Isaac Newton (1642-1727)

Physicien, mathématicien et astronome anglais né àWoolsthorpe, Lincolnshire, le 25 décembre 1642 et mort àLondres le 23 mars 1727.

À sa naissance, on le trouve si chétif qu'on pense qu'il nesurvivra pas et ces parents décident de le baptiser trèsrapidement.Il est le seul fils de Hannah Ayscough et d'Isaac Newton,homme illettré et sans instruction, mort 3 mois avant sanaissance.

En 1645, sa mère se remarie avec un pasteur d'âge avancé,

Barnabas Smith, et le confie à sa grand-mère jusqu'à sa 11e

année où il vit dans un grand domaine isolé Woolsthorpe. Il en veut énormément à sa mère etson beau-père, c'est un être qu'on qualifierait aujourd'hui de névrosé.

En 1657, il entre au collège de Grantham et se passionne pour les sciences mais ses relationsavec les autres élèves sont difficiles. On lui reconnaît une prédilection pour les constructionsmécaniques et une grande habileté manuelle. Il préfère la compagnie des filles, et aura la seuleaventure amoureuse qu'on lui connaisse.

À 17 ans, il est rappelé par sa mère de nouveau veuve avec 3 enfants. Il se désintéressecomplètement des travaux fermiers et en 1661, entre au Trinity College de Cambridge ou ilest distingué par son maître, le mathématicien I. Barrow...Ces moyens modestes l'obligent à servir les titulaires jusqu'en 1664. C'est un bourreau detravail ; un ancien élève dira : "En 5 ans, la seule fois que je l'entendis rire, fut lorsqu'on luidemandait ce qu'il allait faire de l'ouvrage d'Euclide qu'il venait de se procurer." Il médite surAristote, Galilée, Gassendi, et enfin Descartes.

Il apprend la rhétorique scolastique et la logique aristotélicienne, reçoit les leçons de Barrow,s'imprègne des idées de l'école des néoplatoniciens de Cambridge, à laquelle appartenaitégalement Barrow et dont Henry More était le chef de file.

En 1664, il dresse 45 têtes de chapitre pour organiser ses lectures et son travail.

En 1665, Newton est bachelier ès arts. La peste sévissant à Londres, il retourne chez lui, àWoolsthorpe et durant son séjour de 18 mois, il se livre à la réflexion et à la recherche, posantles jalons de son œuvre scientifique.La tradition situe à cette époque la fameuse histoire de la pomme, qui lui aurait donné l'idéede la loi d'attraction. Néanmoins, il ne fait pas connaître ses résultats, car il n'éprouve aucunbesoin de publier et sa réflexion sur la gravitation est encore loin de son aboutissement.

En octobre 1667, Newton est élu membre du Trinity College, et obtient le master of artsl'année suivante.

En 1669, il est nommé « professeur lucasien » et succède à la chaire de mathématiques deBarrow. Il remplira avec zèle ses fonctions de professeur pendant 26 ans.

Sa théorie des couleurs et ses travaux d'optique s'achèvent en 1670.

Newton construit en 1671, un télescope avec comme objectif un miroir sphérique, dénuéd'aberrations chromatiques. La réalisation de ce télescope (télescope de Newton) lui ouvre lesportes de la Royal Society le 11 janvier 1672.

En février de cette même année, il expose sa théorie de la lumière : la lumière blanche est lemélange de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.C'est le début de sa longue querelle avec R. Hooke. Lorsqu'on contredit sa théorie, il devientcolérique et même paranoïaque. En 1677, il met la dernière main à son ouvrage lorsque le feudétruit sa chambre, il sombre alors dans un état dépressif profond et ses proches craignentpour sa santé mentale.

En 1675, il publie un nouveau travail sur la lumière, où figure sa théorie corpusculaire. Pourexpliquer les irisations des lames minces et l'expérience d'interférences dite « des anneaux deNewton », il attribue toutefois aux particules lumineuses certaines propriétés ondulatoires.Ces travaux ainsi que ses observations sur la diffraction de la lumière ne seront publiés qu'en1704, après la mort de Hooke.Il développe aussi des vues moins scientifiques sur la nature des couleurs, présentée commeune théorie mixte : la lumière est composée de corpuscules de grosseur variable selon lacouleur et qui ébranlent l'éther, y créant des ondes.

