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Isaac Newton (1642-1727) était un mathématicien et physicien anglais largement considéré comme la figure la plus importante de la révolution scientifique pour ses trois lois du mouvement et sa loi universelle de la gravité. Les lois de Newton sont devenues une base fondamentale de la physique, et il a révolutionné le domaine de l'optique en découvrant que la lumière blanche est composée d'un arc-en-ciel de couleurs.
Jeunesse
Isaac Newton vit le jour le 25 décembre 1642. Sa famille de Woolsthorpe, dans le Lincolnshire, appartenait à la Yeomanry (classe des propriétaires terriens), mais il était clair qu'Isaac était destiné à une carrière autre que celle d'agriculteur. Le père d'Isaac mourut quelques mois avant sa naissance, et son beau-père, un pasteur, décéda lorsqu'il avait 14 ans. Sa mère était Hannah Ayscough, et son second mari insista pour qu'Isaac soit séparé de sa mère pendant un certain nombre d'années. Certains historiens ont vu dans cette période de négligence la cause du caractère notoirement difficile de Newton et de son hypersensibilité aux critiques plus tard dans sa vie.
Le jeune Isaac s'intéressait vraiment à tout ce qui touchait à la mécanique, et il fabriqua lui-même plusieurs maquettes animées, mais il n'était pas particulièrement bon à l'école. Il était espiègle et un jour, il envoya dans le ciel nocturne une série de lanternes éclairées à la bougie, ce qui fit croire aux villageois qu'une pluie de comètes était sur le point de s'abattre sur eux. Un oncle d'Isaac insista pour qu'il aille étudier le droit à Trinity College, à Cambridge, en juin 1661. Mais ce n'était pas dans le droit, mais dans les mathématiques que le jeune homme excellait.
Isaac enrichit son éducation formelle en prenant des leçons particulières avec le mathématicien et théologien Isaac Barrow (1630-1677). Barrow recommanderait plus tard Newton pour sa propre chaire, bientôt vacante, à Trinity College. Newton obtint son diplôme en avril 1665, mais tout espoir de lancer rapidement sa carrière fut anéanti par une épidémie de peste noire. Isaac fut contraint de retourner à la maison familiale de Woolthorpe pendant un an ou plus.
Approche de Newton en matière de connaissance
Isaac ne perdit pas son temps pendant son année de réclusion forcée et se lança dans une série de recherches scientifiques, à tel point qu'il décrivit l'année de 1665 à 1666 comme son "année de rèflexion" (Burns, 217). Newton découvrit "la formule du binôme, le calcul différentiel et intégral, la réfraction de la lumière et commença à élaborer la théorie de la gravitation universelle"(ibid). Tout un programme! Newton était déterminé à utiliser toutes sortes de méthodologies et de modes de pensée, de l'alchimie à la philosophie mécanique, afin de découvrir des vérités scientifiques pouvant être exprimées mathématiquement. À cette fin, il rassembla inlassablement des perles de connaissances anciennes et contemporaines, d'expérimentations et même de traditions dans quelques volumes reliés en cuir confidentiels, préservant ainsi ses découvertes en vue d'une exploitation ultérieure lorsque ses théories scientifiques deviendraient plus claires. Comme Newton le déclara lui-même si bien dans une lettre privée, "Si j'ai vu plus loin, c'est en me tenant sur les épaules de géants" (Wootton, 341).
Newton était également un chrétien protestant (bien que peu orthodoxe en privé) et ne voyait aucun conflit entre ses efforts pour expliquer pourquoi les choses se produisent comme elles le font dans le monde physique et l'histoire de la Bible. En effet, les imperfections du monde physique que ses théories démontraient nécessitaient toutes, selon Newton, un Créateur pour les ajuster de temps à autre. Certains chrétiens y virent une négation de la perfection du Créateur, d'autres une justification de l'existence d'un Créateur. Pour Newton, l'espace était "un effet éminent de Dieu" et "il semble être allé jusqu'à identifier plus tard l'espace avec l'immensité de Dieu, de sorte que la déclaration biblique selon laquelle 'en lui nous avons la vie, le mouvement, et l'être' (Actes 17:28) était prise tout à fait au pied de la lettre" (Henry, 89).
