Le 17e siècle a été une période propice aux sciences, avec des découvertes révolutionnaires en astronomie, physique, mécanique, optique et sciences naturelles. Au centre de tout cela se trouvait Sir Isaac Newton, l'homme qui est largement reconnu comme l'un des scientifiques les plus influents de tous les temps et comme une figure clé de la révolution scientifique.
Physicien et mathématicien anglais, Newton a fait plusieurs contributions fondamentales dans le domaine de l'optique et partage le mérite de Gottfried Leibniz pour le développement du calcul. Mais ce fut la publication de Newton de Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica («Principes mathématiques de la philosophie naturelle»), pour lequel il est le plus célèbre. Publié en 1687, ce traité jette les bases de la mécanique classique, une tradition qui dominera la vision scientifique de l'univers physique pour les trois prochains siècles.
Jeunesse:
Isaac Newton est né le 4 janvier 1643 - ou le 25 décembre 1642 selon le calendrier julien (qui était en usage à l'époque en Angleterre) - à Woolsthorpe-by-Colsterworth, un hameau du comté de Lincolnshire. Son père, pour lequel il a été nommé, était un fermier prospère décédé trois mois avant sa naissance. Né prématurément, Newton était petit enfant.
Sa mère, Hannah Ayscough, s'est remariée à l'âge de trois ans avec un révérend, laissant Newton aux soins de sa grand-mère maternelle. Sa mère allait avoir trois autres enfants avec son nouveau mari, qui est devenu les seuls frères et sœurs de Newton. Pour cette raison, Newton avait apparemment une relation difficile avec son beau-père et sa mère pendant un certain temps.
Au moment où Newton avait 17 ans, sa mère était à nouveau veuve. Malgré son espoir que Newton devienne agriculteur, comme son père, Newton détestait l'agriculture et cherchait à devenir universitaire. Son intérêt pour l'ingénierie, les mathématiques et l'astronomie était évident dès son plus jeune âge, et Newton a commencé ses études avec une aptitude à apprendre et à inventer qui durerait pour le reste de sa vie.
Éducation:
Entre 12 et 21 ans, Newton a fait ses études à la King’s School de Grantham, où il a appris le latin. Pendant son séjour, il est devenu l'élève le mieux classé et a été reconnu pour sa construction de cadrans solaires et de modèles d'éoliennes. En 1661, il a été admis au Trinity College de Cambridge, où il a payé son chemin en remplissant les fonctions d'un valet de chambre (ce qui était connu comme un sous-marinier).
Pendant ses trois premières années à Cambridge, Newton a appris le programme d'études standard, qui était basé sur la théorie aristotélicienne. Mais Newton était fasciné par la science la plus avancée et passait tout son temps libre à lire les œuvres de philosophes et astronomes modernes, tels que René Descartes, Galileo Galilei, Thomas Street et Johannes Kepler.
Le résultat a été une performance moins que brillante, mais sa double orientation le conduirait également à apporter certaines de ses contributions scientifiques les plus profondes. En 1664, Newton a reçu une bourse qui lui a garanti quatre ans de plus jusqu'à ce qu'il obtienne sa maîtrise ès arts.
En 1665, peu de temps après que Newton eut obtenu son B.A., l'université ferma temporairement en raison du déclenchement de la grande peste. Utilisant ce temps pour étudier à la maison, Newton a développé un certain nombre d'idées qu'il avait qui pourraient éventuellement devenir ses théories sur le calcul, l'optique et la loi de la gravitation (voir ci-dessous).
En 1667, il retourna à Cambridge et fut élu membre de Trinity, bien que sa performance fût encore considérée comme moins que spectaculaire. Cependant, avec le temps, sa fortune s'est améliorée et il a gagné en reconnaissance pour ses capacités. En 1669, il a obtenu sa maîtrise (avant l'âge de 27 ans) et a publié un traité exposant ses théories mathématiques sur les séries infinies.
En 1669, il succède à son ancien professeur et mentor Isaac Barrow - un théologien et mathématicien qui a découvert le théorème fondamental du calcul - et devient la Chaire Lucasian de mathématiques à Cambridge. En 1672, il est élu membre de la Royal Society, dont il restera membre jusqu'à la fin de sa vie.
