Isaac Newton

gigatos | décembre 15, 2021

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Résumé

Sir Isaac Newton (25 décembre 1642 – 20 mars 1727 selon le calendrier julien, en vigueur en Angleterre jusqu »en 1752 ; ou 4 janvier 1643 – 31 mars 1727 selon le calendrier grégorien) était un physicien, mathématicien, mécanicien et astronome anglais, l »un des fondateurs de la physique classique. Auteur de l »ouvrage fondamental « Bases mathématiques de la philosophie naturelle » dans lequel il énonce la loi de la gravitation universelle et les trois lois de la mécanique, qui sont devenues la base de la mécanique classique. Il a développé le calcul différentiel et intégral, la théorie des couleurs, posé les bases de l »optique physique moderne et créé de nombreuses autres théories mathématiques et physiques.

Membre (1672) et président (1703-1727) de la Royal Society de Londres.

Les premières années

Isaac Newton est né dans le village de Woolsthorpe, dans le Lincolnshire, à la veille de la guerre civile. Le père de Newton, Isaac Newton (1606-1642), un petit fermier prospère, n »a pas vécu pour voir naître son fils. Le garçon est né prématurément, il était malade, il a donc fallu beaucoup de temps pour qu »il soit baptisé. Pourtant, il a survécu, a été baptisé (1er janvier) et nommé Isaac en mémoire de son père. Le fait qu »il soit né le jour de Noël était considéré par Newton comme un signe particulier. Malgré sa mauvaise santé en bas âge, il a vécu jusqu »à 84 ans.

Newton croyait sincèrement que sa famille descendait de nobles écossais du 15e siècle, mais les historiens ont découvert qu »en 1524, ses ancêtres étaient des paysans pauvres. À la fin du XVIe siècle, la famille s »est enrichie et est passée dans la catégorie des yeomen (propriétaires terriens). Le père de Newton a hérité d »une importante somme de 500 £ et de plusieurs centaines d »acres de terres fertiles occupées par des champs et des forêts.

En janvier 1646, la mère de Newton, Anne Ayscough (1623-1679) se remarie. Elle a eu trois enfants avec son nouveau mari, un veuf de 63 ans, et a commencé à accorder peu d »attention à Isaac. Le patron du garçon était son oncle maternel, William Ayscough. Enfant, Newton, selon ses contemporains, était silencieux, renfermé et isolé, aimant lire et fabriquer des jouets techniques : un cadran solaire, une horloge à eau, un moulin, etc. Toute sa vie, il s »est senti seul.

Le beau-père est mort en 1653 et une partie de son héritage est passée à la mère de Newton et a été immédiatement enregistrée par elle au nom d »Isaac. La mère rentre à la maison, mais elle se concentre sur ses trois plus jeunes enfants et sur l »ensemble du foyer ; Isaac est toujours livré à lui-même.

En 1655, Newton, âgé de 12 ans, est envoyé dans une école voisine de Grantham, où il vit dans la maison de l »apothicaire Clark. Très vite, le garçon fait preuve de capacités exceptionnelles, mais en 1659, sa mère Anne le renvoie au domaine et tente de confier à son fils de 16 ans une partie de la gestion de la maison. La tentative est infructueuse – Isaac préfère la lecture de livres, l »écriture de poèmes et surtout la construction de mécanismes divers à toute autre activité. À cette époque, Anna est approchée par Stokes, l »instituteur de Newton, et commence à la persuader de continuer à enseigner à son fils exceptionnellement doué ; cette demande est rejointe par l »oncle William et une connaissance d »Isaac à Grantham (un parent du chimiste Clark) Humphrey Babington, membre du Trinity College de Cambridge. Grâce à un effort combiné, ils ont fini par obtenir ce qu »ils voulaient. En 1661, Newton a obtenu son diplôme et est allé poursuivre ses études à l »université de Cambridge.

Trinity College (1661-1664)

En juin 1661, le jeune Newton, âgé de 18 ans, arrive à Cambridge. Selon les statuts, il a passé un examen de latin, à l »issue duquel il a été informé qu »il avait été admis au Trinity College (Holy Trinity College) de l »université de Cambridge. Plus de 30 ans de la vie de Newton sont associés à cette institution.

Le collège, comme le reste de l »université, traversait une période difficile. La monarchie venait d »être restaurée en Angleterre (1660), le roi Charles II retardait souvent les paiements dus à l »université, renvoyait la plupart du personnel enseignant nommé pendant la révolution. Au total, 400 personnes vivaient au Trinity College, dont des étudiants, des domestiques et 20 indigents à qui la charte demandait de faire l »aumône. Le processus éducatif était dans un état déplorable.

Newton est inscrit en tant qu »étudiant « sizar », qui ne doit pas payer de frais de scolarité (probablement sur les conseils de Babington). Selon les normes de l »époque, un sizer était obligé de payer ses études par le biais de divers emplois à l »Université ou en rendant des services aux étudiants plus riches. Il ne reste que peu de preuves documentaires ou de souvenirs de cette période de sa vie. C »est au cours de ces années que le caractère de Newton se dessine enfin – un désir d »aller au fond des choses, une intolérance à la tromperie, à la calomnie et à l »oppression, et une indifférence à la célébrité publique. Il n »avait toujours pas d »amis.

En avril 1664, Newton, ayant réussi ses examens, est promu dans une catégorie supérieure d »étudiants supérieurs (scholars), ce qui lui donne droit à une bourse et à la poursuite de ses études au collège.

Malgré les découvertes de Galilée, les sciences et la philosophie sont toujours enseignées à Cambridge selon Aristote. Cependant, les carnets de Newton qui subsistent mentionnent déjà Galilée, Copernic, le cartésianisme, Kepler et la théorie atomistique de Gassendi. À en juger par ces carnets, il continue à fabriquer (principalement des instruments scientifiques), et se passionne pour l »optique, l »astronomie, les mathématiques, la phonétique et la théorie musicale. Selon les souvenirs de son colocataire, Newton se consacrait entièrement à ses études, oubliant nourriture et sommeil ; c »était probablement, malgré les difficultés, le mode de vie qu »il souhaitait lui-même.

L »année 1664 a également été riche en autres événements dans la vie de Newton. Newton connaît un bouleversement créatif, commence sa propre activité scientifique et dresse une longue liste (de 45 points) de problèmes non résolus dans la nature et la vie humaine (Questiones quaedam philosophicae). Plus tard, des listes similaires apparaîtront plus d »une fois dans ses cahiers d »exercices. En mars de la même année, dans le département de mathématiques du collège nouvellement créé (1663), les cours ont commencé avec un nouveau conférencier, Isaac Barrow, 34 ans, un mathématicien de premier plan, futur ami et professeur de Newton. L »intérêt de Newton pour les mathématiques a augmenté de façon spectaculaire. Il a fait sa première grande découverte mathématique : le développement binomial pour tout exposant rationnel (y compris les exposants négatifs), et grâce à cela, il a découvert sa principale méthode mathématique – le développement d »une fonction en série infinie. À la toute fin de l »année, Newton est devenu un étudiant de premier cycle.

Les fondements scientifiques et l »inspiration de Newton pour son travail ont été le plus fortement influencés par les physiciens Galilée, Descartes et Kepler. Newton a complété leurs écrits en les combinant dans un système universel du monde. D »autres mathématiciens et physiciens ont eu une influence moindre mais significative : Euclide, Fermat, Huygens, Wallis et son professeur immédiat Barrow. Dans le cahier d »étudiant de Newton, il y a une phrase programmatique :

Il ne peut y avoir de souverain en philosophie que la vérité… Nous devrions mettre des monuments d »or à Kepler, Galilée et Descartes et écrire sur chacun d »eux : « Platon est un ami, Aristote un ami, mais le principal ami est la vérité ».

« Les années de la peste (1665-1667)

La veille de Noël 1664, des croix rouges ont commencé à apparaître sur les maisons de Londres – les premières marques de la Grande Peste. En été, l »épidémie mortelle s »est considérablement étendue. Le 8 août 1665, les cours au Trinity College sont suspendus et le personnel est dissous jusqu »à la fin de l »épidémie. Newton est rentré chez lui à Woolsthorpe, emportant avec lui les principaux livres, carnets et instruments.

Ces années sont désastreuses pour l »Angleterre : une peste dévastatrice (un cinquième de la population meurt dans la seule ville de Londres), une guerre dévastatrice avec la Hollande et le grand incendie de Londres. Mais la plupart des découvertes scientifiques de Newton ont été faites dans la solitude des « années de peste ». Les notes conservées montrent clairement que Newton, âgé de 23 ans, maîtrisait déjà les méthodes de base du calcul différentiel et intégral, y compris l »expansion des fonctions en séries et ce qui a été appelé plus tard la formule de Newton-Leibniz. Il a réalisé un certain nombre d »expériences optiques astucieuses et a prouvé que la couleur blanche est un mélange des couleurs du spectre. Newton se souviendra plus tard de ces années :

Au début de l »année 1665, j »ai trouvé la méthode des séries approximatives et la règle de transformation de toute puissance d »un polynôme en une telle série … en novembre, j »ai obtenu la méthode directe des fluctuations ; en janvier de l »année suivante, j »ai obtenu la théorie des couleurs, et en mai, j »ai entrepris la méthode inverse des fluctuations … À cette époque, j »étais à la meilleure période de ma jeunesse et j »étais plus intéressé par les mathématiques et la philosophie qu »à aucun autre moment par la suite.

Mais sa découverte la plus importante au cours de ces années est la loi de la gravitation universelle. Plus tard, en 1686, Newton a écrit à Halley :

Dans des articles écrits il y a plus de 15 ans (je ne peux pas donner de date exacte, mais c »était en tout cas avant que je ne commence ma correspondance avec Oldenburg), j »ai exprimé la proportionnalité quadratique inverse de la gravitation des planètes vers le Soleil en fonction de la distance et j »ai calculé le rapport correct entre la gravité de la Terre et le conatus recedendi de la Lune par rapport au centre de la Terre, bien que pas précisément.

L »inexactitude mentionnée par Newton est due au fait que Newton a tiré les dimensions de la Terre et la valeur de l »accélération de la gravité de la Mechanica de Galilée, où elles étaient citées avec une inexactitude considérable. Plus tard, Newton obtint les données plus précises de Picard et fut finalement convaincu de la véracité de sa théorie.

Une légende bien connue veut que Newton ait découvert la loi de la gravitation en observant une pomme tomber d »une branche d »arbre. La pomme de Newton a été aperçue pour la première fois par William Stukeley, le biographe de Newton (Memoirs of Newton »s Life, 1752) :

Après le déjeuner, le temps était chaud et nous sommes sortis dans le verger pour boire du thé à l »ombre des pommiers. Il m »a dit que l »idée de la gravité lui était venue alors qu »il était assis sous un arbre, exactement de la même manière. Il était d »humeur contemplative quand soudain une pomme est tombée d »une branche. « Pourquoi les pommes tombent-elles toujours perpendiculairement au sol ? » – a-t-il pensé.

La légende est devenue populaire grâce à Voltaire. En fait, comme on peut le voir dans les cahiers de Newton, sa théorie de la gravitation universelle s »est développée progressivement. Un autre biographe, Henry Pemberton, cite le raisonnement de Newton (sans mentionner la pomme) de manière plus détaillée : « en comparant les périodes de plusieurs planètes et leurs distances par rapport au Soleil, il a trouvé que … cette force doit diminuer en proportion quadratique avec l »augmentation de la distance ». En d »autres termes, Newton a découvert qu »à partir de la troisième loi de Kepler reliant les périodes des orbites des planètes à leur distance par rapport au Soleil, c »est la « formule du carré inverse » de la loi de la gravitation (dans l »approximation de l »orbite circulaire) qui s »ensuit. La formulation finale de la loi de la gravitation, qui est entrée dans les manuels scolaires, a été rédigée par Newton plus tard, après que les lois de la mécanique lui soient devenues claires.

Ces découvertes, et beaucoup de celles qui ont suivi, ont été publiées 20 à 40 ans après avoir été faites. Newton ne courait pas après la gloire. En 1670, il écrit à John Collins : « Je ne vois rien de désirable dans la célébrité, même si j »étais capable de la gagner. Cela augmenterait peut-être le nombre de mes connaissances, mais c »est précisément ce que je tiens le plus à éviter. » Son premier travail scientifique (qui ne sera retrouvé que 300 ans plus tard).