Tout comme de nombreux penseurs de l'époque, Newton était convaincu que de grandes connaissances avaient été acquises puis perdues au fil des siècles et qu'il était donc essentiel de mener des recherches approfondies sur les efforts intellectuels passés afin de retrouver cette sagesse perdue (connue sous le nom de prisca sapientia). Cette croyance en un savoir perdu ou secret - une excentricité particulière pour un scientifique - peut également expliquer pourquoi Newton était notoirement réticent à publier ses propres découvertes. Il semblait apprécier le secret, tout comme le faisaient les grands alchimistes du Moyen-Âge. Heureusement pour le progrès de l'humanité, Newton finit par rendre ses recherches révolutionnaires publiques.
Le spectre lumineux de Newton
Newton ne trouva pas la très estimée Royal Society très réceptive à ses nouvelles idées, en particulier en matière d'optique, et il se fraya un chemin au sein de cette institution en concevant un télescope à réflexion en 1668. Ce type de télescope utilisait un miroir incurvé fait d'un alliage d'étain et de cuivre qui améliorait la clarté de l'image vue en réduisant l'aberration chromatique, c'est-à-dire lorsque toutes les couleurs ne convergent pas en un seul point (un problème des lentilles en verre à l'époque). Le télescope de Newton avait un grossissement de 40 fois et était dix fois plus court qu'un télescope réfracteur standard de même puissance. La Royal Society fut conquise et Newton y fut élu en 1672; il y présenta alors ses recherches sur l'optique qui avaient en fait rendu possible son super-télescope.
Entre 1666 et 1668, Newton effectua des expériences d'optique au cours desquelles il captura un étroit faisceau de lumière à travers une ouverture, faisceau qui était ensuite projeté sur le mur d'une pièce sombre. La lumière était projetée à travers un prisme. D'autres avaient déjà fait ce genre d'expérience, mais Newton avait placé son prisme près du trou et loin du mur sur lequel était projeté un bloc de couleurs de l'arc-en-ciel: rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Mais ce qui est encore plus important - dans ce qu'il appela son experimentum crucis - Newton fit ensuite traverser un second prisme par les différents faisceaux de couleur provenant de cette lumière blanche divisée, et ceux-ci sortaient de ce second prisme de la même couleur qu'ils y étaient entrés, c'est-à-dire qu'ils ne pouvaient pas être à nouveau divisés.. Newton put ainsi développer une nouvelle théorie de la lumière, selon laquelle la lumière blanche est composée d'un spectre de différentes couleurs, chacune ayant un angle de réfraction différent, tout comme un arc-en-ciel que l'on peut voir dans le ciel après une averse. Dans l'arc-en-ciel, les gouttes d'eau fonctionnent comme un prisme, c'est-à-dire que la lumière blanche est réfractée. Newton découvrit également que dans le minuscule espace entre une lentille et une feuille de verre, on peut observer des anneaux concentriques colorés, aujourd'hui appelés "anneaux de Newton".
L'idée de Newton sur la lumière hétérogène, publiée dans Philosophical Transactions en 1672, allait directement à l'encontre de la théorie standard de l'époque, qui était l'inverse de celle de Newton. Parmi les défenseurs de la théorie standard, on pouvait trouver Robert Hooke (1635-1703), qui rejeta la théorie de Newton et l'accusa même plus tard de plagiat (sans fondement). Newton, qui était "d'un tempérament quelque peu paranoïaque" (Burns, 73) et "socialement dysfonctionnel" (Jardine, 36), quitta rapidement la Royal Society et n'accepta même pas d'en être président tant que Hooke n'aurait pas quitté cette terre. En 1704, Newton publia enfin ses travaux sur la lumière en détail dans son Optique. Il fallut un certain temps pour que la théorie de Newton soit largement acceptée, mais elle est aujourd'hui la pierre angulaire de la science de l'optique.
Loi de Newton sur la gravitation
L'astronome allemand Johannes Kepler avait créé le système d'astronomie planétaire le plus précis jusqu'alors, système dans lequel les corps célestes se déplacent sur des orbites elliptiques autour du Soleil et non sur le modèle traditionnel des cercles parfaits proposé par les penseurs, de Claude Ptolemée (de 100 à 170 environ) à Nicolas Copernic (de 1473 à 1543). La découverte que les planètes augmentent leur vitesse à mesure qu'elles se rapprochent du Soleil fut essentielle pour Newton, il put s'y appuyer pour ses propres travaux. La loi de la gravitation de Newton serait la source des observations minutieuses de Kepler sur les mouvements elliptiques des planètes. Encouragé par son ami Edmund Halley (1656-1742), à la fois par des paroles et par un soutien financier, Newton finit par présenter sa théorie de la gravitation dans les Principes mathématiques de la philosophie naturelle (Philosophiæ naturalis principia mathematica), publiés en 1687.