Réalisations scientifiques:
Pendant ses études à Cambridge, Newton a conservé un deuxième ensemble de notes qu'il a intitulé «Quaestiones Quaedam Philosophicae” (“Certaines questions philosophiques“). Ces notes, qui étaient la somme totale des observations de Newton sur la philosophie mécanique, le conduiront à découvrir le théorème binomial généralisé en 1665, et lui permettront de développer une théorie mathématique qui conduira à son développement du calcul moderne.
Cependant, les premières contributions de Newton étaient sous la forme d’optiques, qu’il a prononcées lors de conférences annuelles tout en occupant le poste de chaire Lucasian de mathématiques. En 1666, il a observé que la lumière entrant dans un prisme sous la forme d'un rayon circulaire sort sous la forme d'un oblong, démontrant qu'un prisme réfracte différentes couleurs de lumière à différents angles. Cela l'a amené à conclure que la couleur est une propriété intrinsèque à la lumière, un point qui avait été débattu les années précédentes.
En 1668, il a conçu et construit un télescope réfléchissant, ce qui l'a aidé à prouver sa théorie. De 1670 à 1672, Newton a continué à donner des conférences sur l'optique et a étudié la réfraction de la lumière, démontrant que le spectre multicolore produit par un prisme pouvait être recomposé en lumière blanche par une lentille et un deuxième prisme.
Il a également démontré que la lumière colorée ne change pas ses propriétés, qu'elle soit réfléchie, diffusée ou transmise. Ainsi, il a observé que la couleur est le résultat d'objets interagissant avec la lumière déjà colorée, plutôt que des objets générant la couleur eux-mêmes. Ceci est connu comme la théorie de la couleur de Newton.
La Royal Society a demandé une démonstration de son télescope réfléchissant en 1671, et l'intérêt de l'organisation a encouragé Newton à publier ses théories sur la lumière, l'optique et la couleur. C'est ce qu'il fit en 1672 dans un petit traité intitulé Of Couleurs, qui sera publié plus tard dans un plus grand volume contenant ses théories sur la nature «corpusculaire» de la lumière.
Essentiellement, Newton a soutenu que la lumière était composée de particules (ou corpuscules) qui, selon lui, étaient réfractées en accélérant dans un milieu plus dense. En 1675, il publie cette théorie dans un traité intitulé «Hypothèse de la lumière “, dans lequel il a également postulé que la matière ordinaire était composée de plus gros corpuscules et de l'existence d'un éther qui transmettait les forces entre les particules.
Après avoir discuté de ses idées avec Henry More, un théosophiste anglais et membre des Cambridge Platonists, l'intérêt de Newton pour l'alchimie a été relancé. Il a ensuite remplacé sa théorie d'un éther existant entre les particules dans la nature par des forces occultes, basée sur des idées hermétiques d'attraction et de répulsion entre particules. Cela reflétait l'intérêt continu de Newton pour l'alchimie et la science, pour lesquels il n'y avait pas de distinction claire à l'époque.
En 1704, Newton publie toutes ses théories sur la lumière, l'optique et les couleurs en un seul volume intitulé Opticks: Ou, un traité des reflets, des réfractions, des inflexions et des couleurs de la lumière. Il y spéculait que la lumière et la matière pouvaient se convertir l'une à l'autre par une sorte de transmutation alchimique, et frôlait les théories des ondes sonores afin d'expliquer les schémas répétés de réflexion et de transmission.
Alors que les physiciens ultérieurs ont privilégié une explication purement ondulatoire de la lumière pour tenir compte des modèles d'interférence et du phénomène général de diffraction, leurs découvertes devaient beaucoup aux théories de Newton. Il en va de même pour la mécanique quantique, les photons et l'idée de dualité onde-particule d'aujourd'hui, qui ne ressemblent guère à la compréhension de Newton de la lumière.
Bien que lui et Leibniz soient crédités d'avoir développé le calcul indépendamment, les deux hommes ont été impliqués dans une controverse sur qui l'a découvert en premier. Bien que le travail de Newton dans le développement du calcul moderne ait commencé dans les années 1660, il était réticent à le publier, craignant la controverse et la critique. En tant que tel, Newton ne publia rien avant 1693 et ne rendit compte de son travail qu'en 1704, tandis que Leibniz commença à publier un compte rendu complet de ses méthodes en 1684.
