Isaac Newton

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Portrait d'Isaac Newton par Godfrey Kneller (1689) Isaac Newton est un philosophe, mathématicien, physicien et astronome anglais né le 4 janvier 1643 du calendrier grégorienLes dates du 25 décembre 1642 et 20 mars 1726 que l'on trouve, notamment sur son tombeau à Westminster Abbey, pour la naissance et le décès d'Isaac Newton font référence au calendrier julien, mais correspondent bien au 4 janvier 1643 et au 31 mars 1727 du calendrier grégorien ; lequel ne fut adopt
Isaac Newton

Portrait d'Isaac Newton par Godfrey Kneller (1689) Isaac Newton est un philosophe, mathématicien, physicien et astronome anglais né le 4 janvier 1643 du calendrier grégorienLes dates du 25 décembre 1642 et 20 mars 1726 que l'on trouve, notamment sur son tombeau à Westminster Abbey, pour la naissance et le décès d'Isaac Newton font référence au calendrier julien, mais correspondent bien au 4 janvier 1643 et au 31 mars 1727 du calendrier grégorien ; lequel ne fut adopté en Grande-Bretagne qu'en 1752, avec pour conséquence le changement du début d'année, passant du 25 mars, au 1 janvier. (voir Michel Toulmonde, Les dates de Newton dans L'Astronomie, Février 2007). au manoir de Woolsthorpe près de Grantham et mort le 31 mars 1727 à Kensington. Figure emblématique des sciences, il est surtout reconnu pour sa théorie de la gravitation et la création, en concurrence avec Leibniz, du calcul infinitésimal.