Les effets de la gravité sont connus depuis l'Antiquité. Les penseurs de l'Antiquité avaient élaboré des théories expliquant pourquoi les objets tombaient au sol, la plus courante étant que la Terre était le centre même de l'univers et qu'une force mystérieuse attirait donc tous les objets vers le point central. De même, des penseurs comme Galilée (1564-1642) s'étaient demandés quelle force était responsable du fait que le Soleil semblait attirer les planètes en orbite plus rapidement vers son centre au fur et à mesure qu'elles s'en rapprochaient. Le magnétisme avait souvent été proposé comme réponse, mais de nombreux penseurs étaient restés sceptiques.
Une pomme n'est peut-être pas tombée d'une branche et n'a peut-être pas touché Newton à la tête, mais il semble que son observation de la chute d'un fruit l'ait amené à s'interroger sur la force en jeu et sur la manière de la mesurer. Newton avait également remarqué de nombreuses autres "attractions" et "répulsions" entre beaucoup d'autres objets et substances, et il commença donc à formuler une théorie capable de mesurer de tels phénomènes et de réunir (ou du moins de réconcilier) deux courants anciens mais souvent opposés de la pensée humaine: la mécanique et les mathématiques.
Dans ses Principia, Newton présenta sa théorie de la gravitation universelle, mais il présenta d'abord un système de lois mathématiques, connues sous le nom de "lois du mouvement de Newton", résumées ici par W. E. Burns:
Il existe une force d'attraction entre les corps qui varie en fonction de l'inverse du carré de la distance qui les sépare - et les trois lois du mouvement de Newton - 1. un corps au repos ou en mouvement sur une trajectoire droite tend à rester dans cet état, 2. un changement de mouvement d'un corps varie en fonction de la force exercée, et 3. chaque action a une réaction égale et opposée.
(218)
Newton présente ensuite sa théorie de la gravitation:
Il existe entre deux corps quelconques de l'univers une force directement proportionnelle au produit des masses des deux corps et inversement proportionnelle au carré de leur distance.
(Burns, 245)
La théorie de la gravitation de Newton était universelle car elle s'appliquait à tout, de la rotation des planètes au mouvement des comètes, en passant par les marées de la mer et la pomme apocryphe qui tombe de l'arbre. La loi de la gravitation (que Newton n'appelle en fait "loi" que dans son ouvrage Optique) s'applique aussi bien aux affaires terrestres qu'aux cieux. Newton pouvait désormais prédire avec précision les effets de la gravitation. Il s'agissait d'une nouvelle science. Bien sûr, tout le monde n'a pas immédiatement adopté les théories de Newton. Les philosophes mécanistes et les cartésiens de René Descartes (1596-1650), par exemple, ne pouvaient accepter qu'un corps physique puisse affecter un autre corps sans que quelque chose, un troisième élément, ne touche les deux. En d'autres termes, la gravité était plutôt mystérieuse, puisque personne, pas même Newton, ne savait d'où elle venait, pourquoi elle existait et qui ou quoi assurait sa persistance. La contemplation de ce fait et la déduction que ces forces agissent sans aucune considération pour l'humanité conduisirent d'une certaine manière à un désenchantement face à un monde nouveau et impitoyable, du moins pour ceux qui ne croyaient pas qu'un dieu quelconque était à l'origine de tout cela.
Reconnaissance: Le plus grand scientifique
Les travaux de Newton sur la gravitation finirent par être bien accueillis, en particulier en Angleterre, et il fut nommé membre du Trinity College en 1687. Deux ans plus tard, Newton devint professeur de mathématiques au Lucasian College. Un cercle de disciples internationaux dévoués se forma autour de Newton, dont le mathématicien suisse Nicolas Fatio de Duillier (1664-1753) qui devint très proche de lui. À partir de 1688, Newton ambitionna de se lancer dans une carrière politique. Le scientifique avait espéré s'installer à Londres, mais il souffrit d'une dépression nerveuse en 1693, peut-être à cause de la fin de sa relation avec Fatio de Duillier, mais certainement aggravée par son insomnie chronique et peut-être même une conséquence de l'empoisonnement au mercure, un ingrédient clé de ses expériences d'alchimie. Rétabli en 1696, Newton fut nommé directeur de l'hôtel des monnaies de la Tour de Londres, ce qui lui conféra à la fois du prestige et un beau salaire. Newton, adoptant une approche pratique qui n'était pas requise pour ce qui était, en fait, un poste honorifique, impressionna tellement ses employeurs qu'il fut nommé maître de la monnaie en 1699. Il s'acquitta de cette tâche avec un dévouement remarquable pendant les 28 années qui suivirent, au grand dam des innombrables faux-monnayeurs qu'il identifiait (et qui étaient alors invariablement pendus).