Cependant, les travaux antérieurs de Newton en mécanique et en astronomie impliquaient une utilisation intensive du calcul sous forme géométrique. Cela inclut des méthodes impliquant «un ou plusieurs ordres de l'infiniment petit» dans son travail de 1684, De motu corporum dans gyrum (“Sur le mouvement des corps en orbite ») et dans le livre I Principia, qu'il a qualifié de «méthode des premier et dernier ratios».
Gravitation universelle:
En 1678, Newton a subi une dépression nerveuse complète, probablement en raison d'un surmenage et d'une querelle en cours avec un autre membre de la Royal Society, Robert Hooke (voir ci-dessous). La mort de sa mère un an plus tard l'a rendu de plus en plus isolé et pendant six ans, il s'est retiré de la correspondance avec d'autres scientifiques, sauf là où ils l'avaient initiée.
Au cours de cette interruption, Newton a renouvelé son intérêt pour la mécanique et l'astronomie. Ironiquement, c'est grâce à un bref échange de lettres en 1679 et 1680 avec Robert Hooke qui le conduira à réaliser ses plus grandes réalisations scientifiques. Son réveil est également dû à l'apparition d'une comète durant l'hiver 1680-1681, à propos de laquelle il correspond avec John Flamsteed - l'astronome royal d'Angleterre.
Par la suite, Newton a commencé à considérer la gravitation et son effet sur les orbites des planètes, en particulier en référence aux lois de Kepler du mouvement planétaire. Après ses échanges avec Hooke, il a établi la preuve que la forme elliptique des orbites planétaires résulterait d'une force centripète inversement proportionnelle au carré du vecteur rayon.
Newton a communiqué ses résultats à Edmond Halley (découvreur de «Haley’s Comet») et à la Royal Society dans son De motu corporum in gyrum. Ce tract, publié en 1684, contenait la graine que Newton allait développer pour former son magnum opus, le Principia. Ce traité, publié en juillet 1687, contenait les trois lois du mouvement de Newton. Ces lois stipulaient que:
- Lorsqu'il est observé dans un référentiel inertiel, un objet reste au repos ou continue de se déplacer à une vitesse constante, sauf s'il est soumis à une force externe.
- La somme vectorielle des forces externes (F) sur un objet est égale à la masse (m) de cet objet multiplié par le vecteur d'accélération (a) de l'objet. Sous forme mathématique, cela s'exprime comme suit: F =mune
- Lorsqu'un corps exerce une force sur un deuxième corps, le deuxième corps exerce simultanément une force égale en amplitude et opposée en direction sur le premier corps.
Ensemble, ces lois décrivent la relation entre tout objet, les forces qui agissent sur lui et le mouvement qui en résulte, jetant les bases de la mécanique classique. Les lois ont également permis à Newton de calculer la masse de chaque planète, de calculer l'aplatissement de la Terre aux pôles et le renflement à l'équateur, et comment l'attraction gravitationnelle du Soleil et de la Lune crée les marées de la Terre.
Dans le même travail, Newton a présenté une méthode d'analyse géométrique semblable à un calcul utilisant les `` premier et dernier ratios '', a calculé la vitesse du son dans l'air (basée sur la loi de Boyle), a expliqué la précession des équinoxes (dont il a montré qu'ils étaient: résultat de l'attraction gravitationnelle de la Lune vers la Terre), a lancé l'étude gravitationnelle des irrégularités du mouvement de la lune, a fourni une théorie pour la détermination des orbites des comètes, et bien plus encore.
Ce volume aurait un effet profond sur les sciences, avec ses principes restant canon pour les 200 années suivantes. Il a également informé le concept de la gravitation universelle, qui est devenu le pilier de l'astronomie moderne, et ne sera pas révisé avant le 20e siècle - avec la découverte de la mécanique quantique et la théorie d'Einstein de la relativité générale.
Newton et «l'incident d'Apple»:
L'histoire de Newton proposant sa théorie de la gravitation universelle à la suite de la chute d'une pomme sur sa tête est devenue un incontournable de la culture populaire. Et bien qu'il ait souvent été soutenu que l'histoire est apocryphe et que Newton n'a pas conçu sa théorie à un moment donné, Newton lui-même a raconté l'histoire plusieurs fois et a affirmé que l'incident l'avait inspiré.