Biographie

Isaac Newton est né le 4 janvier 1643 à Woolsthorpe, dans le Lincolnshire (Angleterre), de parents paysans. Son père meurt trois mois avant sa naissance, et sa mère se remarie... Le petit Isaac, qui a alors 2 ans, est donc placé chez sa grand-mère sous la tutelle de son oncle, son enfance semble ne pas être très heureuse. À 5 ans, il fréquente l’école primaire de Skillington, puis celle de Stokes. À 12 ans, il part pour l’école secondaire de Grantham où il est un élève médiocre, il y reste quatre années jusqu’à ce que sa mère le rappelle à Woolsthorpe pour qu’il devienne fermier et qu’il apprenne à administrer son domaine. Pourtant, sa mère, s’apercevant que son fils était plus doué pour la mécanique que pour le bétail, l’autorisa à retourner à l’école pour peut-être pouvoir entrer un jour à l’université. À 17 ans, Newton tombe amoureux d’une camarade de classe, mademoiselle Storey. On l’autorise à la fréquenter et même à la fiancer, mais il doit terminer ses études avant de se marier. Finalement, le mariage tombe à l’eau quelques années après. Newton restera alors célibataire toute sa vie, et Voltaire écrira même qu’il n’aura connu aucune femme de sa vie. À l’université, il se fait repérer par Stokes, qui l’aide à entrer au Trinity College de Cambridge. À 18 ans, il entre alors au College (il y restera 7 ans), où il se fait remarquer par son maître, Isaac Barrow. Il y étudie l’arithmétique, la géométrie dans les « éléments » d’Euclide et la trigonométrie, mais s’intéresse personnellement à l’astronomie, à l’alchimie et à la théologie. Il devient à 25 ans bachelier des arts, mais est contraint à stopper ses études pendant deux années suite à l’apparition de la peste qui s’est abattue sur la ville en 1665, il retourne dans sa région natale. C’est à cette période que Newton progresse fortement en mathématiques, physique et surtout en optique (il comprend que la lumière n’est pas blanche mais qu’elle est constituée d’un spectre coloré), toutes les grandes découvertes qu’il explicitera dans les années suivantes découlent de ces deux années. C’est également à cette époque qu’eut lieu l’épisode (très certainement légendaire) de la pomme qui tomba de l’arbre sur sa tête, lui révélant les lois de la gravitation universelle. Newton accélère dans ses recherches, il entame en 1666 l’étude des fonctions dérivables et de leurs dérivées à partir du tracé des tangentes sur la base des travaux de Fermat. Il classifie les cubiques et en donne des tracés corrects avec asymptotes, inflexions et points de rebroussement. En 1669, il rédige un compte-rendu sur les fondements du calcul infinitésimal qu’il appelle « méthode des fluxions ». Newton a alors fondé l’analyse moderne. En 1669 toujours, Newton succède à son maître et reprend sa chaire de mathématiques, en fait Barrow est tellement impressionné par le talent de son élève qu’il démissionne à son profit. Trois ans plus tard, à l’âge de 29 ans, il entre à la Royal Society de Londres, après avoir réussi l’exploit de mettre au point un télescope à miroir sphérique dépourvu d’aberration chromatique. L’année d’après, pris la décision de communiquer grandement sur ses travaux sur la lumière, ce qui le rendit célèbre d’un seul coup. Cette célébrité fit de ses découvertes l’objet de nombreuses controverses et querelles dont il avait horreur. Il expose ses travaux sur la lumière et prouve qu’elle est constituée d’un spectre de plusieurs couleurs, à l’aide de son prisme. En 1675, il complète ses travaux en exposant sa théorie corpusculaire. Après avoir terminé ses travaux en optique, il est contacté en 1684 par l’astronome britannique Edmund Halley (le découvreur de la célèbre comète éponyme) à propos des lois de Kepler sur les orbites elliptiques des planètes. Newton répond de manière convaincante et Halley le pousse à publier ses travaux. En 1687, il publie donc son œuvre majeure : Philosophiae naturalis principia mathematica. Cette œuvre marque le début de la mathématisation de la physique. Newton y expose le principe d’inertie, la proportionnalité des forces et des accélérations, l’égalité de l’action et de la réaction, les lois du choc, il y étudie le mouvement des fluides, les marées, etc... Mais il expose aussi et surtout sa théorie de l’attraction universelle ! Les corps s’attirent avec une force proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Newton répugne à communiquer ses travaux et les publie souvent plusieurs années après les avoir finalisés. Il s’accroche également souvent avec Robert Hooke à propos de la lumière et de sa théorie sur la gravitation. Newton attendra même que Hooke meure pour publier ses travaux sur l’optique. Hooke accusa même Newton de l’avoir plagié sur la théorie des inverses carrés, car ce dernier avait commencé ses travaux en parallèle de Hooke et sans rien dire à personne, ce qui rendit Hooke furieux. Newton prétendit alors n’avoir pas eu connaissance des recherches de Hooke et n’avoir pas lu ses travaux sur la gravitation. On sait aujourd’hui que Newton a menti, non pas par culpabilité, mais par son horreur du personnage... Newton était doté d’une personnalité tourmentée et complexe. En 1692-1693, il subit une grave période de dépression nerveuse, probablement due à la mort de sa mère, la destruction de son laboratoire d’alchimie, ou à l’excès de travail... Il subit de grands troubles émotifs et vit alors dans un état de prostration, vivant dans un état de paranoïa, et étant sujet à des hallucinations. Il mit alors trois ans à s’en remettre. En 1696, il est nommé gardien de la monnaie de l’Angleterre et maître dès l’année suivante. Newton estimait que 20% des pièces de monnaie mises en circulation pendant la Grande Réforme monétaire de 1696 étaient contrefaites. La contrefaçon était considérée comme un acte de trahison, passible de mort par écartèlement. Aussi horrible que fût ce châtiment, les tribunaux n'obéissaient ni à l'arbitraire ni au caprice. Les droits des hommes libres jouissaient d'une longue tradition en Angleterre et le ministère public devait apporter ses preuves devant le jury. On avait aussi le droit de plaider coupable. Faire condamner les criminels les plus évidents pouvait se révéler un casse-tête insoluble. Newton fut égal à ce qu'on attendait de lui. Il rassembla des faits et prouva ses théories en se montrant aussi brillant que lorsqu'il démontrait scientifiquement ses lois. Entre juin 1698 et Noël 1699, il conduisit environ 200 contre-interrogatoires de témoins, d'informateurs et de suspects et il obtint les aveux dont il avait besoin. Il n'avait pas le droit de recourir à la torture, mais on s'interroge sur les moyens employés puisque Newton lui-même ordonna par la suite la destruction de tous les rapports d'interrogation. Quoi qu'il en soit il réussit et emporta la conviction du jury : en février 1699, dix prisonniers attendaient leur exécution. Newton obtint son plus grand succès comme attorney royal contre William Chaloner. Celui-là était un escroc particulièrement retors qui s'était suffisamment enrichi pour se poser en riche bourgeois. Dans une pétition au Parlement, Chaloner accusa l'Hôtel des Monnaies de fournir des outils aux contrefacteurs, accusation qui n'était pas nouvelle, et il proposa que l'on lui permît d'inspecter les procédés de l'Hôtel des Monnaies pour les améliorer. Dans une pétition, il présenta au Parlement ses plans pour une invention qui empêcherait toute contrefaçon. Pendant tout ce temps, Chaloner profitait de l'occasion pour frapper lui-même de la fausse monnaie, ce que Newton arriva au bout du compte à démontrer devant le tribunal compétent. Le 23 mars 1699, Chaloner fut pendu et écartelé. En 1699, il est nommé membre du conseil de la Royal Society et y est élu président en 1703, il gardera cette place jusqu’à sa mort. Auparavant, en 1701, il lut lors d’une réunion le seul mémoire de chimie qu’il a fait connaître et présenta sa loi sur le refroidissement par conduction, ainsi que des observations sur les températures d’ébullition et de fusion. Il décide alors de quitter sa chaire lucasienne à l’université de Cambridge. En 1705, il est anobli par la Royauté. En 1717, il analyse les pièces de monnaie et en tire une relation or-argent, cette relation est officialisée par une loi de la reine Anne. Isaac Newton tombe malade en 1724. Trois ans plus tard, il se remet à peine d’une crise de goutte qu’il se rend à Londres pour présider une réunion de la Royal Society. Ce voyage le fatigue terriblement... De retour à Kensington, il doit rester alité et meurt le 31 mars 1727, à l'âge de 84 ans. Son corps fut alors porté en grande pompe et inhumé à Westminster, aux côtés des rois d’Angleterre. Newton est considéré comme l’un des plus grands génies et savants de l’histoire humaine. On peut le comparer, par l’envergure de ses travaux et découvertes, à deux autres grands noms de la science : Archimède et Albert Einstein.

