Découvreur de la gravitation universelle, Newton est le modèle du génie scientifique : il a si bien su expliquer comment est organisé notre univers que certains ont pu croire que, grâce à lui, la recherche en physique avait atteint son but.
"Annus mirabilis"
Isaac Newton est né en 1642, l'année de la mort de Galilée, dans le village de Woolthorpe.
Après avoir étudié au Trinity College de Cambridge, il y devient professeur en 1669, succédant à son maître et ami Isaac Barrow.
En 1665, la peste ravage l'Angleterre et l'université ferme ses portes. Isaac Newton se retire alors dans sa maison natale pendant une année.
Newton lit beaucoup les mathématiciens grecs, comme les ouvrages de Copernic, Galilée, Descartes, Kepler et Huygens.
Les recherches sur la lumière
Le premier domaine scientifique que Newton explore concerne la lumière et ses propriétés.
Alliant l'expérimentation, la géométrie et l'imagination, Newton bâtit, vers 1665, une théorie complète de la lumière.
Insatisfait des anciennes doctrines qui préconisaient que les couleurs résultaient de l'affaiblissement progressif de la lumière du soleil, Isaac Newton conçoit sa théorie : la lumière est formée de particules qui se déplacent à une vitesse vertigineuse et le rayon de lumière "blanche" est la réunion de rayonnements de couleurs distinctes, que l'on retrouve dans l'arc-en-ciel.
Un découvreur modeste
Newton prouve que l'on peut décomposer les couleurs du rayon lumineux et le reproduire, à volonté, grâce à des prismes de verre judicieusement disposés.
Bien qu'il soit sûr de sa découverte, Newton la rendra publique seulement 5 ans plus tard, en l'exposant dans une longue lettre à la Société royale.
L'invention du télescope
Newton est persuadé que sa théorie des couleurs interdit tout perfectionnement de la lunette astronomique inventée par Galilée, car les lentilles utilisées dévient obligatoirement les rayons lumineux.
En 1669, il réussit à mettre au point un autre système pour observer le ciel : le télescope.
Cette réussite lui assure une célébrité dans les milieux savants de toute l'Europe.
L'attraction universelle
La pomme, fruit symbolique depuis Adam et Eve, tomba, un beau jour de l'automne 1665, sous les yeux du grand Newton qui, peut-être, regardait la Lune. Cette Lune, il se demandait depuis longtemps ce qu'elle faisait dans le ciel.
Pourquoi la Lune ne tombe-t-elle pas, elle aussi, sur Terre ? L'explication est à la fois simple et géniale : parce qu'elle tourne autour de la Terre. L'accélération centrifuge résultant de son mouvement autour de la Terre compense la force qui l'attire vers elle. Ainsi la Terre attire la Lune, comme tous les autres objets. Newton pense que l'on peut généraliser cette idée : la Terre est attirée par le Soleil et tourne autour de lui, et il en va de même des autres planètes.
L'équation mathématique de l'attraction universelle
Cette attraction universelle a déjà été pressentie par quelques savants mais Newton va aller beaucoup plus loin.
Newton suggère que la force de l'attraction entre deux corps dépend de leur masse et aussi de leur distance. Si leur masse est doublée, la force aussi on dit que la force est proportionnelle à la masse. Si leur distance est doublée, la force est divisée par 4 : on dit que la force est inversement proportionnelle au carré de la distance.
Cette extraordinaire découverte faite en 1665, Newton la gardera secrète pendant 20 ans !
Les Principia
En 1684, l'astronome Edmund Halley vient rendre visite à Newton et lui pose une redoutable question : "Quelle serait la trajectoire d'une planète autour du Soleil si la force d'attraction était inversement proportionnelle au carré de la distance ?" Evidemment Newton connaît la réponse : la planète décrirait une ellipse. Frappé d'admiration, Halley convainc sir Isaac Newton de rédiger et de publier ses secrets.
Printemps 1886
Depuis des semaines, Isaac Newton est enfermé dans sa chambre, à l'étage. C'est à peine s'il sort prendre ses repas avec ses collègues de la prestigieuse université de Cambridge en Angleterre. Depuis la venue de Halley, il écrit. Ce qu'il rédige va bouleverser les idées des hommes sur l'Univers : il s'agit de l'un des plus formidables ouvrages scientifiques jamais conçus. Il l'intitule Philosophiae naturalis Principia mathematica, les Principes mathématiques de la philosophie naturelle.
Le génie reconnu
En avril 1686, la Société royale de Londres reçoit le manuscrit des Principia qui est bientôt publié à 300 exemplaires.
Pour y décrire et mettre en équations l'horlogerie du monde, Newton a recours à des mathématiques de très haut niveau dont il invente d'ailleurs bien des notions, depuis 20 ans qu'il élabore sa "mécanique céleste".
Tout est exposé dans les Principia. Les lois de Kepler sont confirmées, la forme précise des orbites planétaires, la vitesse des parcours et les distances au Soleil peuvent désormais être calculées, le phénomène des marées est expliqué... Les Principia sont toutefois bien difficiles à lire et seuls une dizaine de savants sont capables de les comprendre dans le détail.
En France, Mme du Châtelet prend une part éminente à le répandre sur le continent en traduisant l'ouvrage en français. Amie de Voltaire, elle a étudié les mathématiques avec le géomètre Clairault.
Un grand mathématicien
Les découvertes de Newton ont eu un retentissement considérable parce qu'il a su les traduire mathématiquement. La théorie des couleurs, l'attraction universelle, les trajectoires des planètes sont devenues d'immenses découvertes scientifiques car Newton en a défini les équations et les figures géométriques.
Les mathématiques de l'époque ne suffisaient pas pour exprimer ses idées et Isaac Newton dut inventer de nouveaux outils mathématiques.
La bataille du calculus
Le plus remarquable est le calcul infinitésimal, que les Anglais, depuis, nomment Calculus. A la même époque, un autre savant, l'Allemand Leibniz, mit au point une méthode équivalent de calcul infinitésimal, aussi efficace que celle de Newton.
La polémique sur qui était le découvreur du calcul infinitésimal affecta profondément Newton et Leibniz, et instaura une durable opposition entre les mathématiciens du continent et ceux d'Angleterre.
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