Isaac Newton (1643-1727) Biographie
Partons à la rencontre de celui qui apporta une conclusion magistrale à la révolution copernicienne.
Quand Galilée meurt le 9 janvier 1642, soit un siècle après Copernic, le rideau de la science peut se lever sur un décor totalement nouveau. De la physique d’Aristote et de l’astronomie de Ptolémée, il ne reste pratiquement rien. La Terre, enfin reconnue comme planète, tourne avec ses sœurs autour du Soleil sur des orbites elliptiques. L’observation à l’œil nu est remplacée par l’utilisation de lunettes astronomiques, permettant de multiplier par dix la précision. Des lois scientifiques expliquent désormais les mouvements des astres dans l’espace, mais également la chute des corps sur Terre. Il faut maintenant montrer que les mêmes lois s’appliquent aussi bien sur Terre que dans l’espace, autrement dit qu’elles sont universelles.
C’est dans ce contexte que naît prématurément Isaac Newton, le 25 décembre 1642 du calendrier julien (soit le 4 janvier 1643 selon le calendrier grégorien) dans la maison familiale de Woolsthorpe, bourgade du Lincolnshire en Angleterre. Son père est mort trois mois auparavant. Sa mère se remarie deux ans plus tard, laissant le petit Isaac aux bons soins de sa grand-mère. Le jeune Isaac fréquente l’école primaire et secondaire de Grantham, ne laissant aucun souvenir de génie précoce. Pour ses 17 ans, sa mère, veuve une seconde fois, le rappelle avec l’espoir qu’il prenne en charge la propriété agricole de son deuxième mari. Las, son fils ne montre aucun intérêt tant pour les travaux de la ferme que pour les relations humaines, et elle préfère le renvoyer à ses études. En 1660, il intègre le Trinity Collège de l’Université de Cambridge. Antipathique, il s’enferme dans une solitude radicale. L’homme qui changera profondément sa vie sera son professeur de mathématiques, Isaac Barrow. Newton se passionne pour cette discipline. Il étudie, plume à la main, les Éléments d’Euclide, le Dialogo de Galilée et s’intéresse plus particulièrement à l’œuvre de Descartes. Mais en 1665, l’arrivée de la peste l’oblige à retourner chez sa mère.
L’ANNÉE MERVEILLEUSE
Newton a alors 23 ans et une solide formation en mathématiques lorsqu’il regagne Woolsthorpe. Selon ses dires, c’est durant ces vacances forcées de l’année 1665-66 qu’il va s’atteler aux deux problèmes qui l’intriguent : la théorie des mouvements planétaires et la théorie des couleurs.
NEWTON DÉCOMPOSE LA LUMIÈRE A L'AIDE D'UN PRISME
Au milieu du XVIIe siècle, les savants savent déjà qu’un rayon de Soleil traversant un prisme de verre “donne des couleurs”. On sait également que l’arc-en-ciel est dû à un mécanisme analogue. Mais l’explication de ce phénomène reste très aristotélicienne : les couleurs naissent d’un affaiblissement progressif de la lumière blanche. Après de multiples expériences sur les prismes, Newton conclut que la lumière blanche solaire est en fait un mélange de lumières de toutes les couleurs, et montre que le prisme dévie différemment les lumières en fonction de leur couleur.
Deuxième problème : quelle est l’origine du mouvement des planètes ? Mais également, qu’est ce qui fait tourner la Lune autour de la Terre, ou les satellites autour de Jupiter ? Quelques dizaines d’années auparavant, les observations de Galilée ont montré que la séparation entre les mondes sublunaire et supralunaire, chère à Aristote, n’existait pas. Pour Newton, il est donc possible d’envisager qu’une même force permet aux objets de tomber sur la Terre (la fameuse pomme), mais permet également à la Lune de “tomber” vers notre planète. Cette force qui agit à distance pourrait-elle également expliquer les orbites elliptiques calculées par Kepler ? Le savant anglais est sur la piste de la gravitation, mais pour mettre tout cela en équations, il va lui falloir inventer toute une branche des mathématiques qui n’existe pas encore : le calcul différentiel et intégral. Ce travail va lui demander vingt ans d’efforts ! Et bien qu’il faille encore les démontrer mathématiquement, Newton a trouvé une solution aux deux grands problèmes scientifiques de son temps.