Théories scientifiques

Son ouvrage majeur, Principes mathématiques de la philosophie naturelle, fut publié en 1687 (traduit en français par la marquise du Châtelet en 1756). Les méthodes de calcul qu'il y utilise en font un précurseur du calcul vectoriel. Dans le domaine de l'optique, il améliore en 1671 le télescope à réflexion de Gregory, et il publie en 1704 son traité Opticks démontrant que la lumière blanche est formée de plusieurs couleurs. Bien que cet aspect de sa vie soit moins connu, Newton se passionna également pour l'alchimie et la théologie. : « L'espace est de durée éternelle et de nature immuable, et ce parce qu'il est l'effet émanant d'un être éternel et immuable. Si jamais l'espace n'avait pas existé, Dieu, à ce moment-là, n'aurait été présent nulle part… Si nous disons avec Descartes que l'étendue est le corps, ne frayons-nous pas manifestement la voie à l'athéisme ? tant parce qu'alors l'étendue n'est pas une créature mais est de toute éternité, que parce que nous en avons une idée absolue sans rapport à Dieu, et qu'ainsi nous pouvons concevoir que l'étendue existe, tout en imaginant que Dieu n'existe pas ? » (De Gravitatione). Il est aussi réputé avoir passé une quinzaine d'années à calculer, à partir des écrits bibliques, la date de la fin du monde, laquelle est désormais dépassée. En mécanique, la plupart de ses principes, déjà mis à mal par le développement de la thermodynamique au , ont été balayés par la relativité d'Einstein et la dualité onde-corpuscule. Cependant le génie de sa mécanique relationnelle était de simplifier beaucoup, ce qui contribua au développement des recherches dans le domaine de la mécanique simple, où la masse s'identifie à la matière et où l'on suppose une continuité parfaite.

