Isaac Newton - Définition et Explications

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Introduction

Isaac Newton
Portrait d’Isaac Newton par Godfrey Kneller (1689)
Portrait d’Isaac Newton par Godfrey Kneller (1689)
Naissance 4 janvier 1643
Woolsthorpe dans le Lincolnshire
Flag of England.svg Royaume d'Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni. Elle est de loin la plus peuplée, avec 50 763 000 habitants (en 2006), qui représentent 83,8% de la...)
Décès 31 mars 1727
Kensington
Union flag 1606 (Kings Colors).svg Royaume de Grande-Bretagne (La Grande-Bretagne (en anglais Great Britain) est une île bordant la côte nord-ouest de l'Europe continentale. Elle représente la majorité du territoire du Royaume-Uni. En son acception...)
Champ(s) Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés...), mathématiques physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) et philosophie de la nature
Institution(s) Université de Cambridge (L'université de Cambridge est une université britannique connue dans le monde entier.), Royal Society
Célèbre pour Mécanique newtonienne (La mécanique newtonienne est une branche de la physique. Depuis les travaux d'Albert Einstein, elle est souvent qualifiée de mécanique classique.), gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction réciproque des corps massifs entre eux, sous l'effet de leur masse. Il s'observe au quotidien en raison de l'attraction...), calcul infinitésimal (Le calcul infinitésimal (ou calcul différentiel et intégral) est une branche des mathématiques, développée à partir de l'algèbre et de la géométrie, qui implique deux idées majeures complémentaires:)
Signature

Isaac Newton signature.svg

Isaac Newton (4 janvier 1643 – 31 mars 1727 , ou 25 décembre 1642 – 20 mars 1727 ) est un philosophe, mathématicien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute personne faisant des mathématiques la base de son activité principale. Ce terme recouvre une...), physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du...), alchimiste et astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) anglais. Figure emblématique des sciences, il est surtout reconnu pour sa théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) de la gravitation universelle et la création, en concurrence avec Leibniz, du calcul infinitésimal.

En optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), il a développé une théorie de la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) basée sur l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) selon laquelle un prisme décompose la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) blanche en un spectre visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.). Il a aussi inventé le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité...) à réflexion composé d'un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent...) primaire concave appelé télescope de Newton (Le télescope de Newton, souvent appelé communément un « Newton », est un dispositif optique composé de 2 miroirs. C’est donc un dispositif à objectif « réflecteur » (qui réfléchit la...).

En mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de...), il a établi les trois lois universelles du mouvement qui sont en fait des principes à la base de la grande théorie de Newton concernant le mouvement des corps, théorie que l'on nomme aujourd'hui Mécanique newtonienne ou encore Mécanique classique.

En mathématiques, Newton partage avec Gottfried Wilhelm Leibniz (Gottfried Wilhelm Leibniz (prononcer [ˈlaɪpnɪts]; parfois von Leibniz; anciennement francisé en Leibnitz); (Leipzig, 1er juillet 1646 - Hanovre,...) la découverte du calcul infinitésimal. Il est aussi connu pour la généralisation (La généralisation est un procédé qui consiste à abstraire un ensemble de concepts ou d'objets en négligeant les détails de façon à ce qu'ils puissent être considérés de...) du théorème (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une assertion qui peut être établie comme vraie au travers...) du binôme ( en mathématique, binôme, une expression algébrique ; voir aussi binôme de Newton et coefficient binomial un binôme est un groupe de deux personnes, voir Équipe en binôme en...) et l'invention dite de la méthode de Newton permettant de trouver des approximations d'un zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation positionnelle.) (ou racine) d'une fonction d'une variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un...) réelle à valeurs réelles.

Newton a montré que le mouvement des objets sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) et des corps célestes sont gouvernés par les mêmes lois naturelles ; en se basant sur les lois de Kepler (En astronomie, les lois de Kepler décrivent les propriétés principales du mouvement des planètes autour du Soleil, sans les expliquer. Elles ont été découvertes par Johannes Kepler à partir des observations et mesures de la position des...) sur le mouvement des planètes, il développa la loi universelle de la gravitation.

Son ouvrage Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, écrit en 1686, est considéré comme une œuvre majeure dans l'histoire de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir...). C'est dans celui-ci qu'il décrit la gravitation universelle, formule les trois lois du mouvement et jette les bases de la mécanique classique. Il a aussi effectué des recherches dans les domaines de la théologie, la philosophie et l'alchimie (L'alchimie est une discipline qui recouvre un ensemble de pratiques et de spéculations en rapport avec la transmutation des métaux. L'un des...).