Curieusement, il ne publiera rien sur le sujet. Certainement parce qu’il n’est encore qu’un étudiant ; il ne peut donc pas s’opposer à l’autorité de ses professeurs. Mais certainement aussi à cause de sa personnalité complexe. D’un tempérament solitaire, il est également paranoïaque et très autoritaire. Ainsi, il ne supporte pas la controverse. Et ce sera toujours contraint et forcé qu’il finira par rendre publics ses travaux.
UNE CRISE RELIGIEUSE
De retour au Trinity College en 1667 où il prépare son doctorat, il connaît une profonde crise religieuse. Toute sa vie, il cachera ses convictions, qui l’auraient à coup sûr chassé de l’Université de Cambridge. Élevé dans le puritanisme, il est adepte d’une doctrine particulière, l’arianisme, qui remet en cause la divinité du Christ, doctrine qui peut le faire condamner pour hérésie. Newton s’est construit une image d’un Dieu tout puissant, omniscient et omnipotent, une sorte d’être sévère et exigeant qui ne tolère aucune faiblesse, bien loin du Dieu bon et géomètre de Kepler. Pour le savant anglais, Dieu ne peut s’être uniquement contenté de mettre en marche l’Univers comme le suggérait Descartes. Il doit être partout et en chaque instant veiller à la bonne marche des choses. Et lui, Newton, s’est mis en tête de rechercher les vrais et divins mécanismes du monde. C’est pour cette raison qu’il se lance, en secret, dans l’alchimie, qui deviendra sa grande passion et l’occupera pendant plus de trente années. Loin de la quête de la pierre philosophale capable de transformer les simples métaux en or, il pratique une sorte d’alchimie scientifique, rationnelle et méthodique, qui lui permet de décrypter le message divin caché dans la nature. Il apparaît aujourd’hui que Newton ne faisait aucune distinction entre ses travaux alchimiques et les autres sciences, et qu’au contraire, ses recherches s’influençaient mutuellement.
L'INVENTION DU TÉLESCOPE
En 1669, Isaac Barrow l’aide à sortir de son isolement lorsqu’il le recommande pour sa succession à la chaire de mathématiques. Ayant eu le privilège de lire quelques-uns des travaux de son ancien élève, il l’incite également à publier ses résultats avant qu’il ne soit trop tard.
L’année suivante, Newton se décide enfin à dévoiler à la Royal Society (l’Académie des sciences anglaise) qu'il a mis au point et améliorer l'invention proposer par James Gregory (1638-1675) : le télescope. Le savant anglais en est venu à le concevoir lorsqu’il travaillait sur le problème des couleurs. Après ses expérimentations avec les prismes, il s’est persuadé, à tort, que les lunettes astronomiques sont à terme condamnées en raison du chromatisme des lentilles, un problème insoluble à l’époque. Son télescope, équipé d’un miroir de 25 mm en alliage de cuivre et d’étain pour une focale de 16 cm apporte, lui semble-t-il, la solution.
LE TÉLESCOPE MIS AU POINT PAR NEWTON (Photo : Serge Brunier)
Flatté de l’accueil favorable qu’il reçoit, Newton promet alors à l’assemblée de présenter d’autres travaux. En 1672, il dévoile une partie de ses recherches sur la théorie des couleurs, sur laquelle il travaille déjà depuis six ans. Mais ce qu’il craignait se produit : sa théorie est attaquée par l’un des membres les plus éminents de la Royal Society : Robert Hooke. Ce dernier, qui avait déjà publié en 1665 un ouvrage sur le même sujet, avait conclu que la lumière est de nature ondulatoire, en contradiction avec les résultats de Newton, qui conclut lui à une nature corpusculaire. Excédé, Newton rejette avec arrogance l’argumentation de son rival. Suite à quoi, il jure qu’on ne l’y reprendra plus et disparaît de la scène publique pendant dix ans !
LA GRAVITATION, ENFIN !
En 1680 puis en 1682, deux comètes spectaculaires relancent le problème de la mécanique céleste, déjà soulevé par la comète de 1664. Cette dernière avait beaucoup intrigué les astronomes car sa trajectoire était rétrograde, c’est-à-dire à l’inverse de celle des planètes. Alors que Tycho Brahe a démontré que ces astres chevelus se situent bien au-delà de la Lune, la question de leur trajectoire n’est toujours pas résolue. Décrivent-elles des trajectoires ouvertes ou fermées ? Suivent-elles les ellipses de Kepler ? Si oui, une même comète pourrait-elle revenir plusieurs fois ?
