Isaac Newton

Avec un seul livre, les Principes mathématiques de la philosophie naturelle (1687), Isaac Newton montre que la même loi gouverne la chute d’une pomme et le mouvement des planètes. Il fonde la mécanique classique, qui restera sans rivale pendant plus de deux siècles, jusqu’à la relativité d’Einstein. Il est aussi l’un des inventeurs du calcul infinitésimal et le premier à expliquer la nature des couleurs.

Repères chronologiques

Une enfance solitaire

Newton naît prématuré, quelques mois après la mort de son père, un fermier. Sa mère se remarie et le confie à sa grand-mère. Élève à l’école de Grantham, il se passionne pour les mécanismes et construit des maquettes. Sa mère veut en faire un fermier, mais son oncle et son maître d’école obtiennent qu’il parte étudier à Cambridge.

Les « années miraculeuses » (1665-1667)

Pendant que la peste ferme l’université, Newton, âgé d’à peine plus de vingt ans, travaille seul dans la ferme familiale. En moins de deux ans, il jette les bases :

• du calcul infinitésimal, qu’il appelle « méthode des fluxions » (voir dérivées et intégrales) ;
• de sa théorie de la lumière et des couleurs ;
• de la gravitation universelle.

L’histoire de la pomme

Newton a lui-même raconté, à la fin de sa vie, que la chute d’une pomme dans le jardin de Woolsthorpe l’avait conduit à se demander si la force qui attire la pomme ne s’étendait pas jusqu’à la Lune. L’anecdote est rapportée par son contemporain William Stukeley. La pomme ne lui est en revanche jamais tombée sur la tête : c’est un embellissement ultérieur.

L’optique : la lumière blanche est un mélange

Avec un prisme, Newton montre que la lumière blanche est composée de toutes les couleurs du spectre, et qu’un second prisme peut les recombiner en lumière blanche. Les couleurs ne sont donc pas créées par le prisme : elles sont déjà dans la lumière, et chacune est déviée différemment (voir réfraction et lumière).

Pour éviter les franges colorées des lunettes astronomiques à lentilles, il construit en 1668 un télescope à miroir, dit télescope de Newton, dont une copie lui vaut son entrée à la Royal Society. Ses travaux d’optique sont réunis en 1704 dans l'Opticks, où il décrit la lumière comme un flux de corpuscules.

Les Principia (1687)

À l’instigation de l’astronome Edmond Halley, qui finance l’impression, Newton publie les Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. L’ouvrage contient :

• les trois lois du mouvement : principe d’inertie, principe fondamental de la dynamique, principe d’action-réaction (voir lois de Newton) ;
• la loi de la gravitation universelle : deux corps s’attirent avec une force proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de leur distance (voir gravitation) ;
• la démonstration que cette loi explique les lois de Kepler sur les orbites des planètes, les marées, la trajectoire des comètes et l’aplatissement de la Terre aux pôles.

C’est la première fois qu’une même physique unifie le Ciel et la Terre, rompant avec la cosmologie d'Aristote. Newton prolonge ainsi les travaux de Galilée et de Kepler.

La querelle avec Leibniz

Le philosophe et mathématicien allemand Leibniz publie sa version du calcul infinitésimal en 1684, avant que Newton ne publie la sienne. Une violente querelle de priorité éclate. En 1712, la Royal Society, présidée par Newton, tranche en sa faveur dans un rapport qu’il a en partie rédigé lui-même. Les historiens considèrent aujourd’hui que les deux hommes ont inventé le calcul indépendamment. C’est la notation de Leibniz (dx, ∫) qui s’est imposée.

L’homme de la Monnaie

À partir de 1696, Newton dirige la Monnaie royale. Il mène la grande refonte des pièces anglaises et pourchasse les faux-monnayeurs avec acharnement. Il fixe aussi un taux de change de l’or qui place de fait l’Angleterre sur un étalon-or. Cette charge lucrative fait de lui un homme riche.

Une personnalité complexe

Newton était réputé secret, ombrageux et peu enclin à partager ses découvertes. Il consacra une grande partie de son temps à l'alchimie et à l’étude de la théologie et de la chronologie biblique, sujets sur lesquels il laissa des millions de mots de manuscrits. L’économiste John Maynard Keynes, qui en acheta une partie, écrivit qu’il fut moins le premier des savants modernes que « le dernier des magiciens ».

Son héritage

• L’unité de force du Système international porte son nom : le newton (N).
• La mécanique newtonienne reste exacte pour les vitesses faibles devant celle de la lumière et les champs de gravitation modérés : elle sert à calculer les ponts, les avions et les trajectoires des sondes spatiales.
• Le calcul infinitésimal est devenu l’outil mathématique de toute la physique.

Questions fréquentes

Qu’a découvert Isaac Newton ?

Les trois lois du mouvement, la loi de la gravitation universelle, la composition de la lumière blanche et, avec Leibniz, le calcul infinitésimal. Il a aussi inventé un télescope à miroir.

Newton a-t-il vraiment reçu une pomme sur la tête ?

Non. Il a raconté avoir vu tomber une pomme, ce qui l’aurait fait réfléchir à la gravitation, mais le détail de la pomme sur la tête est une invention postérieure.

Quand Newton est-il né ?

Le 25 décembre 1642 selon le calendrier julien alors en usage en Angleterre, soit le 4 janvier 1643 dans notre calendrier grégorien.

Qui a inventé le calcul différentiel, Newton ou Leibniz ?

Les deux, indépendamment : Newton dès 1665-1666 sans publier, Leibniz dans les années 1670, avec une première publication en 1684.