Biographie

Jeunesse

Woolsthorpe Manor, la maison (Une maison est un bâtiment de taille moyenne destiné à l'habitation d'une famille, voire de plusieurs, sans être considérée comme un immeuble collectif.) natale d’Isaac Newton.

L'Angleterre n'ayant alors pas encore adopté le calendrier grégorien (Le calendrier grégorien est le calendrier actuellement utilisé en Europe et dans une grande partie du reste du monde. Conçu par un collège de scientifiques sous la direction de Christophorus Clavius pour corriger la dérive...), la date de naissance d’Isaac Newton est enregistrée en date du 25 décembre 1642, au manoir (Un manoir (en latin : manerium) est la résidence ou la demeure (en latin manere : demeurer, rester) d'un noble, son logis seigneurial. Le bâtiment est parfois désigné aussi par...) de Woolsthorpe près de Grantham, dans le Lincolnshire (Angleterre), de parents paysans. Son père meurt trois mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) avant sa naissance et sa mère, Hannah Ayscough se remarie quand le petit Isaac (ISAAC est un algorithme capable de générer des nombres pseudo-aléatoires, tombé dans le domaine public en 1996. Son auteur, Bob Jenkins, l'a conçu de manière à ce qu'il soit assez sûr pour être utilisé en...) a trois ans. Il est alors placé chez sa grand-mère sous la tutelle de son oncle ; son enfance semble ne pas être très heureuse. À cinq ans, il fréquente l’école primaire de Skillington, puis à douze ans celle de Grantham.

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 (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) à l’université. À dix-sept ans, Newton tombe amoureux d’une camarade de classe, mademoiselle Storey. On l’autorise à la fréquenter et même à se fiancer avec elle, mais il doit terminer ses études avant de se marier. Finalement, le mariage ne se fit pas et Newton restera alors célibataire toute sa vie (La vie est le nom donné :).

Newton à Cambridge

L'étudiant et le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent d'importantes...)

À dix-huit ans, il entre alors au Trinity College de Cambridge (il y restera sept ans), où il se fait remarquer par son maître, Isaac Barrow. Il y étudie l’arithmétique, la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le...) dans les Éléments d'Euclide (Euclide, en grec ancien Εὐκλείδης Eukleidês (né vers -325, mort vers -265 à Alexandrie) est un mathématicien de la Grèce antique ayant probablement...) et la trigonométrie (La trigonométrie (du grec τρίγωνος / trígonos, « triangulaire », et...), mais s’intéresse personnellement à l’astronomie, à l’alchimie et à la théologie. Il devient à vingt-cinq ans bachelier des arts, mais est contraint à suspendre ses études pendant deux années suite à l’apparition de la peste (La peste (du latin pestis, maladie contagieuse) est une maladie à multiples facettes qui est mortelle pour l'Homme. Elle est causée par le...) qui s’est abattue sur la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de 200 m chacune, par opposition aux...) 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 montre 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’aurait eu lieu l’épisode (vraisemblablement légendaire) de la pomme (La pomme est le fruit du pommier, arbre fruitier largement cultivé. L'étude de la culture des pommes constitue une partie de la pomologie, la...) qui tomba de l’arbre sur sa tête, lui révélant les lois de la gravitation universelle. Voici un témoignage venu bien plus tard, en 1752, de son ami William Stukeley citant une rencontre d’avril 1726 avec Newton :

« Après souper, le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) clément nous incita à prendre le thé au jardin, à l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la surface sur...) de quelques pommiers. Entre autres sujets de conversation, il me dit qu'il se trouvait dans une situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de...) analogue lorsque lui était venue l'idée de la gravitation. Celle-ci avait été suggérée par la chute d'une pomme un jour que, d'une humeur contemplative, il était assis dans son jardin. »

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 (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de...) sur les fondements du calcul infinitésimal qu’il appelle « méthode des fluxions ». Newton a fondé ainsi l’analyse mathématique (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les transformations. Les mathématiques...) moderne.

En 1669 toujours, Newton succède à son maître qui s'était démis pour se consacrer exclusivement à la théologie et reprend sa chaire de mathématiques. Trois ans plus tard, à l’âge de 29 ans, il entre à la Royal Society de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les...), où il fera la rencontre de Robert Boyle, homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un...) très influent. Il réussit l’exploit de mettre au point (Graphie) un télescope à miroir sphérique dépourvu d’aberration chromatique. L’année d’après, il prit 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.

En 1675, dans son ouvrage Opticks 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. Il complète ses travaux en exposant (Exposant peut signifier:) 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 (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de poussière du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse...) éponyme) à propos des lois de Kepler sur les orbites elliptiques des planètes. Newton répond de manière convaincante et Halley le pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) à publier ses travaux.

