Hubert Reeves

 

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Isaac Newton, 1642 - 1727.

Isaac Newton

Sir Isaac Newton est l'un des plus importants scientifiques de ces derniers siècles. Ses travaux sur la gravitation, avec la découverte de l'attraction universelle, auront donné une impulsion sans précédant dans notre compréhension du monde. Ces travaux sur l'optique et la diffraction du spectre lumineux auront également été une avancée majeure, ainsi que dans le domaine de l'observation astronomique avec l'invention du premier télescope réflecteur, qui porte aujourd'hui son nom ... Au même titre que Copernic, Galilée, ou Einstein, Newton est l'un des pères fondateurs de la science moderne.

Sommaire

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Enfance et scolarité

Isaac Newton est né le 25 Décembre 1642 (année de la mort de Galilée) 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.
A 5 ans, il fréquente l’école primaire de Skillington, puis à Stokes.
A 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.

A 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.

sir Isaac Newton

Entrée au Collège de Cambridge

A l’université, il se fait repérer par Stokes, qui l’aide à entrer au Trinity Collège de Cambridge. 18 ans, il entre alors au Collège (il y restera quarante années), 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.

lapis philosophicus

C’est également à cette époque qu’eu lieu l’épisode (probablement légendaire d'ailleurs) 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.

pomme Newton

D'importantes découvertes en optique

Invention d'un moiroir achromatique

En 1669 toujours, Newton reprend 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.

Découverte de la diffraction de la lumière

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.

spectre de la lumière

télescope de Newton

Après avoir terminé ses travaux en optique, il est contacté en 1684 par l’astronome britannique Edmond 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.

Newton et Halley

Newton introduit les mathématiques en physique

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.

Théorie de l'attraction universelle

La légende veut qu'un jour, où Newton médite dans un jardin, il aperçoit une pomme tomber d'un arbre. Il sait que c'est l'attraction de la masse de la Terre qui l'attire vers le sol, mais une question lui vient à l'esprit : Jusqu'où cette force d'attraction est-elle influente ? Il pense à la Lune ... Cet astre qui tourne autour de nous sur une orbite quasi circulaire, pourquoi ne s'échappe-t-il pas dans l'espace ? Newton se demande alors si ce n'est pas la même force d'attraction qui fait tomber les pommes et qui retient la Lune, et si cette force ne s'applique qu'à la Terre ou bien aux autres planètes orbitant autour du Soleil : Ce qui ferait de cette force une force universelle ... Il entame donc un travail de recherche sur cette question.

Cette théorie de la gravitation, Newton la travaille à partir de l'oeuvre de son prédécesseur Johannes Kepler. Il s'appuie sur ses précieuses 3 lois de mécanique céleste, et notamment la troisième qui dit que le rapport du cube du demi-grand axe de l'orbite au carré de la période a même valeur pour toutes les planètes. Kepler avait d'ailleurs déjà eu une intuition en citant que c'était comme si du Soleil émanait une force ...

Newton va beaucoup plus loin en exposant que chaque corps possédant une masse attire l'autre, indépendamment de la valeur de la masse. Le plus massif attire le moins massif, mais c'est également vrai dans l'autre sens. La direction de la force prend la ligne imaginaire reliant les centres des deux corps. Cette théorie explique les mouvements des astres, des planètes de notre système solaire. Newton est également le premier à imaginer qu'une force de gravitation trop puissante serait capable de retenir la lumière : C'est la première fois dans l'histoire qu'on évoque le concept de "trou noir" (ou plus précisément de "l'horizon des évènements"), même si on est loin d'imagienr qu'un tel monstre gravitationnel puisse réellement exister. De plus, Newton croit en la nature corpusculaire de la lumière, et pense donc qu'elle a une masse (Il n'a aucune notion de courbure de l 'espace-temps).

Des conflits que Newton déteste

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 …

oeuvres de Newton

Une personnalité introvertie et fragile

Newton était doté d’une personnalité tourmentée et complexe. En 1692-93, 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.
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 lu lors d’une réunion le seul mémoire de chimie qu’il ai 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.
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 resté alité et meure le 20 Mars 1727, dans sa 85ème année. Son corps fut alors porté en grande pompe et inhumé à Westminster, aux côtés des rois d’Angleterre.

timbres Newton

Newton est devenu 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 nom de la science : Archimède et Albert Einstein. L’étendue de ses travaux et son éclectisme sont tels qu’ils auraient suffi à faire la réputation d’une bonne douzaine de savants.

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