Le début de la renommée scientifique (1667-1684)

En mars et juin 1666, Newton se rend à Cambridge. En été, cependant, une nouvelle vague de peste l »oblige à rentrer chez lui. Finalement, au début de l »année 1667, l »épidémie s »est calmée et en avril, Newton est retourné à Cambridge. Le 1er octobre, il est élu membre du Trinity College et en 1668, il en devient le maître. On lui a attribué une chambre spacieuse et séparée pour le logement, on lui a attribué un salaire (2 £ par an) et on lui a transféré un groupe d »étudiants avec lesquels il passait plusieurs heures par semaine à s »occuper assidûment des sujets académiques standard. Cependant, ni à cette époque ni plus tard, Newton n »est devenu célèbre en tant que professeur ; ses conférences étaient peu suivies.

Ayant renforcé sa position, Newton s »est rendu à Londres, où peu de temps auparavant, en 1660, la Royal Society of London avait été créée – une organisation faisant autorité composée d »éminents scientifiques, l »une des premières académies des sciences. L »organe de presse de la Royal Society était la revue Philosophical Transactions.

En 1669, des articles mathématiques utilisant des décompositions en séries infinies ont commencé à apparaître en Europe. Bien que la profondeur de ces découvertes ne soit pas comparable à celle de Newton, Barrow insiste pour que son élève enregistre sa priorité en la matière. Newton a écrit un résumé bref mais raisonnablement complet de cette partie de ses découvertes, qu »il a appelé Analyse au moyen d »équations avec un nombre infini de termes. Barrow a transmis ce traité à Londres. Newton a demandé à Barrow de ne pas révéler le nom de l »auteur de l »œuvre (mais il l »a laissé échapper). « Analyse » s »est répandu parmi les spécialistes et a acquis une certaine notoriété en Angleterre et au-delà.

La même année, Barrow accepte l »invitation du roi à devenir aumônier de la cour et démissionne de l »enseignement. Le 29 octobre 1669, Newton, âgé de 26 ans, est choisi pour lui succéder en tant que « Lucas Professor » de mathématiques et d »optique au Trinity College. À ce poste, Newton recevait un salaire de 100 £ par an, sans compter les autres primes et allocations de Trinity. Ce nouveau poste donne également à Newton plus de temps pour ses propres recherches. Barrow a laissé à Newton un vaste laboratoire alchimique ; au cours de cette période, Newton s »est sérieusement intéressé à l »alchimie et a réalisé de nombreuses expériences chimiques.

Dans le même temps, Newton poursuit ses expériences en optique et en théorie des couleurs. Newton a étudié l »aberration sphérique et chromatique. Pour les minimiser, il construit un télescope à réflecteur mixte : une lentille et un miroir sphérique concave, qu »il fabrique et polit lui-même. James Gregory (1663) a d »abord proposé la conception d »un tel télescope, mais l »idée n »a jamais été réalisée. La première conception de Newton (1668) s »est avérée infructueuse, mais la suivante, avec un miroir plus soigneusement poli, malgré sa petite taille, donnait un grossissement de 40x d »excellente qualité.

La nouvelle de ce nouvel instrument atteint rapidement Londres et Newton est invité à montrer son invention à la communauté scientifique. Fin 1671 ou début 1672, le réflecteur est présenté au roi, puis à la Royal Society. L »appareil a été salué par tous. Il est probable que l »importance pratique de l »invention ait également joué un rôle : l »observation astronomique permettait de déterminer l »heure exacte, ce qui était essentiel pour la navigation en mer. Newton devient célèbre et, en janvier 1672, il est élu membre de la Royal Society. Plus tard, les réflecteurs améliorés sont devenus les principaux outils des astronomes et ont été utilisés pour découvrir la planète Uranus, d »autres galaxies et le décalage vers le rouge.

Au début, Newton chérissait l »amitié de ses confrères de la Royal Society, où, outre Barrow, James Gregory, John Wallis, Robert Hooke, Robert Boyle, Christopher Wren et d »autres figures bien connues de la science anglaise étaient membres. Cependant, des conflits fastidieux s »ensuivirent rapidement, ce qui déplaisait beaucoup à Newton. Il y a notamment eu une controverse houleuse sur la nature de la lumière. Tout a commencé par le fait qu »en février 1672, Newton a publié dans Philosophical Transactions une description détaillée de ses expériences classiques avec des prismes et de sa théorie des couleurs. Hooke, qui avait déjà publié sa propre théorie, a fait valoir qu »il n »était pas convaincu par les résultats de Newton et a été soutenu par Huygens au motif que la théorie de Newton « contredisait la sagesse conventionnelle ». Newton n »a répondu à leurs critiques que six mois plus tard, mais à ce moment-là, le nombre de critiques avait considérablement augmenté.

L »avalanche d »attaques incompétentes irrite et déprime Newton. Newton demande au secrétaire de la Société d »Oldenburg de ne plus lui envoyer de lettres critiques et fait un vœu pour l »avenir : ne pas s »impliquer dans les disputes scientifiques. Dans ces lettres, il se plaint d »être confronté à un choix : soit ne pas publier ses découvertes, soit consacrer tout son temps et son énergie à repousser les critiques inamicales des profanes. Il choisit finalement la première option et présente sa démission de la Royal Society (8 mars 1673). Oldenburg le persuada non sans mal de rester, mais les contacts scientifiques avec la Société furent longtemps réduits au minimum.

En 1673, deux événements importants ont eu lieu. Premièrement, par décret royal, Isaac Barrow, le vieil ami et mécène de Newton, est revenu à Trinity, désormais en tant que directeur (« maître ») du collège. Deuxièmement : Leibniz, connu à l »époque comme un philosophe et un inventeur, s »est intéressé aux découvertes mathématiques de Newton. Après avoir reçu l »ouvrage de 1669 de Newton sur les séries infinies et l »avoir étudié en profondeur, il a développé sa propre version de l »analyse. En 1676, Newton et Leibniz échangent des lettres dans lesquelles Newton explique un certain nombre de ses méthodes, répond aux questions de Leibniz et laisse entrevoir l »existence de méthodes encore plus générales, non encore publiées (c »est-à-dire le calcul différentiel et intégral général). Le secrétaire de la Royal Society, Henry Oldenburg, pressa Newton pour la gloire de l »Angleterre de publier ses découvertes mathématiques sur l »analyse, mais Newton répondit qu »il était sur un autre sujet depuis cinq ans et qu »il ne souhaitait pas être distrait. Newton n »a pas répondu à la lettre suivante de Leibniz. La première publication succincte sur la version de l »analyse de Newton n »est pas parue avant 1693, alors que la version de Leibniz s »était déjà largement répandue en Europe.

La fin des années 1670 est triste pour Newton. En mai 1677, Barrow, 47 ans, est mort de façon inattendue. Au cours de l »hiver de la même année, un énorme incendie s »est déclaré dans la maison de Newton et une partie des archives de ses manuscrits a brûlé. En septembre 1677, Oldenburg, le secrétaire de la Royal Society préféré de Newton, meurt et Hooke, qui n »était pas favorable à Newton, devient le nouveau secrétaire. En 1679, la mère d »Anna tombe gravement malade ; Newton quitte tout pour s »occuper d »elle et prend une part active à ses soins, mais l »état de sa mère s »aggrave rapidement et elle meurt. Mère et Barrow étaient parmi les rares personnes qui égayaient la solitude de Newton.

» Les débuts mathématiques de la philosophie naturelle (1684-1686) « .

L »histoire de cet ouvrage, l »un des plus célèbres de l »histoire des sciences, commence en 1682, lorsque le passage de la comète de Halley suscite un regain d »intérêt pour la mécanique céleste. Edmond Halley tente de persuader Newton de publier sa « théorie générale du mouvement », dont la rumeur courait depuis longtemps dans la communauté scientifique. Newton, ne voulant pas être impliqué dans de nouvelles disputes et chamailleries scientifiques, refusa.

En août 1684, Halley est venu à Cambridge et a dit à Newton que lui, Wren et Hooke discutaient de la manière de dériver l »ellipticité des orbites des planètes à partir de la formule de la loi de la gravitation, mais qu »ils ne savaient pas comment aborder la solution. Newton a répondu qu »il avait déjà une telle épreuve et en novembre, il a envoyé le manuscrit terminé à Halley. Il reconnaît immédiatement la valeur du résultat et de la méthode, rend immédiatement visite à Newton et parvient cette fois à le persuader de publier ses résultats. Le 10 décembre 1684, une entrée historique apparaît dans les minutes de la Royal Society :

M. Halley … a récemment vu M. Newton à Cambridge et il lui a montré un intéressant traité « De motu ». Selon les souhaits de M. Halley, Newton a promis d »envoyer le traité à la Société.

Le travail sur le livre s »est poursuivi de 1684 à 1686. Selon les souvenirs de Humphrey Newton, un parent du savant et son assistant durant ces années, Newton a d »abord écrit les « Éléments » entre les expériences alchimiques auxquelles il prêtait le plus d »attention, puis il s »est progressivement enthousiasmé et s »est consacré avec enthousiasme au travail sur le livre principal de sa vie.

La publication devait être financée par la Royal Society, mais au début de l »année 1686, celle-ci a publié un traité sur l »histoire des poissons qui n »était pas très demandé, ce qui a épuisé son budget. Halley a ensuite annoncé qu »il prendrait en charge les frais de publication. La société a accepté avec gratitude cette offre généreuse et a fourni gratuitement à Halley 50 exemplaires du traité sur l »histoire des poissons en guise de compensation partielle.

L »ouvrage de Newton – peut-être par analogie avec les Débuts de la philosophie de Descartes (1644) ou, selon certains historiens des sciences, un défi aux cartésiens – s »appelait Débuts mathématiques de la philosophie naturelle (en latin Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), c »est-à-dire, en langage moderne, Fondements mathématiques de la physique.

Le 28 avril 1686, le premier volume de Mathematical Beginnings est présenté à la Royal Society. Les trois volumes ont été publiés en 1687, après quelques modifications apportées par l »auteur. Le tirage (environ 300 exemplaires) a été épuisé en quatre ans – très rapide pour l »époque.

Tant sur le plan physique que mathématique, le travail de Newton est qualitativement supérieur à celui de tous ses prédécesseurs. Elle n »a rien à voir avec la métaphysique aristotélicienne ou cartésienne, avec ses raisonnements vagues et ses « causes profondes » des phénomènes naturels vaguement formulées et souvent farfelues. Newton, par exemple, ne proclame pas que la loi de la gravitation fonctionne dans la nature, il prouve strictement ce fait, en se basant sur le schéma observé du mouvement des planètes et de leurs satellites. La méthode de Newton consiste à créer un modèle du phénomène « sans inventer d »hypothèses », puis, si les données sont suffisantes, à en rechercher les causes. Cette approche, initiée par Galilée, a marqué la fin de l »ancienne physique. La description qualitative de la nature a cédé la place au quantitatif – calculs, dessins et tableaux occupent une part considérable du livre.

Dans son livre, Newton a clairement défini les concepts de base de la mécanique et en a introduit plusieurs nouveaux, notamment des quantités physiques aussi importantes que la masse, la force extérieure et la quantité de mouvement. Les trois lois de la mécanique ont été formulées. Une dérivation rigoureuse des trois lois de Kepler sur la gravitation est donnée. Notez que des orbites hyperboliques et paraboliques de corps célestes inconnus de Kepler ont également été décrites. Newton ne discute pas directement de la véracité du système héliocentrique copernicien, mais l »implique ; il estime même la déviation du Soleil par rapport au centre de masse du système solaire. En d »autres termes, le Soleil dans le système de Newton, contrairement à celui de Kepler, ne repose pas, mais obéit aux lois générales du mouvement. Le système général comprend également les comètes, dont les orbites sont très controversées à l »époque.