Deux savants travaillent sur ce problème : Hooke depuis 1664 et un certain Edmund Halley, après le passage de la comète de 1680. Le physicien et l’astronome finissent par arriver à la même conclusion : une force inverse à la distance au carré, dirigée vers le Soleil, semble maintenir les comètes sur leurs trajectoires. Reste à le démontrer mathématiquement. En août 1684, alors que les autres savants butent sur le problème, Halley décide de se tourner vers le seul mathématicien capable de régler ce problème : Isaac Newton. Newton lui montre alors une solution complète qu’il dit avoir rédigée depuis longtemps, au cours de l’année merveilleuse. Ce n’est pas vrai car, il l’avouera dans ses rares moments d’honnêteté, il y a consacré plus de vingt années. En effet, pour mettre au point sa théorie de la gravitation, Newton a dû développer une nouvelle branche des mathématiques, le calcul différentiel et le calcul intégral, mais il avait besoin également de connaître précisément le rayon de la Terre, une valeur déterminée par Picard en 1671. Or à cette date, le savant anglais s’est tourné vers des recherches sur l’alchimie et la religion, si bien qu’il ne prend connaissance des résultats de Picard qu’en 1682. Il tient donc cette solution complète depuis peu lorsque Halley lui demande son aide.
Pour que Halley puisse utiliser ces résultats, il faut que Newton accepte de publier ses travaux. Contre toute attente, une amitié et un profond respect naissent entre les deux hommes. Âgé de 40 ans, Newton doit également se rendre compte qu’il est temps pour lui de faire connaître ses découvertes s’il ne veut pas risquer de voir un autre le devancer. Ce qui arrivera finalement avec le calcul différentiel publié par Leibniz à partir de 1684. La controverse qui en résultera entre les deux savants est l’une des plus célèbres de l’histoire des sciences, et ne prendra fin qu’avec la mort de Leibniz en 1716.
RECONNAISSANCE ET HONNEURS
Acceptant de faire confiance à Halley, Newton rédige ses travaux en moins de deux ans. Mais pour cela, il a besoin de mesures concrètes. Il entame alors une correspondance avec John Flamsteed (1646-1719), directeur de l’Observatoire de Greenwich et qu’il n’apprécie guère, pour obtenir les données sur la grande comète de 1680, sur les satellites de Jupiter, sur les marées et les positions de la Lune. Publié en 1686 sur les fonds propres de Halley, les Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (plus connues sous le nom de Principia) connaissent un succès immédiat, aussi bien dans le monde savant qu’auprès du public pour lequel on a pris la peine d’en expliquer l’importance. Il faut dire que les temps ont bien changé. L’arrivée du siècle des Lumières entraîne un vif intérêt pour les découvertes scientifiques.
Mais à la suite de ce succès, Newton tombe dans une période de grave dépression nerveuse. Il vient de perdre sa mère ainsi que son laboratoire d’alchimie. En 1696, Newton quitte Cambridge. Il est nommé inspecteur de la Monnaie à Londres, et en devient le Directeur trois ans plus tard, tout comme Copernic en son temps. Il fait alors la chasse aux faux-monnayeurs (la contrefaçon est considérée comme acte de trahison), qu’il envoie à la potence. C’est d’ailleurs pour ce travail qu’il sera anobli en 1705 par la reine Anne et non pour ses travaux scientifiques.
En 1703, il est élu président de la Royal Society. Il en profite pour régler ses comptes avec Flamsteed, le directeur de l’Observatoire de Greenwich, dont il fait confisquer les données d’observation. L’année suivante, après la mort de Hooke dont il redoutait les querelles, il publie son Optique, le résultat de ses travaux sur la décomposition de la lumière. En 1724, Newton tombe gravement malade et meurt trois ans plus tard. Il a droit à des funérailles royales en la cathédrale de Westminster, où il repose à côté des rois d’Angleterre. Les philosophes des Lumières sanctifieront son œuvre, rendant ainsi le savant anglais intouchable.
UNE ÈRE NOUVELLE
180 ans après la mort de Copernic, Newton met un terme à la période de l’histoire de l’astronomie où l’on se contente de reproduire les apparences, et en ouvre une nouvelle, celle où l’on prévoit les faits avant de pouvoir les observer ! L’héritage sera à la hauteur des espérances : la gravitation va permettre de découvrir l’aplatissement de la Terre aux pôles (1738), de prévoir le retour de la comète de Halley en 1759, puis la découverte de la planète Neptune en 1846. Un héritage à l’image de ce que Newton répondit lorsque l’on lui demanda où il puisait son inspiration : « Si j’ai vu plus loin que les autres, c’est parce que j’ai été porté par des épaules de géants… »