Lois de Newton

Statue d'Isaac Newton à Trinity College, Cambridge. Isaac Newton est avant tout le père de la mécanique moderne grâce aux trois lois qui portent son nom et dont on donne ci-après les énoncés tels qu'ils sont enseignés de nos jours :

Principe d'inertie

Dans un référentiel galiléen, le centre d'inertie d'un corps (ou « objet ») persiste dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme tant que la somme des forces extérieures qui s'appliquent sur lui est nulle. Notons que cette loi a précédemment été découverte par Ibn al-Haytham dit Alhazen (Bassorah 965 - Le Caire 1039) sept siècle auparavant.

Principe fondamental de la dynamique

L'application d'une force \vec F sur un objet, modifie la vitesse de ce dernier. L'accélération résultante \vec a a la même direction et le même sens que la force appliquée, est proportionnelle à celle-ci et inversement proportionnelle à la masse m de l'objet. Ce qui peut être résumé dans la relation \vec F= m \, \vec a. Pour un nombre p de forces s'appliquant sur l'objet, la formule se généralise à \sum_^p \vec F_k= m \, \vec a

Principe des actions réciproques

Si un corps A applique une force \vec F_ sur le corps B, alors, le corps B applique sur le corps A une force \vec F_ de même direction (celle de la droite (AB) ) de même intensité et de sens opposé à \vec F_. La relation entre ces 2 forces est donc \vec F_ = - \vec F_ . On appelle parfois cette dernière loi la loi d'action-réaction mais ce vocabulaire est susceptible de prêter à confusion. Voir principe des actions réciproques.