De plus, les écrits de William Stukeley - un membre du clergé anglais, antiquaire et membre de la Royal Society - ont confirmé l'histoire. Mais plutôt que la représentation comique de la pomme frappant Netwon sur la tête, Stukeley a décrit dans son Mémoires de la vie de Sir Isaac Newton (1752) une conversation dans laquelle Newton a décrit la réflexion sur la nature de la gravité en regardant tomber une pomme.
«… Nous sommes allés dans le jardin, & avons bu du thé à l'ombre de quelques pommiers; seulement lui et moi-même. parmi d'autres discours, m'a-t-il dit, il était juste dans la même situation que lorsque jadis, la notion de gravitation lui venait à l'esprit. «Pourquoi cette pomme devrait-elle toujours descendre perpendiculairement au sol», se dit-il; occasionnellement par la chute d'une pomme… "
John Conduitt, l'assistant de Newton à la Monnaie royale (qui a finalement épousé sa nièce), a également décrit avoir entendu l'histoire dans son propre compte de la vie de Newton. Selon Conduitt, l'incident a eu lieu en 1666 lorsque Newton voyageait pour rencontrer sa mère dans le Lincolnshire. Tout en serpentant dans le jardin, il a envisagé comment l'influence de la gravité s'étendait bien au-delà de la Terre, responsable de la chute de la pomme ainsi que de l'orbite de la Lune.
De même, Voltaire a écrit dans son Essai sur la poésie épique (1727) que Newton avait d'abord pensé au système de gravitation en marchant dans son jardin et en regardant une pomme tomber d'un arbre. Cela est cohérent avec les notes de Newton des années 1660, qui montrent qu'il était aux prises avec l'idée de la façon dont la gravité terrestre s'étend, dans une proportion inverse du carré, à la Lune.
Cependant, il lui faudra encore deux décennies pour développer pleinement ses théories au point de pouvoir offrir des preuves mathématiques, comme le démontre le Principia. Une fois cela terminé, il a déduit que la même force qui fait tomber un objet au sol était responsable d'autres mouvements orbitaux. Par conséquent, il l'a appelée «gravitation universelle».
Divers arbres seraient «le» pommier décrit par Newton. L'école du roi, Grantham, affirme que leur école a acheté l'arbre d'origine, l'a déraciné et l'a transporté dans le jardin du directeur quelques années plus tard. Cependant, le National Trust, qui détient le Woolsthorpe Manor (où Newton a grandi) en fiducie, affirme que l'arbre réside toujours dans leur jardin. Un descendant de l'arbre d'origine peut être vu pousser à l'extérieur de la porte principale du Trinity College de Cambridge, en dessous de la pièce dans laquelle Newton vivait lorsqu'il y a étudié.
Feud avec Robert Hooke:
Avec le Principia, Newton est devenu internationalement reconnu et a acquis un cercle d'admirateurs. Cela a également conduit à une querelle avec Robert Hooke, avec qui il avait eu une relation troublée dans le passé. Avec la publication de ses théories sur la couleur et la lumière en 1671/72, Hooke a critiqué Newton d'une manière plutôt condescendante, affirmant que la lumière était composée d'ondes et non de couleurs.
Alors que d'autres philosophes critiquaient l'idée de Newton, c'est Hooke (un membre de la Royal Society qui avait effectué un travail approfondi en optique) qui piqua le plus Newton. Cela a conduit à la relation acrimonieuse entre les deux hommes et à Newton presque quitter la Royal Society. Cependant, l'intervention de ses collègues l'a convaincu de rester et l'affaire s'est finalement éteinte.
Cependant, avec la publication du Principia, les choses ont de nouveau tourné au vif, Hooke accusant Newton de plagiat. La raison de l'accusation était liée au fait qu'au début de 1684, Hooke avait fait des commentaires à Edmond Halley et Christopher Wren (également membres de la Royal Society) au sujet des ellipses et des lois du mouvement planétaire. Cependant, à l'époque, il n'a pas proposé de preuve mathématique.