Une faiblesse de la théorie de la gravitation de Newton, selon de nombreux scientifiques de l »époque, était l »absence d »explication sur la nature de cette force. Newton n »a exposé que l »appareil mathématique, laissant ouvertes les questions de la cause de la gravitation et de son support matériel. Pour une communauté scientifique habituée à la philosophie de Descartes, il s »agissait d »une approche peu familière et difficile, et ce n »est que le succès triomphal de la mécanique céleste au 18e siècle qui a forcé les physiciens à accepter temporairement la théorie de Newton. La base physique de la gravitation n »est devenue claire que plus de deux siècles plus tard, avec l »avènement de la théorie générale de la relativité.

L »appareil mathématique et la structure générale du livre ont été construits par Newton aussi près que possible de la norme de rigueur scientifique reconnue par ses contemporains – les Éléments d »Euclide. Il a délibérément évité de recourir à l »analyse mathématique presque partout – l »utilisation de méthodes nouvelles et peu familières aurait mis en péril la crédibilité des résultats. Cette prudence a toutefois dévalorisé la méthode de présentation de Newton pour les générations ultérieures de lecteurs. Le livre de Newton a été le premier ouvrage sur la nouvelle physique, et en même temps l »un des derniers ouvrages sérieux à utiliser les anciennes méthodes d »investigation mathématique. Tous les disciples de Newton utilisaient déjà les puissantes méthodes d »analyse mathématique qu »il avait créées. D »Alambert, Euler, Laplace, Clero et Lagrange ont été les plus grands successeurs directs des travaux de Newton.

Le livre a été publié trois fois du vivant de l »auteur, chaque réédition comprenant d »importants ajouts et corrections de l »auteur.

Administration (1687-1703)

L »année 1687 n »est pas seulement marquée par la publication du grand livre, mais aussi par le conflit de Newton avec le roi Jacques II. En février, le roi, dans un souci constant de rétablir le catholicisme en Angleterre, ordonne à l »université de Cambridge de décerner un diplôme de maîtrise à un moine catholique, Alban Francis. Les autorités universitaires hésitent, ne voulant ni enfreindre la loi ni contrarier le roi ; bientôt, une délégation d »universitaires, dont Newton, est convoquée pour réprimander le Lord High Justice George Jeffreys, connu pour son impolitesse et sa cruauté. Newton s »est opposé à tout compromis portant atteinte à l »autonomie des universités et a persuadé la délégation d »adopter une position de principe. Le vice-chancelier de l »université a fini par être démis de ses fonctions, mais le souhait du roi n »a jamais été exaucé. Dans l »une de ses lettres de ces années, Newton expose ses principes politiques :

Tout honnête homme est tenu par les lois de Dieu et des hommes d »obéir aux ordres légaux du Roi. Mais s »il est conseillé à Sa Majesté d »exiger quelque chose qui ne peut être fait par la loi, personne ne devrait subir de préjudice s »il néglige une telle demande.

En 1689, après le renversement du roi Jacques II, Newton a été élu pour la première fois au Parlement par l »université de Cambridge et y a siégé pendant un peu plus d »un an. Il est à nouveau membre du Parlement de 1701 à 1702. Une anecdote populaire raconte qu »il n »a pris la parole qu »une seule fois à la Chambre des communes, demandant de fermer une fenêtre pour éviter un courant d »air. En fait, Newton a exercé ses fonctions parlementaires avec la même intégrité que celle avec laquelle il traitait toutes ses affaires.

Vers 1691, Newton tombe gravement malade (probablement empoisonné lors d »expériences chimiques, bien que d »autres versions incluent le surmenage, le choc après un incendie ayant entraîné la perte de résultats importants et les maladies liées à l »âge). Ses proches craignaient pour sa santé mentale ; plusieurs de ses lettres de cette période, qui ont survécu, montrent des signes de troubles mentaux. Ce n »est que vers la fin de l »année 1693 que la santé de Newton s »est complètement rétablie.

En 1679, Newton rencontre à Trinity Charles Montague (1661-1715), un aristocrate de 18 ans qui aime la science et l »alchimie. Newton a probablement fait une forte impression sur Montague, car en 1696, devenu Lord Halifax, président de la Royal Society et chancelier de l »Échiquier (c »est-à-dire ministre des finances de l »Angleterre), Montague suggère au roi de nommer Newton conservateur de la Monnaie. Le roi donne son accord et, en 1696, Newton prend le poste, quitte Cambridge et s »installe à Londres.

Pour commencer, M. Newton a fait une étude approfondie de la technologie de frappe de la monnaie, a mis de l »ordre dans la paperasserie et a redéfini la comptabilité des 30 dernières années. Dans le même temps, Newton a promu avec énergie et compétence la réforme monétaire en cours de Montague, restaurant la confiance dans le système monétaire anglais, profondément négligé par ses prédécesseurs. En Angleterre, dans ces années ont été utilisés presque exclusivement incomplètes, et dans une quantité non négligeable et les pièces de contrefaçon. Le décollement des bords des pièces d »argent était très répandu, et les pièces nouvellement frappées disparaissaient dès leur mise en circulation car elles étaient fondues en masse, exportées à l »étranger et cachées dans des coffres. Montague conclut alors que la situation ne peut être changée qu »en remettant en circulation toutes les pièces en circulation en Angleterre et en interdisant la circulation des pièces coupées, ce qui nécessite une augmentation drastique de la productivité de la Monnaie royale. Il fallait pour cela un administrateur compétent, et c »est exactement l »homme que Newton a pris en charge comme gardien de la Monnaie en mars 1696.

Grâce aux actions énergiques de Newton au cours de l »année 1696, un réseau de succursales de la Monnaie a été établi dans les villes d »Angleterre, en particulier à Chester, où Newton a placé son ami Halley comme directeur de succursale, ce qui a permis de multiplier par 8 la production de pièces d »argent. Newton a introduit l »utilisation de grains inscrits dans la technologie de la frappe de monnaie, après quoi le meulage criminel du métal est devenu pratiquement impossible. Les anciennes pièces d »argent défectueuses ont été entièrement retirées de la circulation et réintégrées en deux ans. La production de nouvelles pièces a été augmentée pour répondre à la demande et leur qualité a été améliorée. Lors de réformes similaires, les gens devaient changer l »ancienne monnaie par poids, après quoi la quantité d »argent liquide diminuait tant chez les individus (privés et légaux) que dans tout le pays, mais les intérêts et les dettes de crédit restaient les mêmes, ce qui provoquait la stagnation de l »économie. Newton propose d »échanger la monnaie à sa valeur nominale, ce qui évite ces problèmes, et les pénuries inévitables sont comblées par des emprunts à l »étranger (principalement aux Pays-Bas). L »inflation diminue, mais la dette extérieure de l »État atteint des niveaux sans précédent dans l »histoire de l »Angleterre au milieu du siècle. Mais pendant cette période, la croissance économique a été considérable, ce qui a entraîné une augmentation des paiements d »impôts au Trésor public (d »un montant égal à celui de la France, bien que celle-ci compte 2,5 fois plus d »habitants), de sorte que la dette nationale a été progressivement remboursée.

En 1699, la recoinification des pièces était achevée et, apparemment en récompense de ses services, Newton fut nommé cette année-là directeur (« maître ») de la Monnaie. Cependant, un homme honnête et compétent à la tête de la Monnaie ne convient pas à tout le monde. Dès les premiers jours, les plaintes et les dénonciations affluent contre Newton ; des commissions de vérification apparaissent constamment. Il s »est avéré que bon nombre des dénonciations provenaient de faussaires irrités par les réformes de Newton. Newton était généralement indifférent à la médisance, mais ne pardonnait jamais si elle portait atteinte à son honneur et à sa réputation. Il est personnellement impliqué dans des dizaines d »enquêtes, et plus de 100 faux-monnayeurs sont retrouvés et condamnés ; en l »absence de circonstances aggravantes, ils sont le plus souvent exilés dans les colonies d »Amérique du Nord, mais plusieurs meneurs sont exécutés. Le nombre de pièces contrefaites en Angleterre a considérablement diminué. Montague, dans ses mémoires, a loué les extraordinaires compétences administratives de Newton qui ont assuré le succès de la réforme. Ainsi, les réformes menées par le savant ont non seulement permis d »éviter une crise économique, mais ont conduit, des décennies plus tard, à une augmentation significative de la richesse du pays.

En avril 1698, le tsar russe Pierre Ier a visité la Monnaie à trois reprises dans le cadre de la « Grande ambassade ». Malheureusement, les détails de sa visite et de sa communication avec Newton n »ont pas été conservés. On sait cependant qu »en 1700, la Russie a procédé à une réforme de la monnaie, similaire à celle de l »Angleterre. Et en 1713, les six premiers exemplaires imprimés de la deuxième édition des Éléments ont été envoyés par Newton au tsar Pierre en Russie.

Le symbole du triomphe scientifique de Newton est constitué par deux événements survenus en 1699 : il commence à enseigner le système newtonien du monde à Cambridge (à partir de 1704 – et à Oxford), et l »Académie des sciences de Paris, rempart de ses adversaires cartésiens, l »élit comme membre étranger. Pendant tout ce temps, Newton était toujours inscrit comme membre et professeur du Trinity College, mais en décembre 1701, il a officiellement démissionné de tous ses postes à Cambridge.

En 1703, le président de la Royal Society, Lord John Somers, est décédé, n »ayant assisté qu »à deux reprises à la réunion pendant les cinq années de sa présidence. En novembre, Newton a été élu son successeur et a dirigé la société jusqu »à la fin de sa vie – plus de vingt ans. Contrairement à ses prédécesseurs, il a personnellement assisté à toutes les réunions et a fait de son mieux pour que la British Royal Society occupe une place d »honneur dans le monde scientifique. Le nombre de membres de la Société augmente (parmi lesquels, outre Halley, Denis Papin, Abraham de Moivre, Roger Cotes et Brooke Taylor), des expériences intéressantes sont réalisées et discutées, la qualité des articles de la revue s »améliore considérablement et les problèmes financiers s »atténuent. La société s »est dotée de secrétaires rémunérés et de sa propre résidence (dans Fleet Street) ; Newton a payé le coût du déménagement de sa propre poche. Au cours de ces années, Newton est fréquemment invité comme consultant auprès de diverses commissions gouvernementales, et la princesse Caroline, future reine de Grande-Bretagne (épouse de George II), passe des heures avec lui au palais à discuter de sujets philosophiques et religieux.

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Ces dernières années

En 1704, il publie (pour la première fois en anglais) une monographie, Optics, qui définit le développement de cette science jusqu »au début du XIXe siècle. Il contenait un appendice, On the Quadrature of Curves, la première exposition assez complète de la version de l »analyse mathématique de Newton. Il s »agit en fait du dernier ouvrage de Newton sur les sciences naturelles, bien qu »il ait vécu plus de 20 ans. Le catalogue de la bibliothèque qu »il a laissée derrière lui contenait des livres portant principalement sur l »histoire et la théologie, et c »est à ces ouvrages que Newton a consacré le reste de sa vie. Newton reste intendant de la Monnaie, car ce poste, contrairement à celui de surveillant, ne lui demande pas d »être particulièrement actif. Deux fois par semaine, il se rendait à la Monnaie, une fois par semaine à une réunion de la Royal Society. Newton n »a jamais voyagé en dehors de l »Angleterre.

En 1705, la reine Anne a fait chevalier Newton. Désormais, il était Sir Isaac Newton. C »est la première fois dans l »histoire de l »Angleterre que le titre de chevalier est conféré pour des mérites scientifiques ; la prochaine fois que cela se produira, ce sera plus d »un siècle plus tard (1819, pour Humphrey Davy). Cependant, certains biographes pensent que la reine n »était pas motivée par la science mais par la politique. Newton a acquis ses propres armoiries et un pedigree pas très fiable.

En 1707, Newton a publié un recueil de conférences sur l »algèbre intitulé Universal Arithmetic. Les méthodes numériques qu »il contient ont marqué la naissance d »une nouvelle discipline prometteuse, l »analyse numérique.

En 1708, un conflit de priorité ouvert avec Leibniz a commencé (voir ci-dessous), dans lequel même la royauté était impliquée. Cette querelle entre les deux génies a coûté cher à la science : l »école mathématique anglaise a vu son activité décliner pendant un siècle, tandis que l »école européenne a ignoré nombre des idées remarquables de Newton, pour les redécouvrir beaucoup plus tard. Le conflit ne s »éteint pas, même à la mort de Leibniz (1716).