C'est également en 1699 que Newton fut nommé membre de l'Académie royale des sciences de France, premier étranger à y entrer. En 1703, il fut élu président de la Royal Society, et il profita de sa position pour orienter les efforts de la société vers l'expérimentation pratique (au lieu de se contenter de lire les articles académiques des autres) tout au long de son mandat qui se termina en 1727. Moins admirable fut sa querelle continue avec le mathématicien allemand Gottfried Wilhelm Leibniz qui freina considérablement les mathématiques en Grande-Bretagne. Newton accusait Leibniz d'avoir plagié ses travaux sur le calcul (un outil mathématique permettant de calculer les courbes et leurs surfaces). En réalité, les deux hommes avaient développé le calcul indépendamment l'un de l'autre et, bien que la plupart des historiens considèrent que Newton y était parvenu le premier, la version de Leibniz était supérieure. Newton fut fait chevalier par Anne, reine de Grande-Bretagne (r. de 1702 à 1714) en 1705, probablement plus pour ses services à la Monnaie royale que pour son immense contribution à la science, mais ce fut néanmoins un moment mémorable pour tous les scientifiques d'hier et d'aujourd'hui, car il fut le premier à être ainsi honoré.
Mort et héritage
Newton était célèbre de son vivant pour ses découvertes, comme nous l'avons vu avec ses diverses nominations dans des institutions prestigieuses, dans son pays et à l'étranger. Curieusement, pour un homme tant associé à la science, Newton passa ses dernières années à étudier les prophéties bibliques, un domaine qu'il estimait tout aussi valable que l'expérimentation scientifique. Sir Isaac Newton mourut d'une insuffisance rénale le 20 mars 1727, à l'âge de 84 ans. Il ne s'était jamais marié et n'avait pas eu d'enfants. Newton eut droit à des funérailles nationales et fut enterré dans l'abbaye de Westminster. Alexander Pope rédigea une épitaphe mémorable:
La nature et les lois de la nature sont cachées par la nuit :
DIEU dit : " Que Newton soit ! Et tout fut lumière.
(Wootton, 361)
Newton, dans l'une de ces fréquentes affirmations qui laissent perplexe quant à l'authenticité de sa modestie, évoqua sa carrière et ses découvertes dans les termes suivants:
Je ne sais pas ce que je peux paraître au monde, mais en ce qui me concerne, il me semble que je n'ai été qu'un garçon jouant au bord de la mer et se divertissant en trouvant de temps en temps un galet plus lisse ou un coquillage plus joli que l'ordinaire, alors que le grand océan de la vérité s'étendait devant moi sans que je le découvre. (Gleick, 4)
Après Newton, la science connaîtrait de nombreuses autres avancées, mais rien d'aussi révolutionnaire que son travail jusqu'au développement, au XXe siècle, de la relativité et de la physique quantique.
Un mouvement concret, connu sous le nom de newtonianisme, se développa pour défendre l'idée que la connaissance scientifique devait être présentée comme une série de lois mathématiques permettant de prédire les tendances du mouvement en relation avec des forces d'accélération hypothétiques. En outre, les recherches de Newton étant très complexes et inaccessibles au plus grand nombre, un grand nombre d'écrivains sont apparus pour simplifier les travaux de Newton afin qu'ils puissent être compris par les personnes ayant un niveau d'éducation raisonnable. Le newtonianisme se répandit progressivement en Europe pour devenir l'approche dominante dans les universités et parmi les intellectuels. L'approche newtonienne de la connaissance, diffusée à de nouveaux esprits par des penseurs tels que Voltaire (1694-1778) dans ses Éléments de la philosophie de Newton (1738), joua un rôle important dans le mouvement des Lumières, où l'amélioration de la condition humaine devint l'objectif ultime de la philosophie et de la science, bien que Newton ait séparé ces deux disciplines à jamais. Même le grand génie moderne Albert Einstein (1879-1955), avec sa nouvelle théorie de la relativité, ne put renverser le newtonianisme, mais seulement l'étendre à des horizons nouveaux audacieux. Comme le dit si bien Einstein à propos de Newton: "Il se tient devant nous, fort, certain et seul" (Gleick, 9).