Néanmoins, Hooke a affirmé qu'il avait découvert la théorie des carrés inverses et que Newton avait volé son travail. D'autres membres de la Royal Society estimaient que l'accusation n'était pas fondée et ont demandé à Hooke de publier les preuves mathématiques pour étayer cette affirmation. Dans l'intervalle, Newton a supprimé toute référence à Hooke dans ses notes et a menacé de retirer Principia de toute publication ultérieure.
Edmund Halley, qui était un ami à la fois de Newton et de Hooke, a tenté de faire la paix entre les deux. Avec le temps, il a réussi à convaincre Newton d'insérer une reconnaissance commune du travail de Hooke dans sa discussion de la loi des carrés inverses. Cependant, cela n'a pas apaisé Hooke, qui a maintenu son accusation de plagiat.
Au fil du temps, la renommée de Newton a continué de croître tandis que celle de Hooke a continué de diminuer. Cela a rendu Hooke de plus en plus aigri et plus protecteur de ce qu'il considérait comme son travail, et il n'a ménagé aucune occasion de s'en prendre à son rival. La querelle a finalement pris fin en 1703, lorsque Hooke est mort et Newton lui a succédé à la présidence de la Royal Society.
Autres réalisations:
En plus de son travail en astronomie, optique, mécanique, physique et alchimie, Newton avait également un vif intérêt pour la religion et la Bible. Au cours des années 1690, il a écrit plusieurs tracts religieux qui traitaient des interprétations littérales et symboliques de la Bible. Par exemple, son tract sur la Sainte Trinité - envoyé au célèbre philosophe politique et théoricien social John Locke et non publié jusqu'en 1785 - a remis en question la véracité de 1 Jean 5: 7, la description sur laquelle la Sainte Trinité est basée.
Oeuvres religieuses ultérieures - comme La chronologie des anciens royaumes modifiée (1728) et Observations sur les prophéties de Daniel et l'apocalypse de Saint-Jean (1733) - est également resté inédit jusqu'à sa mort. Dans Royaumes, il a traité de la chronologie de divers royaumes antiques - les premiers âges des Grecs, des anciens Égyptiens, des Babyloniens, des Médéens et des Perses - et a offert une description du Temple de Salomon.
Dans Prophéties, il s'est adressé à l'Apocalypse, comme prédit dans le Livre de Daniel et Révélations, et a épousé sa conviction que cela aurait lieu en 2060 CE (bien que d'autres dates possibles incluent 2034 CE). Dans sa critique textuelle intitulée Un récit historique de deux ruptures notables de l'Écriture (1754), il a placé la crucifixion de Jésus-Christ le 3 avril 33 après JC, ce qui correspond à une date traditionnellement acceptée.
En 1696, il s’installa à Londres pour occuper le poste de directeur de la Monnaie royale, où il prit en charge le grand recoin de l’Angleterre. Newton resterait dans ce poste pendant 30 ans et était peut-être le maître le plus connu de la Monnaie. Son attachement au rôle était si sérieux qu’il a pris sa retraite de Cambridge en 1701 pour superviser la réforme de la monnaie anglaise et punir les contrefacteurs.
En tant que directeur, puis maître de la Monnaie royale, Newton estimait que 20% des pièces de monnaie prises lors du grand recoinage de 1696 étaient contrefaites. Menant personnellement de nombreuses enquêtes, Newton s'est rendu dans des tavernes et des bars déguisés pour recueillir des preuves et a mené plus de 100 contre-interrogatoires de témoins, informateurs et suspects, ce qui a abouti à la poursuite réussie de 28 faux monnayeurs.
Newton a été membre du Parlement d'Angleterre pour l'Université de Cambridge en 1689–1901 et 1701–2. En plus d'être président de la Royal Society en 1703, il était associé de l'Académie française des sciences. En avril 1705, la reine Anne fait chevalier Newton lors d'une visite royale au Trinity College de Cambridge, faisant de lui le deuxième scientifique à être fait chevalier (après Sir Francis Bacon).
Mort et héritage:
Vers la fin de sa vie, Newton s'installe à Cranbury Park près de Winchester avec sa nièce et son mari, où il restera jusqu'à sa mort. À cette époque, Newton était devenu l'un des hommes les plus célèbres d'Europe et ses découvertes scientifiques étaient incontestées. Il était également devenu riche, investissant judicieusement son revenu considérable et accordant des dons importants à des œuvres de bienfaisance.