La première édition des Éléments de Newton était épuisée depuis longtemps. Les nombreuses années de travail de Newton pour préparer la 2e édition, clarifiée et complétée, ont été couronnées de succès en 1710, lorsque le premier volume de la nouvelle édition est sorti (le dernier, le troisième – en 1713). Le tirage initial (700 exemplaires) était manifestement insuffisant, et des exemplaires supplémentaires ont été réimprimés en 1714 et 1723. En finalisant le deuxième volume, Newton, à titre exceptionnel, a dû revenir à la physique pour expliquer la divergence entre la théorie et les données expérimentales, et il a immédiatement fait une découverte majeure – la contraction hydrodynamique d »un jet. La théorie s »accorde maintenant bien avec l »expérience. Newton a ajouté une « Exhortation » à la fin du livre avec une critique dévastatrice de la « théorie des vortex » avec laquelle ses adversaires cartésiens tentaient d »expliquer le mouvement des planètes. À la question naturelle « comment est-ce vraiment ? », le livre répond par la célèbre et honnête réponse : « La raison… des propriétés de la gravitation, je n »ai pas encore pu la déduire des phénomènes ; je ne conçois pas d »hypothèses ».

En avril 1714, Newton résume ses expériences en matière de réglementation financière et soumet au Trésor son article intitulé « Observations on the Value of Gold and Silver ». L »article contenait des propositions spécifiques pour ajuster la valeur des métaux précieux. Ces propositions ont été partiellement acceptées et ont eu un effet favorable sur l »économie anglaise.

Peu avant sa mort, Newton a été l »une des victimes d »une vaste escroquerie financière de la South Seas Trading Company, soutenue par le gouvernement. Il a acheté les titres de la société pour une somme importante et a également insisté pour qu »ils soient achetés par la Royal Society. Le 24 septembre 1720, la banque de la société se déclare en faillite. Sa nièce Catherine rappelle dans ses notes que Newton a perdu plus de 20 000 livres, après quoi il a déclaré qu »il pouvait calculer le mouvement des corps célestes mais pas la folie des foules. De nombreux biographes pensent cependant que Catherine ne faisait pas référence à une perte réelle, mais à l »incapacité de réaliser le bénéfice attendu. Après la faillite de la société, Newton a proposé de dédommager la Royal Society de sa propre poche, mais son offre a été rejetée.

Newton a consacré les dernières années de sa vie à la rédaction de The Chronology of the Ancient Kingdoms. Il a passé environ 40 ans à préparer la troisième édition de Beginnings, qui est parue en 1726. Contrairement à la deuxième, les modifications apportées à la troisième édition sont mineures – il s »agit principalement des résultats de nouvelles observations astronomiques, notamment un guide assez complet des comètes observées depuis le XIVe siècle. Entre autres, l »orbite calculée de la comète de Halley a été présentée, dont la nouvelle apparition à cette époque (1758) a clairement confirmé les calculs théoriques de Newton et de Halley (déjà décédés à l »époque). Le tirage de l »ouvrage peut être considéré comme énorme pour une publication scientifique de ces années-là : 1 250 exemplaires.

En 1725, la santé de Newton commence à décliner sensiblement et il s »installe à Kensington, près de Londres, où il meurt dans son sommeil, la nuit du 20 (31) mars 1727.Il n »a laissé aucun testament écrit, mais il a légué une grande partie de sa grande fortune à ses proches parents peu avant sa mort. Il est enterré à l »abbaye de Westminster. Fernando Savater, selon les lettres de Voltaire, décrit ainsi les funérailles de Newton :

Le tout Londres a participé. Le corps a d »abord été exposé au public dans un somptueux corbillard flanqué d »énormes lampes, puis il a été transporté à l »abbaye de Westminster, où Newton a été enterré parmi des rois et des hommes d »État éminents. En tête du cortège funèbre se trouvait le Lord Chancelier, suivi de tous les ministres royaux.

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Traits de caractère

Il est difficile de dresser un portrait psychologique de Newton, car même ses sympathisants lui attribuent souvent des qualités différentes. Il faut tenir compte du culte de Newton en Angleterre, qui a obligé les auteurs de mémoires à doter le grand scientifique de toutes les vertus imaginables, en ignorant les contradictions réelles de sa nature. En outre, vers la fin de sa vie, le caractère de Newton a développé des traits tels que la bonté, la condescendance et la sociabilité qui ne le caractérisaient pas auparavant.

Newton était petit, de corpulence robuste, avec des cheveux ondulés. Il n »a pratiquement jamais été malade, a conservé des cheveux épais (déjà bien gris à l »âge de 40 ans) et toutes ses dents sauf une jusqu »à sa vieillesse. Il n »a jamais (selon d »autres rapports, presque jamais) utilisé de lunettes, bien qu »il soit quelque peu myope. Il ne rit presque jamais et ne s »agace jamais. Il n »y a aucune trace de lui faisant des blagues ou faisant preuve d »un quelconque sens de l »humour. Il était prudent et frugal avec l »argent, mais pas avare. Il n »a jamais été marié. Il était généralement plongé dans une profonde concentration intérieure, ce qui le rendait souvent distrait : par exemple, une fois, alors qu »il avait invité des gens, il est allé chercher du vin dans l »office, mais une idée scientifique l »a frappé et il s »est précipité dans son bureau. Il était indifférent au sport, à la musique, à l »art, au théâtre et aux voyages. Son assistant se souvient : « Il ne s »accordait aucun repos et aucun répit… Il considérait comme perdue chaque heure qui n »était pas consacrée à l »occupation… Je pense qu »il était attristé par la nécessité de consacrer du temps à la nourriture et au sommeil. Cela dit, Newton a réussi à combiner l »esprit pratique et le bon sens, comme en témoigne sa gestion réussie de la Monnaie et de la Société royale.

Élevé dans la tradition puritaine, Newton s »est imposé une série de principes rigides et d »autolimitations. Et il n »était pas enclin à pardonner aux autres ce qu »il ne se serait pas pardonné à lui-même, ce qui était à l »origine de nombre de ses conflits (voir ci-dessous). Il était chaleureux avec ses proches et de nombreux collègues, mais n »avait pas d »amis proches, ne recherchait pas la compagnie des autres, se tenait à l »écart. Cependant, Newton n »était pas insensible ou indifférent au sort des autres. Lorsque, après la mort de sa demi-sœur Anne, ses enfants se sont retrouvés sans moyens de subsistance, Newton a versé des allocations aux enfants mineurs, et plus tard, sa fille Anne, Catherine, a pris en charge leur éducation. Il aidait également d »autres membres de sa famille de manière régulière. « Frugal et prudent, il était en même temps très libre avec l »argent et était toujours prêt à aider un ami dans le besoin sans être envahissant. Il était particulièrement généreux envers les jeunes. De nombreux scientifiques anglais célèbres – Stirling, McLaren, l »astronome James Pound et d »autres – se sont souvenus avec une profonde gratitude de l »aide apportée par Newton au début de leur carrière scientifique.

Conflits

En 1675, Newton envoie à la Société son traité contenant de nouvelles recherches et spéculations sur la nature de la lumière. Robert Hooke a déclaré lors de la réunion que tout ce qui avait de la valeur dans le traité se trouvait déjà dans le livre précédemment publié par Hooke, Micrography. Dans des conversations privées, il accuse Newton de plagiat : « J »ai montré que M. Newton a utilisé mes hypothèses sur les impulsions et les ondes » (extrait du journal de Hooke). Hooke a contesté la priorité de toutes les découvertes de Newton dans le domaine de l »optique, à l »exception de celles avec lesquelles il était en désaccord. Oldenburg a immédiatement informé Newton de ces accusations, et ce dernier les a considérées comme des insinuations. Cette fois, le conflit est réglé et les scientifiques échangent des lettres de conciliation (1676). Cependant, à partir de ce moment et jusqu »à la mort de Hooke (1703), Newton n »a pas publié de travaux sur l »optique, bien qu »il ait accumulé une énorme quantité de matériel qu »il a systématisé dans sa monographie classique, Optics (1704).

Une autre controverse prioritaire a été la découverte de la loi de la gravitation. Dès 1666, Hooke conclut que le mouvement des planètes est une superposition de la chute sur le Soleil due à la force de gravité du Soleil, et du mouvement inertiel tangentiel à la trajectoire de la planète. Selon lui, cette superposition de mouvements est responsable de la forme elliptique de la trajectoire de la planète autour du Soleil. Cependant, il n »a pas pu le prouver mathématiquement et a envoyé une lettre à Newton en 1679, offrant sa coopération pour résoudre le problème. La lettre suggère également que la force d »attraction vers le soleil diminue de manière inversement proportionnelle au carré de la distance. En réponse, Newton a fait remarquer qu »il avait déjà traité le problème du mouvement planétaire, mais qu »il avait abandonné ces études. En fait, comme le montrent les documents retrouvés par la suite, Newton s »est penché sur le problème du mouvement planétaire dès 1665-1669, lorsque, sur la base de la troisième loi de Kepler, il a constaté que « la tendance des planètes à s »éloigner du Soleil sera inversement proportionnelle au carré de leur distance au Soleil ». Cependant, l »idée que l »orbite d »une planète est uniquement le résultat de l »égalité des forces de gravitation vers le Soleil et de la force centrifuge n »avait pas encore été pleinement développée par lui à cette époque.

La correspondance entre Hooke et Newton s »est ensuite interrompue. Hooke s »est remis à essayer de tracer la trajectoire de la planète selon la loi des carrés inversés. Cependant, ces tentatives se sont également avérées infructueuses. Entre-temps, Newton est retourné à l »étude du mouvement planétaire et a résolu le problème.

Lorsque Newton préparait ses Éléments pour la publication, Hooke a exigé que Newton stipule la priorité de Hooke pour la loi de la gravitation dans la préface. Newton a objecté que Bullwald, Christopher Wren et Newton lui-même étaient arrivés à la même formule indépendamment et avant Hooke. Un conflit éclate qui empoisonne la vie des deux scientifiques.

Les auteurs modernes rendent hommage à la fois à Newton et à Hooke. La priorité de Hooke consiste à poser le problème de la construction de la trajectoire de la planète grâce à la superposition de sa chute vers le Soleil selon la loi des carrés inverses et du mouvement par inertie. Il est également possible que ce soit la lettre de Hooke qui ait directement encouragé Newton à terminer le problème. Cependant, Hooke lui-même n »a pas résolu le problème, et n »a pas non plus deviné l »universalité de la gravité,

Si l »on relie toutes les hypothèses et les réflexions de Hooke sur le mouvement des planètes et la gravitation, exprimées par lui pendant près de 20 ans, on retrouve presque toutes les conclusions principales des « Éléments » de Newton, mais exprimées sous une forme incertaine et peu prouvable. Sans résoudre le problème, Hooke a trouvé la réponse. Cependant, nous n »avons pas devant nous une pensée accidentelle, mais sans doute le fruit de longues années de travail. Hooke avait l »intuition géniale d »un physicien-expérimentateur qui discerne les véritables relations et lois de la nature dans un labyrinthe de faits. Dans l »histoire des sciences, nous rencontrons encore Faraday avec une intuition rare et similaire de l »expérimentateur, mais Hooke et Faraday n »étaient pas des mathématiciens. Une lutte sans but avec Newton pour la priorité a jeté une ombre sur le nom glorieux de Hooke, mais il est temps, après presque trois siècles, de rendre hommage à chacun. Hooke n »a pas pu suivre le chemin droit et immaculé des débuts mathématiques de Newton, mais par ses chemins détournés, dont nous ne trouvons plus aucune trace, il est arrivé au même endroit.

Les relations de Newton avec Hooke sont restées tendues par la suite. Par exemple, lorsque Newton a présenté à la Société une nouvelle construction du sextant qu »il avait inventé, Hooke a immédiatement déclaré qu »il avait inventé un tel dispositif plus de 30 ans auparavant (bien qu »il n »ait jamais construit de sextant). Cependant, Newton était conscient de la valeur scientifique des découvertes de Hooke et a mentionné son adversaire, aujourd »hui décédé, à plusieurs reprises dans son Optique.

