Isaac Newton, la même loi pour la pomme et pour la Lune

Un enfant laissé derrière

Isaac Newton naît le 25 décembre 1642 (selon le calendrier alors utilisé en Angleterre) à Woolsthorpe, un petit village du Lincolnshire, moins d'un an après la mort de Galilée. Son père, un fermier, est mort environ trois mois avant sa naissance. Quand Isaac a trois ans, sa mère se remarie et part vivre chez son nouveau mari : l'enfant reste chez ses grands-parents.

À 17 ans, sa mère le rappelle pour diriger la ferme familiale. C'est un échec : il s'y intéresse peu. Un oncle, passé par l'université de Cambridge, et le directeur de son école convainquent la mère de le laisser étudier. En 1661, il entre au Trinity College de Cambridge, plus âgé que la plupart de ses camarades.

Apprendre seul, plus vite que les maîtres

Le programme de Cambridge est encore centré sur Aristote. Newton va chercher ailleurs : il lit les philosophes et les mathématiciens les plus récents de son temps, comme le Français René Descartes, et il apprend seul les mathématiques en prenant des notes dans leurs livres.

En 1665, une épidémie de peste ferme l'université. Newton rentre à Woolsthorpe pour presque deux ans. Loin des cours, il travaille sans relâche. C'est dans cette période qu'il pose les bases de trois de ses grandes découvertes.

Trois découvertes majeures

1. Un nouvel outil de calcul. Newton invente une méthode pour calculer comment une grandeur change à chaque instant (la vitesse d'un objet, par exemple) et pour faire le chemin inverse. C'est ce qu'on appelle aujourd'hui le calcul infinitésimal, qu'on étudie en fin de lycée et à l'université sous le nom de dérivées et d'intégrales. Le philosophe et mathématicien allemand Gottfried Wilhelm Leibniz l'a inventé lui aussi, de son côté, quelques années plus tard.

2. La lumière blanche est un mélange. Depuis Aristote, on pensait que la lumière blanche était simple et pure. Newton fait passer un fin rayon de soleil à travers un prisme de verre et obtient un éventail de couleurs. Il montre que la lumière blanche est en réalité un mélange de toutes les couleurs, que le prisme sépare. (Voir la lumière et les couleurs.) Pour éviter les défauts de couleur des lunettes à lentilles, il construit vers 1668 un télescope à miroir.

3. La gravitation universelle. Pourquoi la Lune ne tombe-t-elle pas sur la Terre ? Newton comprend qu'elle tombe, en réalité, sans cesse : attirée par la Terre, elle file en même temps assez vite pour ne jamais la toucher, et elle tourne. La force qui fait tomber une pomme est la même que celle qui retient la Lune et les planètes. Cette force diminue avec la distance : deux fois plus loin, elle est quatre fois plus faible.

Vingt ans pour publier

Newton trouve beaucoup, mais publie peu. En 1671, il termine un long traité sur son nouveau calcul : aucun éditeur n'en veut. En 1672, il présente ses travaux sur la lumière à la Royal Society, l'académie des sciences de Londres. Des savants renommés, comme l'Anglais Robert Hooke et le Néerlandais Christiaan Huygens, les contestent. Les échanges l'épuisent au point qu'il se retire des débats publics.

Tout repart en 1684, grâce à l'astronome Edmond Halley. Halley vient lui demander quelle trajectoire suit une planète attirée par le Soleil. Newton répond aussitôt : une ellipse, une sorte de cercle aplati. Il l'a calculé, dit-il, mais ne retrouve plus sa feuille. Il promet de refaire la démonstration. Quelques mois plus tard, il envoie un court texte de neuf pages ; en moins de trois ans, ce texte devient un livre de 500 pages.

En 1687 paraissent les *Principia, les « Principes mathématiques de la philosophie naturelle ». Newton y énonce les trois lois du mouvement* et la loi de la gravitation universelle, et il les applique aux planètes, aux comètes et aux marées.

Sans Halley, le livre n'aurait peut-être pas vu le jour. C'est lui qui encourage Newton quand celui-ci menace de supprimer la dernière partie, lui qui surveille l'imprimeur et prépare les illustrations. Et comme la Royal Society est presque ruinée, c'est Halley qui paie l'impression de sa poche.

Une deuxième vie à Londres

En 1693, Newton traverse une grave crise d'épuisement et de détresse. Il s'en remet et, en 1696, quitte Cambridge pour Londres : il devient responsable à la Monnaie royale, l'atelier qui fabrique les pièces du pays, dont il sera le directeur de 1699 à sa mort. Il y prend son travail très au sérieux : il veille à la précision du poids des pièces et traque les faussaires, qu'il interroge lui-même. À l'époque, la fausse monnaie était punie de mort, et des faussaires qu'il a fait condamner ont été exécutés.

Il préside la Royal Society à partir de 1703 et il est anobli en 1705. Il meurt le 20 mars 1727, à 84 ans.

Ce que la légende oublie

• La pomme n'est pas tombée sur sa tête. L'histoire vient de Newton lui-même : très âgé, en 1726, il raconte à un ami que l'idée de la gravitation lui est venue en voyant tomber une pomme dans un jardin. Rien de plus. Et une idée soudaine ne suffit jamais : il lui a fallu vingt ans de calculs pour la démontrer.
• Il n'était pas seul. Kepler avait décrit les orbites des planètes, Galilée la chute des corps, Hooke lui avait posé la bonne question sur la trajectoire des planètes, et Halley a porté le livre jusqu'à l'imprimerie.
• Il pouvait être injuste. Dans la dispute avec Leibniz pour savoir qui avait inventé le calcul, Newton, alors président de la Royal Society, fait nommer une commission soi-disant impartiale. Il en rédige lui-même le rapport, sans le signer, puis en publie un compte rendu élogieux, anonyme lui aussi. Les historiens pensent aujourd'hui que les deux hommes ont fait la découverte chacun de leur côté. Il s'est aussi durement brouillé avec l'astronome royal John Flamsteed.
• Il ne faisait pas que de la physique. Newton a consacré des années à l'alchimie (l'ancêtre mêlé de mystère de la chimie) et à des recherches religieuses personnelles qu'il a gardées pour lui. Ces écrits sont restés presque inconnus jusqu'au XXe siècle.

Ce qu'il a laissé

• Une physique qui prévoit. Avec les lois de Newton, on calcule encore aujourd'hui la trajectoire d'une fusée, d'un satellite de communication ou d'un ballon de football.
• Un outil mathématique, le calcul infinitésimal, utilisé partout : en ingénierie, en économie, en médecine, en informatique.
• Une idée puissante : le ciel et la Terre obéissent aux mêmes lois. Pour les exceptions (la vitesse de la lumière, l'intérieur des atomes), il faudra attendre la physique du XXe siècle.