Dans le même temps, la santé physique et mentale de Newton a commencé à décliner. Au moment où il a atteint 80 ans, il a commencé à avoir des problèmes digestifs et a dû changer radicalement son alimentation et son mode de vie. Sa famille et ses amis ont également commencé à s'inquiéter de sa stabilité mentale, car son comportement est devenu de plus en plus irrégulier.
Puis, en 1727, Newton a ressenti une douleur intense à l'abdomen et a perdu connaissance. Il mourut dans son sommeil le lendemain, le 20 mars 1727 (calendrier julien; ou 31 mars 1727, calendrier grégorien) à l'âge de 84 ans. Il fut enterré dans une tombe à l'abbaye de Westminster. Et en tant que célibataire, il avait cédé une grande partie de sa succession à des parents et à des œuvres de bienfaisance au cours de ses dernières années.
Après sa mort, les cheveux de Newton ont été examinés et trouvés pour contenir du mercure, résultant probablement de ses activités alchimiques. L'empoisonnement au mercure a été cité comme une raison de l'excentricité de Newton plus tard, ainsi que de la dépression nerveuse qu'il a connue en 1693. La renommée d'Isaac Newton a augmenté encore plus après sa mort, car beaucoup de ses contemporains l'ont proclamé être le plus grand génie de tous les temps vivait.
Ces affirmations n'étaient pas sans fondement, car ses lois du mouvement et sa théorie de la gravitation universelle étaient sans précédent à l'époque. En plus de pouvoir rassembler les orbites des planètes, de la Lune et même des comètes dans un système cohérent et prévisible, il a également inventé le calcul moderne, révolutionné notre compréhension de la lumière et de l'optique et établi des principes scientifiques qui resteraient en usage pour les 200 années suivantes.
Avec le temps, une grande partie de ce que Newton a adopté se serait avérée erronée, en grande partie grâce à Albert Einstein. Avec sa théorie générale de la relativité, Einstein prouverait que le temps, la distance et le mouvement n'étaient pas absolus, mais dépendaient de l'observateur. Ce faisant, il a renversé l'un des préceptes fondamentaux de la gravitation universelle. Néanmoins, Einstein était l'un des plus grands admirateurs de Newton et reconnaissait une grande dette envers son prédécesseur.
En plus d'appeler Newton un «esprit brillant» (dans un éloge funèbre prononcé en 1927 à l'occasion du 200e anniversaire de la mort de Newton), Einstein a également fait remarquer que «la nature était pour lui un livre ouvert, dont il pouvait lire les lettres sans effort». Sur son mur d'étude, Albert Einstein aurait gardé une photo de Newton, aux côtés de photos de Michael Faraday et James Clerk Maxwell.
Une enquête sur la Royal Society britannique a également été menée en 2005, où l'on a demandé aux membres qui avaient le plus d'effet sur l'histoire des sciences: Newton ou Einstein. La majorité des membres de la Royal Society ont convenu que, dans l’ensemble, Newton avait un plus grand impact sur les sciences. D'autres sondages menés au cours des dernières décennies ont produit des résultats similaires, Einstein et Newton se disputant la première et la deuxième place.
Ce n'est pas chose facile de vivre pendant l'une des périodes les plus propices de l'histoire. De plus, il n'est pas facile, au milieu de tout cela, de bénéficier d'une perspicacité qui nous amènera à proposer des idées qui révolutionneront les sciences et changeront à jamais le cours de l'histoire. Mais tout au long de tout cela, Newton a maintenu une attitude humble et a résumé ses réalisations avec les mots célèbres: «Si j'ai vu plus loin, c'est en se tenant sur les épaules des géants.“
Nous avons écrit de nombreux articles sur Isaac Newton pour Space Magazine. Voici un article sur ce qu'Isaac Newton a découvert, et voici un article sur les inventions d'Isaac Newton.
Astronomy Cast a également un merveilleux épisode, intitulé Episode 275: Isaac Newton
Pour plus d'informations, consultez cet article de la Galileo Society sur Isaac Newton et du groupe à but non lucratif connu sous le nom de The Newton Project.
Nous avons également enregistré un épisode entier de Astronomy Cast consacré à la gravité. Écoutez ici, épisode 102: Gravité.