Outre Newton, Hooke a eu des différends prioritaires avec de nombreux autres scientifiques anglais et continentaux, notamment Robert Boyle, qu »il a accusé de s »être approprié une amélioration de la pompe à air, et le secrétaire de la Royal Society, Oldenburg, affirmant que Huygens avait utilisé Oldenburg pour voler à Hooke l »idée de l »horloge à ressort spiralé.

Le mythe selon lequel Newton aurait ordonné la destruction de l »unique portrait de Hooke est discuté ci-dessous.

John Flemsteed, l »éminent astronome anglais, a rencontré Newton à Cambridge (1670) alors que Flemsteed était encore étudiant et Newton maître. Cependant, presque en même temps que Newton, Flemsteed devient également célèbre – en 1673, il publie des tables astronomiques d »une qualité exceptionnelle, pour lesquelles le roi lui accorde une audience personnelle et le titre d » »Astronome royal ». De plus, le roi fait construire un observatoire à Greenwich près de Londres et le met à la disposition de Flemstead. Cependant, le roi considère que l »argent destiné à équiper l »observatoire est une dépense inutile et la quasi-totalité des revenus de Flemsteed est utilisée pour construire des instruments et faire fonctionner l »observatoire.

Au début, la relation entre Newton et Flemsteed était bon enfant. Newton préparait une deuxième édition des Éléments et avait grand besoin d »observations précises de la lune pour construire et (la théorie du mouvement de la lune et des comètes de la première édition était insatisfaisante. Elle a également été importante pour la validation de la théorie de la gravitation de Newton, qui était fortement critiquée par les cartésiens du continent. Flemstead lui fournit volontiers les données demandées et, en 1694, Newton dit fièrement à Flemstead qu »une comparaison des données calculées et expérimentales montrait leur coïncidence pratique. Dans certaines lettres, Flemstead exhortait Newton à stipuler sa priorité, celle de Flemstead, si des observations étaient utilisées ; cela s »appliquait principalement à Halley, que Flemstead n »aimait pas et soupçonnait de malhonnêteté scientifique, mais pouvait également signifier un manque de confiance en Newton lui-même. Les lettres de Flemstead commencent à montrer du ressentiment :

Je suis d »accord : le fil a plus de valeur que l »or dont il est fait. J »ai pourtant ramassé cet or, je l »ai nettoyé et lavé, et je n »ose pas penser que vous appréciez si peu mon aide, simplement parce que vous l »avez reçue si facilement.

Le conflit ouvert a commencé par une lettre de Flemsteed dans laquelle il s »excusait d »avoir trouvé un certain nombre d »erreurs systématiques dans certaines des données fournies à Newton. Cela menaçait la théorie de la lune de Newton et l »obligeait à refaire ses calculs, tandis que la crédibilité des autres données était également ébranlée. Newton, qui ne tolère pas la malhonnêteté, est extrêmement irrité et soupçonne même Flemsteed d »avoir délibérément commis ces erreurs.

En 1704, Newton rendit visite à Flemstead, qui avait alors obtenu de nouvelles données d »observation extrêmement précises, et lui demanda de les lui transmettre ; en échange, Newton promit d »aider Flemstead à publier son œuvre majeure, le Great Star Catalog. Flemsteed commence cependant à tergiverser pour deux raisons : le catalogue n »est pas encore complet, il ne fait plus confiance à Newton et craint le vol de ses précieuses observations. Flemstead utilisait les calculatrices expérimentées qui lui étaient données pour compléter son travail afin de calculer la position des étoiles, tandis que Newton s »intéressait surtout à la lune, aux planètes et aux comètes. Enfin, en 1706, l »impression du livre commence, mais Flemstead, qui souffre de goutte douloureuse et devient de plus en plus méfiant, exige que Newton n »ouvre pas l »exemplaire scellé de l »imprimeur avant la fin de l »impression ; Newton, qui a besoin des données de toute urgence, ignore cette injonction et écrit les valeurs correctes. La tension a augmenté. Flemstead a fait un scandale à Newton pour avoir tenté d »apporter personnellement des corrections mineures aux erreurs. L »impression du livre s »est déroulée très lentement.

En raison de difficultés financières, Flemstead ne paie pas sa cotisation et est exclu de la Royal Society ; un nouveau coup dur vient de la reine qui, apparemment à la demande de Newton, transfère le contrôle de l »observatoire à la Society. Newton a donné un ultimatum à Flemsteed :

Vous avez présenté un catalogue imparfait dans lequel il manque beaucoup de choses, vous n »avez pas donné les positions des étoiles qui étaient souhaitables, et j »ai entendu dire que l »impression a maintenant cessé à cause de leur non fourniture. Nous attendons donc de vous que vous envoyiez la fin de votre catalogue au Dr. Arbetnott, ou au moins que vous lui envoyiez les données des observations nécessaires à la fin, afin que l »impression puisse se faire.

Newton a également menacé que tout retard supplémentaire serait considéré comme une insubordination aux ordres de Sa Majesté. En mars 1710, Flemsteed, après s »être vivement plaint de l »injustice et des intrigues de ses ennemis, remit néanmoins les dernières feuilles de son catalogue, et au début de 1712, le premier volume, intitulé Histoire céleste, fut publié. Il contenait toutes les données dont Newton avait besoin, et un an plus tard, une édition révisée d »Iniquité, avec une théorie de la lune beaucoup plus précise, ne tardait pas non plus à paraître. Le vindicatif Newton n »a pas inclus de remerciements à Flemsteed et a rayé toutes les références à ce dernier qui étaient présentes dans la première édition. En réponse, Flemsteed a brûlé dans sa cheminée les 300 exemplaires invendus du catalogue et a commencé à préparer une deuxième édition, déjà à son goût. Il mourut en 1719, mais grâce aux efforts de sa femme et de ses amis, cette remarquable édition, fierté de l »astronomie anglaise, fut publiée en 1725.

Le successeur de Flemsteed à l »Observatoire royal est Halley, qui a lui aussi immédiatement classé toutes ses observations pour empêcher ses rivaux de voler les données. Il n »y a pas eu de conflit avec Halley, mais lors des réunions de la Société, Newton a réprimandé à plusieurs reprises Halley pour son refus de partager les données dont Newton avait besoin.

À partir de documents existants, les historiens des sciences ont établi que Newton a créé le calcul différentiel et intégral dès 1665-1666, mais ne l »a pas publié avant 1704. Leibniz a développé sa version de l »analyse de manière indépendante (à partir de 1675), bien que l »impulsion initiale de sa pensée soit probablement venue de rumeurs selon lesquelles Newton disposait déjà d »un tel calcul, ainsi que de conversations scientifiques en Angleterre et de la correspondance avec Newton. Contrairement à Newton, Leibniz a immédiatement publié sa version et a ensuite, avec Jacob et Johann Bernoulli, largement promu cette découverte d »époque dans toute l »Europe. La plupart des scientifiques du continent n »avaient aucun doute sur le fait que Leibniz avait découvert l »analyse.

Répondant aux supplications de ses amis, qui faisaient appel à son patriotisme, Newton, dans le 2e livre de ses Éléments (1687), a déclaré :

Dans des lettres que j »ai échangées, il y a une dizaine d »années, avec un très habile mathématicien, M. Leibniz, je l »ai informé que je possédais une méthode pour déterminer les maxima et les minima, pour tracer les tangentes et pour résoudre des questions similaires, également applicable aux termes rationnels et irrationnels, et j »ai dissimulé cette méthode en changeant les lettres de la phrase suivante : « lorsqu »une équation contenant un nombre quelconque de quantités courantes est donnée, trouver les fluides et vice versa ». Le plus éminent mari me répondit, qu »il s »attaquait aussi à une telle méthode et me fit part de sa méthode, qui ne paraissait guère différente de la mienne, et cela seulement dans les termes et dans le lettrage des formules.

En 1693, lorsque Newton publie enfin le premier résumé de sa version de l »analyse, il échange des lettres amicales avec Leibniz. Newton a rapporté :

Notre Wallis a joint à son algèbre, qui vient de paraître, quelques-unes des lettres que je vous ai écrites en mon temps. Ce faisant, il m »a demandé d »exposer ouvertement la méthode que je vous avais alors cachée en réorganisant les lettres ; je l »ai fait aussi brièvement que possible. J »espère que je n »ai rien écrit qui puisse vous être désagréable, et si c »était le cas, je vous prie de m »en informer, car les amis me sont plus chers que les découvertes mathématiques.

Après la première publication détaillée de l »analyse de Newton (appendice mathématique de l »Optica, 1704), une critique anonyme parut dans les Acta eruditorum de Leibniz avec des allusions insultantes à Newton. La revue indique clairement que Leibniz est l »auteur du nouveau calcul. Leibniz lui-même a fermement nié que la revue ait été écrite par lui, mais des historiens ont réussi à trouver un brouillon écrit de sa main. Newton a ignoré l »article de Leibniz, mais ses étudiants ont réagi avec indignation, après quoi une guerre de priorité à l »échelle européenne a éclaté, « la querelle la plus honteuse de toute l »histoire des mathématiques ».

Le 31 janvier 1713, la Royal Society reçoit une lettre de Leibniz contenant une formulation conciliante : il reconnaît que Newton est parvenu à sa propre analyse « sur des principes généraux similaires aux nôtres ». Un Newton irrité a exigé qu »une commission internationale soit mise en place pour clarifier la priorité. Cela ne tarde pas : un mois et demi plus tard, après avoir étudié la correspondance de Newton avec Oldenburg et d »autres documents, la commission reconnaît à l »unanimité la priorité de Newton, et dans une formulation, cette fois-ci insultante pour Leibniz. La décision de la commission a été imprimée dans les Actes de la Société, avec toutes les pièces justificatives jointes. Stephen Hawking et Leonard Mlodinow, dans Une brève histoire du temps, affirment que le comité n »était composé que de scientifiques fidèles à Newton et que la plupart des articles en faveur de Newton ont été écrits de sa propre main, puis publiés au nom d »amis.

En réponse, dès l »été 1713, l »Europe est inondée de pamphlets anonymes qui défendent la priorité de Leibniz et affirment que « Newton s »approprie l »honneur qui revient à un autre ». Les pamphlets accusent également Newton de voler les résultats de Hooke et Flemsteed. Les amis de Newton, quant à eux, accusent Leibniz lui-même de plagiat ; selon leur version, alors qu »il était à Londres (1676), Leibniz avait lu des articles et des lettres non publiés de Newton à la Royal Society, après quoi Leibniz avait publié ces idées et les avait fait passer pour les siennes.

La guerre se poursuit sans relâche jusqu »en décembre 1716, date à laquelle l »abbé d »Antonio Schinella Conti déclare à Newton : « Leibniz est mort – le conflit est terminé ».

Les travaux de Newton marquent une nouvelle ère en physique et en mathématiques. Il a achevé la création, commencée par Galilée, d »une physique théorique basée, d »une part, sur des données expérimentales et, d »autre part, sur des descriptions quantitatives et mathématiques de la nature. En mathématiques, de puissantes méthodes d »analyse sont apparues. En physique, la construction de modèles mathématiques adéquats des processus naturels et l »étude intensive de ces modèles avec l »implication systématique de toute la puissance du nouvel appareil mathématique sont devenues la principale méthode de recherche sur la nature. Les siècles qui ont suivi ont prouvé l »extraordinaire fécondité de cette approche.

La philosophie et la méthode scientifique

Newton a fermement rejeté l »approche populaire de Descartes et de ses disciples cartésiens à la fin du 17e siècle, qui prescrivait que pour construire une théorie scientifique, il fallait d »abord, par le « discernement de l »esprit », trouver les « causes profondes » du phénomène étudié. Dans la pratique, cette approche a souvent conduit à des hypothèses farfelues sur des « substances » et des « propriétés cachées » qui ne pouvaient être vérifiées par l »expérience. Newton pensait qu »en « philosophie naturelle » (c »est-à-dire en physique), seules les hypothèses (« principes », auxquels on préfère maintenant le nom de « lois de la nature »), qui découlent directement d »expériences fiables, généralisant leurs résultats, sont autorisées ; il appelait les hypothèses, insuffisamment étayées par des expériences, des hypothèses. » Tout … qui n »est pas déduit des phénomènes doit être appelé hypothèse ; les hypothèses de propriétés métaphysiques, physiques, mécaniques, cachées n »ont pas leur place dans la philosophie expérimentale « . Des exemples de principes sont la loi de la gravitation et les 3 lois de la mécanique dans les « Éléments » ; le mot « principes » (Principia Mathematica, traditionnellement traduit par « principes mathématiques ») est également contenu dans le titre de son livre principal.