En 1687, il publie donc son œuvre majeure : Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica. Cette œuvre marque le début de la mathématisation de la physique (La mathématisation de la physique s'opère par plusieurs approches distinctes :). Newton y expose le principe d’inertie, la proportionnalité (On dit que deux mesures sont proportionnelles quand on peut passer de l'une à l'autre en multipliant par une constante appelée coefficient de proportionnalité.) des forces et des accélérations, l’égalité de l’action et de la réaction, les lois du choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.), 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 (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) proportionnelle au produit de leur masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation...) et inversement proportionnelle au carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré est à la fois un rectangle et un...) de la distance qui les sépare. La simplicité et l'efficacité de cette théorie aura une très forte influence sur les autres sciences au XVIIIe siècle, particulièrement les sciences sociales comme nous le verrons. Toutefois, sur le moment, si le livre est bien accueilli en Grande-Bretagne, sur le continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens propre, ce terme désigne une vaste étendue...) la réaction est hostile.

En 1687, il défend les droits de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Cambridge contre le roi Jacques II. Cette action lui vaut d'être élu membre du parlement britannique en 1689 quand le roi, vaincu, doit s'exiler. Durant son mandat il est très actif dans les débats.

Une personnalité complexe

Newton était doté d’une personnalité tourmentée et complexe. Il répugne à communiquer ses travaux et les publie souvent plusieurs années après les avoir finalisés. Il s’oppose souvent avec Robert Hooke à propos de la lumière et de sa théorie sur la gravitation. Newton attendra que Hooke meure pour publier ses travaux sur l’optique. Hooke accusa 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.

En 1692-1693, il subit une grave période de dépression nerveuse, probablement due à la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général,...) 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 (La paranoïa est, au sens premier, une maladie mentale chronique du groupe des psychoses, caractérisée par un délire d'un type particulier, dit délire paranoïaque,...), et étant sujet à des hallucinations. Il mit trois ans à s’en remettre.

Newton à Londres

Isaac Newton (Godfrey Kneller, National Portrait Gallery Londres, 1702)

En 1696, il quitte Cambridge pour devenir d'abord gardien de la Royal Mint puis maître de la monnaie (Le Théâtre de la Monnaie (De Munt en néerlandais) est la salle d'opéra de Bruxelles situé sur la place de la Monnaie.) dès l’année suivante. Ce poste honorifique est obtenu grâce à l'appui de Charles Montagu un ancien de Cambridge alors Chancelier de l’Échiquier. Il s'impliqua beaucoup dans cette fonction.

Newton estimait que 20 % des pièces de monnaie mises en circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) pendant la Grande Réforme monétaire de 1696 étaient contrefaites. La contrefaçon était considérée comme un acte de trahison, passible de mort par écartèlement, à condition que les preuves soient irréfutables. Newton rassembla donc des faits et démontra ses théories de manière rigoureuse. 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 (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins...). 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 (Un hôtel est un établissement offrant un service d’hébergement payant, généralement pour de courtes périodes. Dans sa définition de l’hôtel, l’Agence Mondiale...) des Monnaies de fournir des outils aux contrefacteurs, accusation qui n'était pas nouvelle, et il proposa qu'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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ce temps, Chaloner profitait de l'occasion pour frapper lui-même de la fausse monnaie, ce que Newton arriva (Arriva est un groupe privé britannique spécialisé dans le transport public de voyageurs. Il exploite des services de bus et de trains, principalement en Grande-Bretagne, mais aussi dans plusieurs pays d'Europe.) au bout du compte à démontrer devant le tribunal (Le tribunal ou juridiction (de jus dicere : littéralement, « dire le droit ») est un lieu où est rendue la justice. C'est là que les personnes en conflit viennent chercher la justice et celles...) 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 garde cette place jusqu’à sa mort. Auparavant, en 1701, il lit lors d’une réunion le seul mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles...) qu’il a fait connaître et présente sa loi sur le refroidissement par conduction, ainsi que des observations sur les températures d’ébullition et de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de...). Il décide alors de quitter sa chaire lucasienne à l’université de Cambridge.

En 1705, il est anobli par la Royauté peut-être moins en raison de ses travaux scientifiques ou de son rôle à la Monnaie que de la proximité d'élections.. 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 (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le 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 (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) et inhumé dans la nef (La nef est la partie d'une église allant du portail à la croisée du transept et qui est comprise entre les deux murs latéraux. La nef comprend le vaisseau central et les...) de l'abbaye (Une abbaye (du latin abbatia) est un monastère ou un couvent catholique placé sous la direction d'un abbé (ou d'une abbesse; dérivé de l'araméen abba qui signifie...) de Westminster, aux côtés des rois d’Angleterre.

Newton est considéré comme l’un des plus grands génies et savants de l’histoire humaine.

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