Newton alchimiste

La communauté scientifique a généralement passé sous silence que les modèles astronomiques entrepris par Newton cherchaient à s’inscrire dans la tradition alchimique « Il lui faut donc trouver la clé permettant de traduire les textes énigmatiques des expérimentateurs hermétistes en termes de processus naturels susceptibles de vérifications en laboratoire. Il retient les opinions de 19 ‘autorités’ : Morenius, Hermès, Thomas d’Aquin, Roger Bacon Confiant en ce que l’alchimie des anciens recèle la vérité qu’il recherche, il établit une liste de prépositions construites à partir de citations empruntées au Theatrum Chymicum Il rédige un second essai sur le même thème, il y affirme : ‘Toutes choses sont corruptibles, toutes choses peuvent être engendrées, seule la nature travaille sur des substances humides, et avec une chaleur douce …’ (Dibner collection, Smithsosian inst. Lib., Washington MS 16, f.25) » J.P. Auffray, Newton ou le triomphe de l’alchimie, éd. le pommier, 2000, p97 & 98. Pour cela, il se basera sur une abondante bibliographie, dont les ouvrages suivantsibid, p66 à 113 :
- Aristote, de la génération et de la corruption
- Théatrum Chymicum, dont Zosime, Jâbir ibn Hâyyn, Geber
- Philalethe, l’entrée ouverte au palais du roi
- Michel maier, Artifex Chymicus
- Valentin, le char triomphal de l’antimoine
- Sendivogius, dit le Cosmopolite, la nouvelle lumière chymique
- D’Espagnet, Arnacum hermeticum Il établit une synthèse qui, appliquée à l’astronomie, lui fait tirer les conclusion suivantes : « La meilleure eau est attirée par le pouvoir de notre Soufre qui gît caché dans l’antimoine. Car l’antimoine était dénommé Ariès par les anciens. Parce que Ariès est le premier signe du zodiaque dans lequel le soleil commence à être exalté et que l’or est surtout exalté dans l’antimoine L’air engendre le Chalybs ou aimant, et cela fait apparaître l’air. Ainsi le père de celui-ci est le soleil (l’or) et sa mère la lune (l’argent). C’est ce que porte le vent dans son ventre » I. Newton, collectiones ex novo lumine chymico quae ad praxin spectant et collectionum explicationes, Keynes MS 55, ff. v-12r, cité par Auffray, ibid, p88 & 89. Plus tard, il pense avoir découvert le mercure philosophique et donne la modalité précise de l’opération Dans Keynes MS 18, f 2r, détails cités par Auffray, ibid p112 & 113 Le monde universitaire, hostile à ses premières tentatives de publication, l’oblige à s’enfermer dans un profond mutisme "Bientôt la querelle s’envenime et gagne le continent. Échaudé par sa sortie publique prématurée, Newton réapprend à se taire" Ibid, p104. Il va s’introduire alors dans un réseau souterrain « qui permet aux adeptes de Cambridge de mieux communiquer entre eux » ibid, p92, apprend l’art de l’anagramme et se pourvoit du pseudonyme de ‘Ieoua Sanctus Unus’ qui signifie en français : "Jéhovah Unique Saint" , mais qui est aussi une anagramme de‘Isaac Neuutonus’. Il finira par atteindre son but. Il fonde « l’hypothèse 3 » : « Tout corps peut être transformé en n’importe quel autre corps, et prendre successivement tous les degrés de qualités » "Cet énoncé, entièrement fondé sur l’alchimie, établit la justification dont il a besoin pour s’engager sur la voie royale de la gravitation universelle Newton a volontairement rendu le texte des principia obscur, tout au moins celui du livre III. Il en donne lui-même la raison : ‘j’abhorre les discussions, pour éviter d’être harcelé par de petits mathématiciens, j’ai rendu les principia délibérément abstrus’ " ibid, p192 & 195, avec une note sur l’hypothèse 3 : « Newton a retiré l’hypothèse 3 des éditions suivantes des principia », ibid p197

À noter

Isaac Newton a donné son nom :
- en physique :
- à l'unité de force du système international (SI), le newton, symbole N, défini comme la force qui communique une accélération de 1 m/s² à un corps dont la masse est égale à 1 kg.
- à expérience du tube de Newton, destinée à montrer que des objets de masses volumiques différentes ont la même vitesse de chute dans le vide.
- en mathématiques :
-au binôme de Newton, formule donnant le développement en série de (a + b)^n pour n entier positif, quoique son apport original concerne plutôt le développement en série de (1+x)^\alpha où l'exposant est un réel positif quelconque (série binomiale).
-à la méthode de Newton-Raphson en analyse numérique, utilisée pour calculer la valeur approchée d'une solution d'une équation.
-à la méthode de Newton-Cotes en analyse numérique, qui étend de manière générale la méthode des trapèzes et la méthode de Simpson pour le calcul des intégrales.
-au polygone de Newton, utilisé pour trouver les termes de développements de fonctions algébriques, quoique la méthode soit essentiellement due à Puiseux.
-à la formule d'interpolation de Newton, semblable à la formule d'interpolation de Lagrange mais écrite avec des différences divisées.
-au noyau newtonien, qui est à la base de la théorie mathématique unifiant la gravitation newtonienne et l'électrostatique de Coulomb.
-à la théorie du potentiel newtonien, nom donné par Gauss à la théorie évoquée ci-dessus, et qu'on appelle aussi théorie classique du potentiel.
- en optique, aux anneaux de Newton, dus au phénomène d'interférence.
- en astronomie, aux astéroïdes (662) Newtonia et (8000) Isaac Newton.
- en astronomie, au télescope de type Newton.
-Newton donnera aussi son nom au concept de "newtonianisme", principe d'une règle unique gérant tous les phénomènes, qui admet des forces immanentes à la matière, contre le cartésianisme qui expliquait tout par le mécanisme, (les tourbillons pour les mouvements des corps célestes.) Les théories de Newton ne manquèrent pas d'être le sujet de controverses et de polémiques scientifiques durant le . À partir de 1734, les partisans du système de Newton furent nommés les newtoniens, par opposition aux cartésiens.