En tant que professeur de Théologie à Cambridge, il doit devenir prêtre, mais sa penséearianiste le lui interdit. Il obtient une dispense royale en 1675, ce qui lui permettra deconserver sa chaire sans entrer dans les ordres.

À partir de 1677, il abandonne l'optique pour se consacrer à la nouvelle "philosophie" c'est-à-dire la chimie et l'alchimie. Jeova Sanctus Unus (anagramme de Isaacus Neuutonus) devientun des membres les plus importants de la société clandestine des alchimistes anglais. Ilcherche à comprendre les étapes chimiques qui transforment les corps et la matière. Il effectuede nombreuses expériences et ses expérimentations iront jusqu'à avaler toutes sortes deproduits, notamment du mercure.

D'août 1684 et pendant 2 ans, Newton va entièrement consacrer sa vie à la rédaction de "Demotu corporum in gyrum" qui deviendra son œuvre majeure les "Principia".

L'astronome E. Halley le consulter à Cambridge au sujet des lois de Kepler et des orbiteselliptiques des planètes. Les réponses de Newton sont à ce point convaincantes que Halley lepresse, en 1685, de publier ses découvertes sur la gravitation.

La Royal Society va demander en 1686 à Halley (bien que désargenté) de les publier.

C'est en 1687 que paraît l'ouvrage "Principia" ou les Principes mathématiques de philosophienaturelle. Newton y applique les mathématiques à l'étude des phénomènes naturels, parmilesquels le mouvement occupe le premier rang. La force, dont l'origine et la nature nousdemeurent inconnues, est uniquement définie par ses manifestations. Il y expose sa théorie del'attraction universelle et la loi d'où se déduisent les trois lois de Kepler. Newton donneégalement les lois du choc, étudie le mouvement des fluides. Grâce aux mesures del'astronome J. Picard, il calcule la précession des équinoxes et l'aplatissement terrestre, énoncela théorie des marées, établit l'orbite des comètes, etc.Hooke crie au plagiat.

En 1693, il est en pleine dépression, la rumeur prétend même qu'il est mort. Il s'en remet maisc'est la fin de sa période créatrice. Il devient fonctionnaire de la couronne, travail honorifiquebien rémunéré et loge à la tour de Londres.

En 1699, il fabrique un sextant dont Hooke réclame la paternité.Il devient un des huit premiers associé étranger de l'Académie des Sciences de Paris.Lord Halifax, chancelier, le nomme, directeur de la Monnaie. Newton abandonne sa chaire deCambridge pour s'acquitter de cette nouvelle charge.

Il est élu président de la Royal Society en 1703 et le restera jusqu'à sa mort.Malgré sa position, Newton ne laissera jamais transparaître ses convictions. Lorsque son amiWhiston affichant ses idées arianistes perd sa chaire et sa carrière, il ne fera rien pour l'aider.

En 1703, Hooke meurt. Newton publie la somme de ses recherches sur la lumière dans"Optiks", qui forme avec les "Principia" l'autre pilier de son œuvre.

Il devient tyrannique et autocratique, et possède maintenant les moyens d'écraser les critiques.L'astronome Flamsteed (ennemi de Halley) travaille avec Newton sur les comètes depuis1680. Newton a besoin des données de Flamsteed pour élaborer sa théorie lunaire, mais lacollaboration tourne très mal.En 1712, Newton publie "Historia caelestis", l'œuvre de Flamsteed, et ce, sans son autorisationet comble d'ironie, la fait corriger par Halley.

Leibniz, comme Hooke et Flamsteed, subit les rancœurs de Newton qui l'accuse de plagiatquant à l'invention du calcul infinitésimal ou différentiel. La querelle ne s'arrêtera pas en 1716à la mort de Leibniz et durera 6 ans encore grâce à Bernoulli.Il est intransigeant et impitoyable dans cette dispute, n'hésite pas à rédiger lui-même, tout enle prétendant œuvre impartiale de la Royal Society, le "Commercium epistolicum", et à modifierquelques passages des "Principia" sur la deuxième édition pour renforcer sa revendication depriorité.