Dans une lettre à Pardis, Newton a formulé la « règle d »or de la science » :

La méthode la meilleure et la plus sûre pour philosopher, me semble-t-il, devrait être d »abord d »étudier diligemment les propriétés des choses et d »établir ces propriétés par l »expérience, puis de s »orienter progressivement vers des hypothèses expliquant ces propriétés. Les hypothèses ne peuvent être utiles que pour expliquer les propriétés des choses, mais il n »est pas nécessaire de les charger de la responsabilité de définir ces propriétés au-delà des limites révélées par l »expérience… après tout, de nombreuses hypothèses peuvent être inventées pour expliquer toute nouvelle difficulté.

Une telle approche non seulement mettait les fantaisies spéculatives en dehors de la science (par exemple, le raisonnement cartésien sur les propriétés de la « matière subtile », comme pour expliquer les phénomènes électromagnétiques), mais elle était plus souple et plus fructueuse, car elle permettait la modélisation mathématique de phénomènes pour lesquels aucune cause fondamentale n »avait encore été découverte. C »est le cas de la gravitation et de la théorie de la lumière – leur nature est devenue claire beaucoup plus tard, ce qui n »a pas empêché l »application réussie des modèles newtoniens pendant des siècles.

La célèbre phrase « Hypotheses non fingo » ne signifie pas, bien sûr, que Newton a sous-estimé l »importance de trouver les « causes profondes » si elles sont confirmées sans équivoque par l »expérience. Les principes généraux issus de l »expérience et leurs corollaires doivent également faire l »objet d »une vérification expérimentale, qui peut conduire à une correction, voire à un changement de principes. « Toute la difficulté de la physique (…) consiste à reconnaître les forces de la nature à partir des phénomènes de mouvement, puis à expliquer les autres phénomènes par ces forces ».

Newton, comme Galilée, pensait que tous les processus naturels étaient basés sur un mouvement mécanique :

Il serait souhaitable de déduire des principes de la mécanique le reste des phénomènes de la nature… car beaucoup de choses me font supposer que tous ces phénomènes sont causés par certaines forces, grâce auxquelles les particules des corps, pour des raisons encore inconnues, soit tendent les unes vers les autres et se réunissent en figures régulières, soit se repoussent mutuellement et s »éloignent les unes des autres. Ces forces étant inconnues, les tentatives des philosophes pour expliquer les phénomènes de la nature sont restées vaines jusqu »à présent.

Newton a formulé sa méthode scientifique dans son livre Optique :

Comme en mathématiques, comme dans l »examen de la nature, dans l »étude des questions difficiles, la méthode analytique doit précéder la méthode synthétique. Cette analyse consiste à déduire par induction des conclusions générales à partir d »expériences et d »observations et à n »admettre aucune objection à leur encontre qui ne proviendrait pas d »expériences ou d »autres vérités fiables. Car les hypothèses ne sont pas prises en compte dans la philosophie expérimentale. Bien que les résultats obtenus par induction à partir d »expériences et d »observations ne puissent pas encore servir de preuve de conclusions générales, cela reste la meilleure façon de tirer des conclusions, ce que la nature des choses permet.

Livre 3 des Commencements (dont le premier est une variante du Rasoir d »Occam :

Règle I. On ne doit pas admettre dans la nature d »autres causes que celles qui sont vraies et suffisantes pour expliquer les phénomènes… la nature ne fait rien en vain, mais il serait vain d »accomplir par beaucoup ce qui peut être fait par moins. La nature est simple et ne se complaît pas dans les causes superflues des choses…

Les vues mécanistes de Newton se sont avérées fausses – tous les phénomènes naturels ne dérivent pas d »un mouvement mécanique. Cependant, sa méthode scientifique s »est imposée dans la science. La physique moderne a réussi à étudier et à appliquer des phénomènes dont la nature n »a pas encore été clarifiée (par exemple, les particules élémentaires). Depuis Newton, les sciences naturelles ont développé la ferme conviction que le monde est connaissable parce que la nature est organisée selon des principes mathématiques simples. Cette certitude est devenue la base philosophique des formidables progrès de la science et de la technologie.

Mathématiques

Newton fait ses premières découvertes mathématiques alors qu »il est encore étudiant : la classification des courbes algébriques d »ordre 3 (les courbes d »ordre 2 ont été étudiées par Fermat) et l »expansion binomiale de degré arbitraire (pas nécessairement entier), qui amorce la théorie des séries infinies de Newton – un nouvel outil d »analyse des plus puissants. Newton considérait l »expansion de séries comme la méthode fondamentale et générale d »analyse des fonctions, et c »est en cela qu »il a atteint le sommet de l »excellence. Il a utilisé les séries pour calculer des tableaux, pour résoudre des équations (y compris des équations différentielles) et pour étudier le comportement des fonctions. Newton a pu obtenir des décompositions pour toutes les fonctions standard de l »époque.

Newton a développé le calcul différentiel et intégral en même temps que G. Leibniz (un peu plus tôt) et indépendamment de lui. Avant Newton, les opérations avec les infinitésimaux n »étaient pas intégrées dans une théorie unifiée et étaient de l »ordre des mots d »esprit épars (voir Méthode des indivisibles). La création d »une analyse mathématique systématique a réduit la solution des problèmes pertinents, dans une large mesure, à un niveau technique. Un ensemble de concepts, d »opérations et de symboles est apparu, qui est devenu le point de départ du développement ultérieur des mathématiques. Le siècle suivant, le XVIIIe siècle, a été un siècle de développement rapide et extrêmement fructueux des méthodes analytiques.

Il est probable que Newton soit arrivé à l »idée de l »analyse par le biais des méthodes de différences, qu »il a traitées de manière approfondie et détaillée. Le point de départ du calcul différentiel et intégral est constitué par les travaux de Cavalieri et surtout de Fermat, qui était déjà capable (pour les courbes algébriques) de tracer des tangentes, de trouver les extrema, les points d »inflexion et la courbure de la courbe, et de calculer l »aire de son segment. Parmi ses autres prédécesseurs, Newton lui-même a nommé Wallis, Barrow et le scientifique écossais James Gregory. Le concept de fonction n »existait pas encore ; il traitait toutes les courbes de manière cinématique comme les trajectoires d »un point en mouvement.

Déjà en tant qu »étudiant, Newton a compris que la différenciation et l »intégration sont des opérations réciproques. Ce théorème de base de l »analyse était déjà apparu plus ou moins clairement dans les travaux de Torricelli, Gregory et Barrow, mais seul Newton s »est rendu compte que sur cette base, on pouvait faire non seulement des découvertes individuelles, mais un puissant calcul systématique, comme l »algèbre, avec des règles claires et des possibilités gigantesques.

Newton ne s »est pas soucié de publier sa version de l »analyse pendant près de 30 ans, bien que dans des lettres (notamment à Leibniz) il ait volontiers partagé une grande partie de ce qu »il avait réalisé. Entre-temps, la version de Leibniz a circulé largement et ouvertement en Europe depuis 1676. Ce n »est qu »en 1693 que la première présentation de la version de Newton apparaît – en annexe du Treatise on Algebra de Wallis. Il faut reconnaître que la terminologie et le symbolisme de Newton sont plutôt maladroits par rapport à ceux de Leibniz : fluxia (dérivée), fluenta (première forme), moment de la quantité (différentielle), etc. Seule la notation newtonienne « o » pour l »infinitésimal dt a survécu en mathématiques (cependant, cette lettre était utilisée auparavant par Grégoire dans le même sens), ainsi que le point au-dessus de la lettre comme symbole de la dérivée temporelle.

Newton n »a publié un exposé suffisamment complet des principes de l »analyse que dans On the Quadrature of Curves (1704), joint à sa monographie Optics. Presque tout le matériel exposé était prêt dans les années 1670-1680, mais ce n »est que maintenant que Gregory et Halley ont persuadé Newton de publier l »ouvrage, qui, avec 40 ans de retard, est devenu le premier ouvrage imprimé de Newton sur l »analyse. Newton y fait apparaître les dérivées d »ordres supérieurs, trouve les valeurs des intégrales d »une variété de fonctions rationnelles et irrationnelles, et donne des exemples de solutions d »équations différentielles du premier ordre.

En 1707, un livre intitulé Universal Arithmetic a été publié. Il contient une variété de méthodes numériques. Newton a toujours accordé une grande attention aux solutions approximatives des équations. La célèbre méthode de Newton a permis de trouver les racines des équations avec une rapidité et une précision inimaginables auparavant (publiée dans Wallis » Algebra, 1685). La forme moderne de la méthode itérative de Newton a été donnée par Joseph Raphson (1690).

En 1711, « L »analyse au moyen d »équations à nombre infini de termes » est finalement imprimée, 40 ans plus tard. Dans ce travail, Newton explore les courbes algébriques et « mécaniques » (cycloïde, quadratrix) avec la même facilité. Les dérivées partielles apparaissent. La même année, la « Méthode des différences » a été publiée, où Newton a proposé une formule d »interpolation permettant de passer par (n + 1) points de données avec des abscisses équidistantes ou inégalement espacées du polynôme d »ordre n. Il s »agit de la formule de différence analogue à la formule de Taylor.

En 1736, il publie à titre posthume son dernier ouvrage « Méthode des fluctuations et des séries infinies », sensiblement avancé par rapport à « Analyse au moyen d »équations ». Il contient de nombreux exemples de recherche d »extrémités, de tangentes et de normales, de calcul de rayons et de centres de courbure en coordonnées cartésiennes et polaires, de recherche de points d »inflexion, etc. Dans le même travail, des carrés et des redressements de diverses courbes sont également réalisés.

Newton a non seulement développé l »analyse de manière assez complète, mais a également tenté de justifier ses principes de manière rigoureuse. Alors que Leibniz tendait vers l »idée d »infinitésimaux réels, Newton proposait (dans les Éléments) une théorie générale des transitions limites, qu »il appelait de manière un peu fleurie « la méthode des premières et dernières relations ». C »est le terme moderne « limite » (lat. limes) qui est utilisé, bien qu »il n »y ait pas de description intelligible de l »essence du terme, ce qui implique une compréhension intuitive. La théorie des limites est donnée dans 11 lemmes du livre I des Commencements ; un lemme est aussi dans le livre II. L »arithmétique des limites est absente, il n »y a pas de preuve de l »unicité de la limite et sa relation avec les infinitésimaux n »est pas révélée. Cependant, Newton souligne à juste titre la plus grande rigueur de cette approche par rapport à la méthode « grossière » de l »indivisible. Cependant, dans le livre II, en introduisant les « moments » (différentiels), Newton brouille à nouveau les pistes, en les traitant en fait comme de véritables infinitésimaux.

Il convient de noter que Newton n »était pas du tout intéressé par la théorie des nombres. Apparemment, il était beaucoup plus intéressé par la physique que par les mathématiques.

Mécanique

On attribue à Newton la résolution de deux problèmes fondamentaux.

En outre, Newton a définitivement enterré la notion, ancrée depuis l »Antiquité, selon laquelle les lois du mouvement des corps terrestres et célestes sont complètement différentes. Dans son modèle du monde, l »univers entier est soumis à une loi unique qui permet une formulation mathématique.

L »axiomatique de Newton consistait en trois lois, qu »il a lui-même formulées comme suit.

1. Tout corps continue à être maintenu dans un état de repos ou de mouvement uniforme et rectiligne jusqu »à ce qu »il soit contraint par une force appliquée à changer cet état. 2. Le changement de la quantité de mouvement est proportionnel à la force appliquée et se produit dans la direction de la ligne droite le long de laquelle cette force agit. 3. À une action correspond toujours une contre-action égale et opposée, sinon, les interactions de deux corps entre eux sont égales et dirigées dans des directions opposées.

