et son calcul a montré que l’effet sur la lune était d’environ 1/4000 de celui sur la terre. Comme Newton le décrira plus tard, le test de la lune a répondu « à peu près ». Mais les chiffres pour la lune n’étaient pas exacts, et Newton abandonna le problème.
En 1679 et au début de 1680, un échange de lettres avec Hooke renouvela l’intérêt de Newton. En novembre 1679, près de 15 ans après le test de la lune, Hooke écrit à Newton au sujet d’une hypothèse présentée dans son Attempt to Provethe Motion of the Earth (1674). Hooke y propose que les orbites planétaires résultent d’un mouvement tangentiel et d’un « mouvement d’attraction vers le corps central ». Dans des lettres ultérieures, Hooke a précisé une force d’attraction centrale qui diminuait avec le carré de la distance. À la suite de cet échange, Newton a rejeté sa notion antérieure de tendances centrifuges en faveur de l’attraction centrale. Les lettres de Hooke ont fourni des informations cruciales.Mais rétrospectivement, si la puissance intuitive de Hooke semble inégalée, elle n’a jamais égalé la puissance mathématique de Newton, que ce soit en principe ou en pratique.
Lorsque Halley se rend à Cambridge en 1684, Newton a déjà démontré la relation entre une attraction carrée inverse et les orbites elliptiques. À la » joie et à l’étonnement » de Halley, Newton a apparemment réussi là où lui et d’autres ont échoué. Le rôle de Halley a alors changé et il a guidé Newton vers la publication. Halley finança personnellement les Principia et les vit passer sous presse jusqu’à leur publication en juillet 1687.
LePrincipia. Le chef-d’œuvre de Newton est divisé en trois livres. Le livre I des Principia commence par huit définitions et trois axiomes, ces derniers étant maintenant connus comme les lois du mouvement de Newton. Aucune discussion de Newton ne serait complète sans elles : (1) Tout corps continue dans son état de repos, ou mouvement uniforme en ligne droite, à moins qu’il ne soit contraint de changer cet état par des forces qui lui sont imposées (inertie). (2) Le changement de mouvement est proportionnel à la force motrice exercée et se fait dans la direction de la ligne droite dans laquelle cette force est exercée (F= ma). (3) A toute action, il y a toujours une réaction opposée et égale.Suivant ces axiomes, Newton procède étape par étape avec des propositions, des théorèmes et des problèmes.
Dans le livre II des Principia, Newton traite du Mouvement des corps à travers des milieux résistants ainsi que du mouvement des fluides eux-mêmes. Comme le livre II ne faisait pas partie du plan initial de Newton, il a traditionnellement semblé quelque peu déplacé. Néanmoins, il convient de noter que vers la fin du livre II (section IX), Newton démontre que les tourbillons invoqués par Descartes pour expliquer le mouvement planétaire ne pouvaient pas être auto-entretenus ; la théorie des tourbillons n’était pas non plus compatible avec les trois règles planétaires de Kepler. L’objectif du livre II devient alors clair. Après avoir discrédité le système de Descartes, Newton conclut : ‘Comment ces mouvements s’effectuent dans un espace libre sans tourbillons, peut être compris par le premier livre ; et j’en traiterai maintenant plus complètement dans le livre suivant.’
Dans le livre III, sous-titré le Système du monde, Newton étend ses trois lois du mouvement au cadre du monde, démontrant finalement ‘qu’il existe une puissance de gravité tendant à tous les corps, proportionnelle à ces diverses quantités de matière qu’ils contiennent’. La loi de Newton sur la gravitation universelle stipule que F = G Mm/R2, c’est-à-dire que toutes les matières s’attirent mutuellement avec une force (F) proportionnelle au produit de leurs masses (Mm) et inversement proportionnelle au carré de la distance (R2) qui les sépare. G est une constante dont la valeur dépend des unités utilisées pour la masse et la distance. Pour démontrer la puissance de sa théorie, Newton a utilisé l’attraction gravitationnelle pour expliquer le mouvement des planètes et de leurs lunes, la précession des équinoxes, l’action des marées et le mouvement des comètes. En somme, l’univers de Newton unissait le ciel et la terre par un seul ensemble de lois. Il est devenu le fondement physique et intellectuel de la vision moderne du monde.
Peut-être le traité scientifique le plus puissant et le plus influent jamais publié, lesPrincipia sont apparus dans deux autres éditions du vivant de Newton, en 1713 et1726.
AutresRecherches. Tout au long de sa carrière, Newton a mené des recherches en théologie et en histoire avec la même passion que pour l’alchimie et la science. Bien que certains historiens aient négligé les écrits non scientifiques de Newton, sa dévotion à ces sujets ne fait guère de doute, comme en témoignent amplement ses manuscrits. Les écrits de Newton sur des sujets théologiques et bibliques représentent à eux seuls environ 1,3 million de mots, soit l’équivalent de 20 livres de longueur standard d’aujourd’hui. Bien que ces écrits ne disent pas grand-chose sur la science newtonienne, ils nous en disent long sur Isaac Newton.
Le dernier geste de Newton avant sa mort fut de refuser le sacrement, une décision lourde de conséquences au XVIIIe siècle. Bien que Newton ait été consciencieusement élevé dans la tradition protestante, ses vues mûres sur la théologie n’étaient ni protestantes, ni traditionnelles, ni orthodoxes. Dans l’intimité de ses pensées et de ses écrits, Newton rejetait une foule de doctrines qu’il considérait comme mystiques, irrationnelles ou superstitieuses. En un mot, c’était un unitarien.
Les recherches de Newton en dehors de la science – en théologie, en prophétie et en histoire – étaient avides de cohérence et d’unité. Sa passion était d’unir la connaissance et la croyance, de réconcilier le livre de la nature avec le livre de l’Écriture. Mais malgré l’élégance de sa pensée et l’audace de sa quête, l’énigme d’Isaac Newton demeure. En fin de compte, Newton est autant une énigme pour nous qu’il l’était, sans doute, pour lui-même.
RobertA. Hatch
Université de Floride
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