Il est anobli par la Reine en 1705 avec le titre de baronnet et devient Sir Isaac Newton.

En 1724, il fait partie des 48 actionnaires de la Compagnie des Indes Orientales.

Il passe les dernières années de sa vie à asseoir son mythe pour les générations futures, étalantsa modestie, son goût pour la tranquillité et posant pour les artistes les plus célèbres. Il dictesa biographie à J. Conduitt et W. Stukeley.

Ces forces déclinent, incontinent, il est atteint de la goutte mais pas sénile.Il meurt le 23 mars 1727 à 85 ans, dans son lit après avoir refusé les derniers sacrements del'Église.Il est inhumé en grande pompe à l'abbaye de Westminster, aux côtés des rois d'Angleterre.

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Lagrange écrira à propos de Newton : « On ne découvre qu'une fois le système du monde ».

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Newton a donné son nom à l'unité mécanique de force (N). Le kilogramme-force qui est laforce appliquée à une masse de 1 kilogramme sous l'effet de la pesanteur terrestre, vaut9,81 N.

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Les mathématiquesIl découvre le développement en série du binôme. L'étude desséries infinies et la construction de figures par le mouvement depoints ou de lignes le conduisent à formuler la règle dedifférentiation d'une fonction d'une variable sujette à unaccroissement infinitésimal, inventant ainsi le calcul des fluxions,qui est la version newtonienne du calcul différentiel. L'optiqueTravaillant à la recherche des dioptres parfaits, il se rend comptede la persistance d'une aberration chromatique importante, mêmelorsque l'aberration sphérique est diminuée. Lors de sesobservations sur la lumière du Soleil, il conclut au caractère

composite de la lumière blanche, et à l'inégale réfrangibilité des rayons de couleursdifférentes. Il conçoit ensuite l'idée du télescope à miroir pour éviter la dispersionchromatique.Il étude les phénomènes d'interférence et les phénomènes des anneaux irisés (appelésaujourd'hui « anneaux de Newton ») produits par le passage de la lumière à travers une mincecouche d'air située entre deux lamelles de verre.Newton propose une analogie entre les sept notes de la gamme musicale et les couleursprimaires (il en recense sept, ajoutant l'orange et l'indigo). Il hésite, quant à la nature de lalumière, entre une conception purement corpusculaire et une théorie vibratoire de l'éther, qu'ilabandonnera.

La gravitation universelle et les « Principia »Rapprochant la troisième loi de Kepler et la loi de la force centrifuge,il formule la loi de l'inverse carré des distances pour la forcecentripète qui agit sur les planètes ; mais la valeur du rayon terrestrealors disponible (Jean Picard - 1671) ne lui permet pas de démontrerla validité de sa théorie par l'accord entre la chute libre d'un objet surTerre et le mouvement de la Lune.Les "Principia" donnent la présentation achevée de sa théorie dumouvement des corps et de son système du monde.

Le livre Ier contient la théorie d'une dynamique généralemathématisée, avec la définition des notions fondamentales de force, mais aussi d'espace et detemps, absolus et relatifs, et l'énoncé des trois lois fondamentales ou « axiomes » dumouvement, c'est-à-dire la loi d'inertie, la proportionnalité du changement de la quantité demouvement à la force, et l'égalité de l'action et de la réaction.Le livre II étudie le mouvement des corps solides et liquides dans les milieux résistants, poseles jalons de l'hydrodynamique, donne une théorie de la propagation des ondes et propose une

manière de déterminer la vitesse du son dans un milieu élastique en fonction de la densité etde la pression.