La première loi (loi d »inertie), sous une forme moins claire, a été publiée par Galilée. Galilée a autorisé la libre circulation non seulement en ligne droite, mais aussi en cercle (apparemment pour des raisons astronomiques). Galilée a également formulé le plus important principe de relativité, que Newton n »a pas inclus dans son axiomatique, car ce principe est une conséquence directe des équations de la dynamique pour les processus mécaniques (conséquence V dans les Éléments). En outre, Newton considérait l »espace et le temps comme des concepts absolus, unifiés pour l »ensemble de l »univers, et le soulignait explicitement dans ses Éléments.

Newton a également donné des définitions strictes de concepts physiques tels que la quantité de mouvement (non clairement utilisée par Descartes) et la force. Il a introduit en physique le concept de masse comme mesure de l »inertie et, en même temps, les propriétés gravitationnelles. Auparavant, les physiciens utilisaient le concept de poids, mais le poids d »un corps dépend non seulement du corps lui-même, mais aussi de son environnement (par exemple, la distance par rapport au centre de la Terre), de sorte qu »une nouvelle caractéristique invariante était nécessaire.

Euler et Lagrange ont achevé la mathématisation de la mécanique.

Gravitation universelle et astronomie

Aristote et ses partisans voyaient la gravité comme la poussée des corps du « monde sublunaire » vers leur place naturelle. D »autres philosophes de l »Antiquité (dont Empédocle et Platon) considéraient la gravité comme la tendance des corps apparentés à se rejoindre. Au XVIe siècle, ce point de vue a été soutenu par Nicolas Copernic, dont le système héliocentrique considérait la Terre comme une planète parmi d »autres. Des points de vue similaires étaient défendus par Giordano Bruno et Galileo Galilei. Johannes Kepler pensait que ce n »était pas la force intérieure des corps qui les faisait tomber, mais la force d »attraction de la Terre. Ce n »est pas seulement la Terre qui attire la pierre, mais la pierre qui attire aussi la Terre. Selon lui, la force de gravité s »étend au moins jusqu »à la Lune. Dans ses derniers écrits, il a suggéré que la gravité diminue avec la distance et que tous les corps du système solaire sont soumis à une attraction mutuelle. La nature physique de la gravité a été tentée par René Descartes, Gilles Roberval, Christiaan Huygens et d »autres scientifiques du 17ème siècle.

Kepler est le premier à suggérer que le mouvement des planètes est contrôlé par des forces provenant du Soleil. Dans sa théorie, ces forces sont au nombre de trois : l »une, circulaire, pousse la planète le long de l »orbite, agissant tangentiellement à la trajectoire (grâce à cette force, la planète se déplace), l »autre attire et repousse la planète du Soleil (grâce à elle, l »orbite de la planète est elliptique) et la troisième agit sur le plan de l »écliptique (l »orbite de la planète se trouve donc dans un seul plan). Il considérait que la force circulaire diminuait en proportion inverse de la distance au Soleil. Aucune de ces trois forces n »a été identifiée à la gravité. La théorie de Kepler a été rejetée par le principal astronome théorique du milieu du 17e siècle, Ismael Bulliald, qui pensait, premièrement, que les planètes se déplacent autour du Soleil non pas sous l »influence de forces provenant de celui-ci, mais par mouvement interne, et deuxièmement, que si une force circulaire existait, elle diminuerait inversement à la deuxième puissance de la distance, et non à la première puissance comme le pensait Kepler. Descartes croyait que les planètes étaient portées autour du Soleil par des tourbillons géants.

Jeremy Horrocks a suggéré qu »il existe une force provenant du Soleil qui contrôle le mouvement des planètes. Selon Giovanni Alfonso Borelli, trois forces proviennent du Soleil : celle qui propulse la planète le long de son orbite, celle qui attire la planète vers le Soleil et celle qui repousse la planète (centrifuge). L »orbite elliptique d »une planète est le résultat de l »opposition de ces deux dernières. En 1666, Robert Hooke a suggéré que la force d »attraction vers le Soleil suffit à expliquer le mouvement planétaire. Il suffit de supposer que l »orbite planétaire est le résultat de la combinaison (superposition) de la chute sur le Soleil (due à la force d »attraction) et du mouvement par inertie (tangentiel à la trajectoire de la planète). Selon lui, cette superposition de mouvements est responsable de la forme elliptique de la trajectoire de la planète autour du Soleil. Des vues similaires, mais sous une forme plutôt incertaine, ont également été exprimées par Christopher Wren. Hooke et Wren ont deviné que la force gravitationnelle diminue en proportion inverse du carré de la distance au Soleil.

Cependant, personne avant Newton n »avait été capable de prouver clairement et mathématiquement le lien entre la loi de la gravitation (force inversement proportionnelle au carré de la distance) et les lois du mouvement planétaire (lois de Kepler). De plus, c »est Newton qui a été le premier à deviner que la gravité agit entre deux corps quelconques dans l »univers ; le mouvement d »une pomme qui tombe et la rotation de la lune autour de la terre sont régis par la même force. Enfin, Newton n »a pas simplement publié la formule supposée de la loi de la gravitation universelle, mais a réellement proposé un modèle mathématique complet :

Ensemble, cette triade est suffisante pour étudier pleinement les mouvements les plus complexes des corps célestes, jetant ainsi les bases de la mécanique céleste. Ainsi, ce n »est qu »avec les écrits de Newton que commence la science de la dynamique, y compris son application au mouvement des corps célestes. Jusqu »à la création de la théorie de la relativité et de la mécanique quantique, aucune modification fondamentale du modèle en question n »a été nécessaire, même si l »appareil mathématique a dû être considérablement développé.

Le premier argument en faveur du modèle newtonien était la dérivation rigoureuse des lois empiriques de Kepler à partir de celui-ci. L »étape suivante a été la théorie du mouvement des comètes et de la lune, exposée dans Inception. Plus tard, à l »aide de la gravitation newtonienne, tous les mouvements observés des corps célestes ont été expliqués avec une grande précision ; un grand mérite revient à Euler, Clero et Laplace, qui ont développé la théorie des perturbations à cette fin. Les bases de cette théorie ont été posées par Newton, qui a analysé le mouvement de la lune en utilisant sa méthode habituelle d »expansion des séries ; il a ainsi découvert les raisons des irrégularités (inégalités) connues à l »époque dans le mouvement de la lune.

La loi de la gravitation a résolu non seulement les problèmes de mécanique céleste, mais aussi un certain nombre de problèmes physiques et astrophysiques. Newton a donné une méthode pour déterminer les masses du soleil et des planètes. Il a découvert la cause des marées : l »attraction de la lune (même Galilée considérait que les marées étaient un effet centrifuge). De plus, il a calculé la masse de la Lune avec une bonne précision après avoir traité des années de données sur la hauteur de la marée. Une autre conséquence de la gravitation était la précession de l »axe de la Terre. Newton a découvert que, parce que la Terre est aplatie près des pôles, son axe est tiré par l »attraction de la lune et du soleil dans une dérive constante et lente avec une période de 26 000 ans. De cette façon, l »ancien problème des « équinoxes précédents » (noté pour la première fois par Hipparque) a trouvé une explication scientifique.

La théorie de la gravitation de Newton a donné lieu à de nombreuses années de débats et de critiques sur son concept à long terme. Cependant, les succès exceptionnels de la mécanique céleste au XVIIIe siècle ont confirmé l »opinion selon laquelle le modèle newtonien était adéquat. Les premières déviations observables de la théorie de Newton en astronomie (déplacement de la périhélie de Mercure) n »ont été découvertes que 200 ans plus tard. Ces déviations ont rapidement été expliquées par la théorie générale de la relativité (la théorie newtonienne s »est avérée être une approximation. La RG a également donné un contenu physique à la théorie de la gravitation, en spécifiant un support matériel de la force gravitationnelle – la métrique espace-temps – et a permis de se débarrasser de l »action à longue portée.

Optique et théorie de la lumière

Newton a fait des découvertes fondamentales en optique. Il a construit le premier télescope à miroir (réflecteur) dans lequel, contrairement aux télescopes à lentille pure, il n »y avait pas d »aberration chromatique. Il a également étudié en détail la dispersion de la lumière, a montré que le passage de la lumière blanche à travers un prisme transparent, elle se décompose en une série continue de rayons de différentes couleurs en raison de la réfraction différente des rayons de différentes couleurs, ainsi Newton a jeté les bases de la théorie correcte de la couleur. Newton a créé la théorie mathématique des anneaux d »interférence découverts par Hooke, qui ont depuis été appelés « anneaux de Newton ». Dans une lettre à Flemsteed, il expose une théorie détaillée de la réfraction astronomique. Mais sa principale réalisation a été d »établir les fondements de l »optique physique (et pas seulement géométrique) en tant que science et de développer sa base mathématique, transformant la théorie de la lumière d »une collection désordonnée de faits en une science au contenu qualitatif et quantitatif riche, bien ancrée expérimentalement. Les expériences optiques de Newton sont devenues un modèle de recherche physique approfondie pendant des décennies.

Au cours de cette période, de nombreuses théories spéculatives sur la lumière et la chromaticité ont vu le jour. Aristote (« les différentes couleurs sont un mélange de lumière et d »obscurité dans des proportions différentes ») et Descartes (« les différentes couleurs sont créées par la rotation des particules de lumière à des vitesses différentes ») se sont principalement battus. Hooke dans sa micrographie (1665) a proposé une variante de la vision aristotélicienne. Beaucoup pensaient que la couleur n »est pas un attribut de la lumière, mais d »un objet éclairé. La discorde générale est exacerbée par une cascade de découvertes au XVIIe siècle : diffraction (1665, Grimaldi), interférences (1665, Hooke), réfraction à double rayon (1670, Erasmus Bartolin, étudié par Huygens), estimation de la vitesse de la lumière (1675, Römer). Il n »y avait aucune théorie de la lumière compatible avec tous ces faits.

Dans son discours à la Royal Society, Newton réfute Aristote et Descartes et prouve de manière convaincante que la lumière blanche n »est pas primaire, mais qu »elle est constituée de composants colorés ayant des « degrés de réfraction » différents. Ces composants sont primaires – aucune astuce de Newton ne pourrait changer leur couleur. Ainsi, le sens subjectif de la couleur avait une base objective solide – dans la terminologie moderne, la longueur d »onde de la lumière, qui pouvait être jugée par le degré de réfraction.

En 1689, Newton a cessé de publier dans le domaine de l »optique (bien qu »il ait poursuivi ses recherches) – selon la légende populaire, il avait juré de ne rien publier dans ce domaine du vivant de Hooke. Quoi qu »il en soit, en 1704, l »année suivant la mort de Hooke, sa monographie Optics est publiée (en anglais). Dans la préface, on trouve une allusion claire à un conflit avec Hooke : « Ne voulant pas être entraîné dans des disputes sur diverses questions, j »ai retardé cette publication et je l »aurais encore retardée, si mes amis n »avaient pas insisté. Du vivant de l »auteur, l »Optica, comme les Éléments, a connu trois éditions (1704, 1717, 1721) et de nombreuses traductions, dont trois en latin.

Les historiens distinguent deux groupes d »hypothèses sur la nature de la lumière à l »époque.

Newton est souvent considéré comme un partisan de la théorie corpusculaire de la lumière ; en fait, il n »a pas, comme il en avait l »habitude, émis d » »hypothèses » et a admis sans hésiter que la lumière pouvait également être liée à des ondes dans l »éther. Dans un traité soumis à la Royal Society en 1675, il écrit que la lumière ne peut pas être simplement des vibrations dans l »éther, car elle pourrait alors, par exemple, se propager dans un tube courbe comme le fait le son. Mais, d »autre part, il suggère que la propagation de la lumière excite des vibrations dans l »éther, ce qui donne lieu à la diffraction et à d »autres effets ondulatoires. En substance, Newton, clairement conscient des mérites et des démérites des deux approches, propose un compromis, la théorie de la lumière à ondes corpusculaires. Dans ses ouvrages, Newton décrit en détail un modèle mathématique des phénomènes lumineux, laissant de côté la question du support physique de la lumière : « Ma doctrine de la réfraction de la lumière et des couleurs consiste uniquement dans l »établissement de certaines propriétés de la lumière sans aucune hypothèse sur son origine. L »optique ondulatoire, lorsqu »elle est apparue, n »a pas rejeté les modèles de Newton, mais les a absorbés et étendus sur une nouvelle base.