Anecdotes

- Newton était un grand alchimiste. Mais les documents le montrant ont été dissimulés par sa famille, craignant que cela nuise à sa renommée future. Newton ou le triomphe de l'alchimie par Jean-Paul Auffray, Le Pommier éditeur, avril 2000
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- Newton est connu pour avoir établi la loi de la gravitation universelle, mais il faut préciser que des doutes subsistent sur ce fait. En effet, Newton travailla longtemps avec Robert Hooke, et l'aurait « écarté » de façon à s'approprier cette découverte. Cette découverte a nui à l'activité scientifique de Hooke.

Newton dans la littérature et les arts

- Isaac Newton est un des héros de la Rubrique-à-brac, bande dessinée de Gotlib. Il y apparaît dans un gag récurrent dans lequel la légende selon laquelle il découvrit la théorie de la gravitation universelle frappé d'une pomme lui tombant sur la tête est parodiée de diverses façons.
- Isaac Newton apparait dans l'anime Vision d'Escaflowne. C'est un personnage qui va apporter à ce monde extraterrestre fictif plus de modernitéce monde fictif est un monde médiéval, et cela dans plusieurs domaines. Cela dit, ces apports y ont généralement une application militaire et utilisent des technologies souvent dépourvues de liens avec les travaux de ce savant (exemples : constructions de mechas (sorte de robots géants), usage de la transgenèse (pour améliorer de taux de chance des guerriers)cet aspect de cette histoire repose sur la théorie selon laquelle la chance fait partie des informations contenues dans l'ADN, etc...)

Œuvres

- Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Londres, 1687, 2 éd. 1713, 3 éd. 1726
- Newton (Isaac), Isaac Newton's Philosophiae naturalis principia mathematica / assembled and ed. by Alexandre Koyré and Isaac Bernard Cohen, with the assistance of Anne Whitman.
- Volume 1, Text. Cambridge : Harvard University Press, 1972. xl-547p. ISBN 0-674-66475-2.
- Volume 2, Introduction to Newton's Principia. Cambridge : Harvard University Press, 1971 ; rééd. 1978. ISBN 0-674-46193-2.
- Newton (Isaac), De la gravitation, Gallimard, Paris, 1995, 261p, ISBN 2-07-072560-X
- Newton (Isaac), Écrits sur la religion, Gallimard, Paris, 1996, 263p, ISBN 2-07-073814-0
- Newton (Isaac), Optique, Christian Bourgois éditeur, Paris, 1989

Études sur la personne et l'œuvre

- James Gleick, Isaac Newton : un destin fabuleux ; traduit de l'américain par Christian Jeanmougin, préface de Trinh Xuan Thuan. Paris : Dunod, coll. « Quai des sciences », 2005. XX-294 p., 24 cm. ISBN 2-10-048739-6. Titre original : Isaac Newton.
- Westfall (Richard S.), Newton. 1642-1727 ; trad. Anne-Marie Lescourret. Paris, Flammarion, 1994. (Figures de la science). ISBN 2-08-211199-7.
- Koyré (Alexandre), Études newtoniennes. Paris, Gallimard, 1991. (Bibliothèque des idées). 353p. ISBN 2-07-027142-0.

Voir aussi

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