Le livre III, « Sur le système du monde », est une application directe du livre Ier : lemouvement des planètes et de leurs satellites, celui des comètes, le phénomène des marées ontune seule et même explication, qui est aussi celle de la pesanteur : la force centripète degravitation universelle. Newton unifie ainsi la mécanique céleste de Kepler et la mécaniqueterrestre de Galilée en une mécanique rationnelle. Il fallait en effet tenir compte de lavariation de l'accélération avec la distance au centre de la Terre et avec la latitude ainsi que dumouvement relatif de la planète et du Soleil. Il effectue une première approche du problèmede l'attraction de trois corps dans le cas Soleil-Terre-Lune, pour ce qui concerne la précessionde la Terre (précession des équinoxes, due à l'inclinaison de l'axe de la Terre), la forme de laTerre (sphéroïde renflé à l'équateur, aplati aux pôles), la théorie des marées, les inégalités dumouvement de la Lune.

Les sciences et la philosophieCependant, la doctrine de Newton se présente comme une méthodologie positive dont lesattendus ont été longtemps considérés comme universels pour la science « Aux mêmes effets,on doit, autant que possible, assigner les mêmes causes. »Newton prône la méthode de l'analyse et de la synthèse, étant entendu que la première doitprécéder, en science, la secondeSur la force d'attraction universelle qui agit instantanément à distance, il soutient quel'important était qu'elle fournît le moyen de faire des prédictions mathématiques, mais il ne seprononce pas sur la nature du mécanisme par lequel cette force agit.La "philosophie naturelle" comporte la question du Dieu créateur, dont Newton voyait lapreuve dans l'organisation du système du monde.

Théologie et alchimieCroyant, Newton s'intéresse à la théologie (il est arianiste opposé à la doctrine trinitaire) et àl'histoire biblique. Il rédige un ouvrage sur Les Prophéties de Daniel et l'Apocalypse de SaintJean, publié en 1733, après sa mort.À ses yeux, les prophètes écrivaient dans un langage mystique précis qu'il faudrait déchiffrerpour comprendre leurs textes conformément à leur pensée, au lieu d'y projeter ses fantaisiescomme le font communément les interprètes.Ses manuscrits alchimiques, dont certains ont trait à des expériences faites par lui-même, sont

restés secrets jusqu'au XXe siècle. Ses spéculations dans cet ordre ont probablement un lienavec ses pensées sur la fermentation, en chimie, et sur l'éther, en optique.

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Newton et ses ennemisLes psychanalystes sont formels : Robert Hooke le mécaniste, John Flamsteed l'astronome etWilhem Leibniz le mathématicien payeront tous pour le crime de Barnabas Smith, ce pasteurde 67 ans, qui non content d'épouser la mère de Newton alors que celui-ci n'a que 3 ans aégalement chassé l'enfant du giron familial. Crise originelle d'un enfant solitaire, torturé,malheureux...Après avoir lu "Micrographia", paru en 1665, Newton a déjà pris en aversion Robert Hookequ'il ne connaît pas encore. Hooke est chargé au sein de la Royal Society de présenter auxréunions hebdomadaires quelques expériences dont les membres pourront discuter. C'est untravail où il se montre très efficace.

Fils d'un homme d'Église, Hooke naît en 1635 sur l'île de Wight. Garçon maladif, il vivrapourtant, malgré ses migraines, jusqu'à 70 ans. C'est un pur mécaniste pour qui la nature doitêtre considérée comme une vaste machine. Enfant, il fait montre comme Newton, d'unegrande ingéniosité manuelle. Comme Newton, il découvre seul les mathématiques. Diplôméd'Oxford en 1663, il fréquente le groupe fondateur de la Royal Society et devient l'assistant deRobert Boyle. C'est Hooke qui construit la pompe grâce à laquelle Boyle peut établir sesfameuses lois. Et c'est grâce à Boyle qu'il entre dans la société savante.Par quatre fois, Hooke va s'élever contre Newton : pour la théorie des couleurs, déclarant queNewton s'est inspiré de son "Micrographia" auquel, qui plus est, il n'aurait rien compris ; pourune question de réfraction-diffraction mis en valeur par Newton ; pour un nouveau type desextant ; enfin, pour sa théorie de la gravitation. Cette théorie, lui-même l'a courtisée, sansjamais la posséder. Car si Hooke est une sorte de génie boulimique (il dévore les 6 premierslivres d'Euclide en une semaine) et un touche-à-tout brillant, il n'entre en revanche jamaisdans la profondeur des sujets. De fait c'est un habitué des revendications de paternité. En1658, il a l'idée de construire une "montre"... Mais le projet n'aboutit pas. Quand 15 ans plustard, Huygens construit une montre dont les aiguilles sont mues par un ressort en spirale,Hooke crie au voleur. Rien ne prouve qu'il ait eu l'idée du ressort en spirale. Élu à laprésidence de la Royal Society, il n'y restera pas longtemps. Quand les "Principia" paraissent,plus personne (hormis Newton) n'écoute ses appels aux armes. Reclus, cynique, il meurtvaincu en 1703.