Malgré son aversion pour les hypothèses, Newton a placé une liste de problèmes non résolus et de réponses possibles à la fin de l »Optique. Cependant, à cette époque, il pouvait se le permettre – l »autorité de Newton était devenue incontestable après les « Éléments » et peu de gens osaient le harceler avec des objections. Un certain nombre de ses hypothèses se sont révélées prophétiques. En particulier, Newton a prédit :

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Autres travaux en physique

Newton a été le premier à déduire la vitesse du son dans un gaz, sur la base de la loi de Boyle-Mariotte. Il a suggéré l »existence de la loi du frottement visqueux et a décrit la compression hydrodynamique d »un jet. Il a proposé la formule de la loi de résistance d »un corps dans un milieu dilué (formule de Newton) et sur sa base, il a examiné l »un des premiers problèmes concernant la forme la plus favorable du corps aérodynamique (problème aérodynamique de Newton). Dans les Éléments, il a exprimé et argumenté l »hypothèse correcte selon laquelle une comète possède un noyau solide dont l »évaporation sous l »influence de la chaleur solaire forme une vaste queue toujours dirigée à l »opposé du soleil. Newton s »est également intéressé au transfert de chaleur, l »un des résultats étant appelé la loi de Newton-Richmann.

Newton a prédit l »aplatissement de la Terre aux pôles, estimant qu »il était d »environ 1:230. Newton a utilisé le modèle d »un fluide homogène pour décrire la Terre, a appliqué la loi de la gravitation universelle et a pris en compte la force centrifuge. À la même époque, Huygens, qui ne croyait pas à la force de gravitation à longue portée et abordait le problème de manière purement cinématique, a effectué des calculs similaires. En conséquence, Huygens a prédit une compression deux fois moins importante que celle de Newton, 1:576. De plus, Cassini et d »autres cartésiens ont prouvé que la Terre n »était pas comprimée, mais étirée aux pôles comme un citron. Par la suite, mais pas immédiatement (la compression réelle est de 1:298. La raison de la différence entre cette valeur et la valeur de Huygens suggérée par Newton est que le modèle de fluide homogène n »est pas encore tout à fait exact (la densité augmente nettement avec la profondeur). Une théorie plus précise, qui prend explicitement en compte la dépendance de la densité à la profondeur, n »a été développée qu »au 19ème siècle.

Étudiants

Strictement parlant, Newton n »avait pas d »élèves directs. Cependant, toute une génération de scientifiques anglais a grandi grâce à ses livres et à son contact, et se sont donc considérés comme des élèves de Newton. Parmi les plus connus, citons :

Chimie et alchimie

Parallèlement aux recherches qui ont jeté les bases de la tradition scientifique (physique et mathématique) actuelle, Newton a consacré beaucoup de temps à l »alchimie ainsi qu »à la théologie. Les livres sur l »alchimie représentaient un dixième de sa bibliothèque. Il ne publia aucun ouvrage sur la chimie ou l »alchimie, et le seul résultat connu de cette longue fascination fut le grave empoisonnement de Newton en 1691. Lorsque le corps de Newton a été exhumé, des niveaux dangereux de mercure ont été trouvés dans son corps.

Stukeley rappelle que Newton a écrit un traité de chimie « expliquant les principes de cet art mystérieux sur la base de preuves expérimentales et mathématiques », mais le manuscrit a malheureusement brûlé dans un incendie et Newton n »a pas tenté de le récupérer. Les lettres et notes qui subsistent suggèrent que Newton envisageait la possibilité d »une certaine unification des lois de la physique et de la chimie en un système unifié du monde ; il a émis plusieurs hypothèses à ce sujet à la fin de l »Optique.

Б. Kuznetsov pense que les études alchimiques de Newton étaient des tentatives de découvrir la structure atomistique de la matière et d »autres formes de matière (par exemple, la lumière, la chaleur, le magnétisme). L »intérêt de Newton pour l »alchimie était désintéressé et plutôt théorique :

Son atomistique est basée sur l »idée d »une hiérarchie de corpuscules formés par des forces d »attraction mutuelle des parties de moins en moins intenses. Cette idée d »une hiérarchie infinie de particules discrètes de matière est liée à l »idée de l »unité de la matière. Newton ne croyait pas à l »existence d »éléments incapables de se transformer les uns en les autres. Au contraire, il a supposé que l »idée de l »indécomposabilité des particules et par conséquent des différences qualitatives entre les éléments était liée aux possibilités historiquement limitées de la technologie expérimentale.

Cette hypothèse est confirmée par la propre déclaration de Newton : « L »alchimie ne traite pas des métaux, comme le pensent les ignorants. Cette philosophie n »est pas de celles qui servent la vanité et la tromperie, elle sert plutôt à profiter et à édifier, tandis que l »essentiel ici est la connaissance de Dieu ».

Théologie

En tant qu »homme profondément religieux, Newton considérait la Bible (ainsi que tout le reste) d »un point de vue rationaliste. Le rejet par Newton de la trinité de Dieu semble être lié à cette approche. La plupart des historiens pensent que Newton, qui a travaillé pendant de nombreuses années au College of the Holy Trinity, ne croyait pas lui-même en la Trinité. Les chercheurs qui ont étudié ses travaux théologiques ont découvert que les opinions religieuses de Newton étaient proches de l »arianisme hérétique (voir l »article de Newton « A Historical Tracing of Two Notable Distortions of Holy Scripture »).

Le degré de proximité des vues de Newton avec les diverses hérésies condamnées par l »Église a été évalué de différentes manières. L »historien allemand Fiesenmayer a suggéré que Newton acceptait la Trinité, mais plus près de la compréhension orientale, orthodoxe, de celle-ci. L »historien américain Stephen Snobelin, citant un certain nombre de preuves documentaires, a fermement rejeté cette opinion et a classé Newton comme un socinien.

Toutefois, à l »extérieur, Newton est resté fidèle à l »Église d »État d »Angleterre. Il y avait une bonne raison à cela : le statut de 1697 sur la suppression du blasphème et de l »impiété pour avoir nié l »une des personnes de la Trinité prévoyait la perte des droits civils et, en cas de récidive, l »emprisonnement. Par exemple, William Whiston, l »ami de Newton, a été déchu de son rang de professeur et expulsé de l »université de Cambridge en 1710 pour avoir affirmé que le credo de l »Église primitive était l »arianisme. Cependant, dans des lettres adressées à des personnes partageant les mêmes idées (Locke, Halley et d »autres), Newton était tout à fait franc.

En plus de l »antitrinitarisme, la vision religieuse de Newton contient des éléments de déisme. Newton croyait en la présence matérielle de Dieu en tout point de l »univers et désignait l »espace comme le « sensorium de Dieu » (en latin sensorium Dei). Cette idée panthéiste réunit en un seul tout les vues scientifiques, philosophiques et théologiques de Newton, « tous les domaines d »intérêt de Newton, de la philosophie naturelle à l »alchimie, représentent des projections différentes et en même temps des contextes différents de cette idée centrale qui lui appartenait indivisiblement ».

Newton a publié (en partie) les résultats de ses études théologiques tard dans sa vie, mais celles-ci ont commencé bien plus tôt, au plus tard en 1673. Newton a proposé sa propre version de la chronologie biblique, a laissé des travaux sur l »herméneutique biblique et a écrit un commentaire sur l »Apocalypse. Il a étudié la langue hébraïque, a étudié la Bible selon la méthode scientifique, en utilisant des calculs astronomiques liés aux éclipses solaires, des analyses linguistiques, etc. pour étayer ses vues. Selon ses calculs, la fin du monde n »interviendra pas avant 2060.

Les manuscrits théologiques de Newton sont aujourd »hui conservés à Jérusalem, à la Bibliothèque nationale.

L »inscription sur la tombe de Newton se lit comme suit :

Ici repose Sir Isaac Newton, qui, avec un pouvoir de raison presque divin, a été le premier à expliquer avec sa méthode mathématique les mouvements et les formes des planètes, les trajectoires des comètes et les marées des océans.

Une statue érigée pour Newton au Trinity College en 1755 porte des vers de Lucrèce gravés dessus :

Newton lui-même estimait ses réalisations de manière plus modeste :

Je ne sais pas comment le monde me perçoit, mais je me vois comme un garçon jouant sur la plage, qui s »amuse à chercher de temps en temps un galet plus coloré ou un beau coquillage, alors que le grand océan de la vérité s »étend devant moi sans être exploré.

Lagrange a déclaré : « Newton était le plus heureux des mortels, car il n »y a qu »un seul univers et Newton a découvert ses lois.

L »ancienne prononciation russe du nom de famille de Newton est « Nevton ». M. V. Lomonosov le mentionne respectueusement, avec Platon, dans ses poèmes :

Selon A. Einstein, « Newton a été le premier à tenter de formuler des lois élémentaires qui régissent le déroulement temporel d »une large classe de processus dans la nature avec un haut degré d »exhaustivité et de précision » et « … a exercé par ses écrits une influence profonde et puissante sur la vision du monde dans son ensemble ».

Au tournant de 1942-1943, pendant les jours les plus dramatiques de la bataille de Stalingrad, le 300e anniversaire de Newton a été largement célébré en URSS. Un recueil d »articles et un livre biographique de S.I. Vavilov ont été publiés. En guise de remerciement au peuple soviétique, la Royal Society of Great Britain a offert à l »Académie des sciences de l »URSS un exemplaire rare de la première édition des Principes mathématiques de Newton (1687) et un brouillon (un des trois) de la lettre de Newton à Alexander Menshikov l »informant de son élection à la Royal Society of London :

La Royal Society sait depuis longtemps que votre Empereur a fait progresser les arts et les sciences dans son Empire. Et maintenant nous avons appris avec une grande joie de la part des marchands anglais que votre Excellence, faisant preuve de la plus grande courtoisie, d »un respect exceptionnel pour les sciences et de l »amour de notre pays, a l »intention de devenir membre de notre Société.

Newton porte son nom :

Plusieurs légendes communes ont déjà été citées plus haut : la « pomme de Newton », sa seule apparition parlementaire.

Une légende raconte que Newton a fait deux trous dans sa porte, un plus grand et un plus petit, pour que ses deux chats, un grand et un petit, puissent entrer seuls dans la maison. En réalité, Newton n »a jamais eu de chats ou d »autres animaux de compagnie.

Un autre mythe accuse Newton d »avoir détruit le seul portrait de Hooke détenu par la Royal Society. En réalité, il n »y a pas une seule preuve pour soutenir une telle accusation. Allan Chapman, le biographe de Hooke, prouve qu »aucun portrait de Hooke n »a existé (ce qui n »est pas surprenant étant donné le coût élevé des portraits et les difficultés financières constantes de Hooke). La seule source pour la suggestion d »un tel portrait est une référence à un portrait par un érudit allemand, Zacharias von Uffenbach, qui a visité la Royal Society en 1710, mais Uffenbach ne parlait pas anglais, et faisait probablement référence à un autre membre de la Société, Theodore Haak. Le portrait de Haak a bel et bien existé, et il subsiste encore aujourd »hui. Un argument supplémentaire en faveur de l »idée que le portrait de Hooke n »a jamais existé est le fait que l »ami et secrétaire de Hooke, Richard Waller, a publié en 1705 une collection posthume des œuvres de Hooke avec des illustrations d »excellente qualité et une biographie détaillée, mais sans portrait de Hooke ; toutes les autres œuvres de Hooke ne contiennent pas non plus de portrait du savant.

On attribue parfois à Newton un intérêt pour l »astrologie. S »il l »a fait, il a rapidement été remplacé par la désillusion.

Du fait que Newton a été nommé de manière inattendue surintendant de la Monnaie, certains biographes ont conclu que Newton était membre d »une loge maçonnique ou d »une autre société secrète. Toutefois, aucune preuve documentaire n »a été trouvée pour étayer cette hypothèse.

Éditions canoniques

L »édition classique complète des écrits de Newton en 5 volumes dans la langue originale :

Correspondance sélectionnée en 7 volumes :

Traductions en russe

Sources