Durant sa longue maladie contractée en 1660 à 14 ans, John Flamsteed, va étudierl'astronomie. Ayant soumis anonymement à la Royal Society une série d'observation du ciel,il fait son entrée dans le cercle des savants. À 29 ans, le roi l'installe à Greenwich au toutnouvel observatoire royal. Son salaire y est modeste et Flamsteed doit utiliser ses propresfinances pour équiper et poursuivre l'objectif qu'il s'est fixé : reprendre la carte du ciel deTycho Brahé et la compléter.Il entre en correspondance avec Newton en 1680 à l'occasion du passage dans le ciel de deuxcomètes. Newton qui travaille alors sur une théorie lunaire a besoin des observations deFlamsteed et Flamsteed des lumières de Newton. Mais Newton est l'ami de Halley etFlamsteed déteste Halley, son éternel rival qui le remplacera à la tête de l'observatoire royal.Parce qu'il estime que Flamsteed tarde à publier les résultats de ses observations, Newton luiforce la main et charge Halley de superviser la publication. L'astronome se voit ainsi "voler"une œuvre sur laquelle il a passé 35 ans de sa vie. "Historia caelestis", est publié, mais en 1714,Flamsteed brûle les trois quarts des ouvrages. Il meurt en 1719. Ses assistants finiront sontravail et publieront en 1725, son "Historia caelestis Britannica", sa version, faisant passer lacarte du ciel connu de 1000 à 3000 étoiles.

Gottfried Wilhelm Leibniz naît à Leipzig en 1646. Fils d'un professeur de l'université, il faitl'admiration de ses enseignants. À 25 ans, il a déjà une correspondance fournie avec lesmembres de l'Académie des Sciences et de la Royal Society. Mais s'il a hérité d'uneintelligence exceptionnelle, il est sans fortune et va passer sa vie à monnayer ses services dansles cours européennes. Il servira les princes de Hanovre, le tsar et les Habsbourg. Il est autantversé en politique et en sciences physiques qu'en mathématiques. Dans les années 1670, il esten correspondance avec John Collins qui lui fait part des travaux non publiés de Newton, son"protégé". À l'époque, tous les mathématiciens d'Europe s'intéressent au traitement desnombres infinitésimaux, Leibniz également, mais il a 10 ans de retard sur Newton. Malgré ceretard, il sera le premier à publier en 1684, son calcul différentiel. Newton, lui, a laissé moisirau fond d'un placard sa théorie des fluxions. L'anglais ne se pardonne pas cette erreur etaccuse son rival de plagiat. Il présente une correspondance de1673 avec Leibniz, pour montrerson antériorité.

Si Newton, usant d'influence, semble obtenir gain de cause, le temps a donné raison à Leibnizdont on utilise encore le calcul différentiel. La théorie des fluxions est tombée aux oubliettes.Atteint de la goutte, Leibniz meurt le 14 novembre 1716.

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Références :Encyclopaedia Universalis 1997,Encyclopédie Larousse Bordas, 1998Les cahiers de Science et Vie n°13 - 1993, Les pères fondateurs de la science : NewtonAstronomie pratique n°52 - 2000WWW....

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Cette page est extraite d'un site concernant les unités de mesure dont l'adresse est :http://www.utc.fr/~tthomass/Themes/Unites/index.html