Newton publie les Principia
1687 Cambridge et Londres, Angleterre
En bref
Isaac Newton, professeur à l’université de Cambridge, a publié en 1687 un livre en latin appelé Principia. Il y expliquait trois lois du mouvement et la loi de la gravitation universelle : la même force fait tomber une pomme et maintient la Lune en orbite autour de la Terre. Avec les mathématiques, il a réussi à calculer le mouvement des planètes et des comètes et à expliquer les marées. C’est son ami l’astronome Edmond Halley qui l’a convaincu de publier son livre, en payant l’impression de sa poche.
Pourquoi c’est important Pour la première fois, les mêmes lois valaient sur la Terre et dans le ciel : la physique moderne naissait.
Source : Treccani, article « Newton, Isaac »

Fiche pour étudier environ 5 minutes de lecture
Le récit
Une question sur les orbites
En janvier 1684, à Londres, trois membres de la Royal Society, Edmond Halley, Christopher Wren et Robert Hooke, discutaient d’une question qui les passionnait : quelle force maintient les planètes sur leurs orbites ? Kepler avait découvert que les planètes se déplacent sur des ellipses, mais personne ne savait expliquer pourquoi. Halley soupçonnait que la force dépendait de l’inverse du carré de la distance au Soleil, c’est-à-dire qu’elle devenait quatre fois plus petite si la distance doublait, mais il n’arrivait pas à le démontrer. Wren, selon la tradition, offrit un prix à celui qui y parviendrait, et personne ne le gagna.
En août 1684, Halley fit un voyage à Cambridge pour demander de l’aide à un professeur de mathématiques qui vivait à l’écart et ne publiait presque rien : Isaac Newton. Il lui demanda quelle courbe décrirait une planète attirée par une force de ce type. Selon le récit transmis, Newton répondit tout de suite : une ellipse. Il avait déjà fait les calculs, des années plus tôt, mais ne retrouvait plus les feuilles. Il promit de les refaire.
Le travail de dix-huit mois
Newton était né en 1642 à Woolsthorpe, en Angleterre, dans une famille de paysans. C’était un garçon solitaire, passionné de mécanique et de constructions. À l’université de Cambridge, il se consacra aux mathématiques et à la physique, et en 1665-1666, quand l’université ferma à cause de la peste, il travailla chez lui et fit des découvertes importantes : le calcul infinitésimal (une nouvelle mathématique pour étudier les choses qui changent), la nature de la lumière blanche, la gravitation. C’est à cette période que se rattache le récit de la pomme qui tombe : Newton lui-même le raconta étant vieux, mais la pomme qui lui tombe sur la tête est une légende.
Après la visite de Halley, Newton s’enferma dans son cabinet de travail et pendant environ dix-huit mois, il travailla presque sans arrêt, en oubliant les repas, selon un de ses assistants. Le résultat fut une œuvre en trois livres, en latin, pleine de démonstrations géométriques : les « Philosophiae Naturalis Principia Mathematica », c’est-à-dire « Principes mathématiques de la philosophie naturelle ». Halley suivit l’impression et la paya de sa poche, parce que la Royal Society n’avait pas de fonds. Le livre parut en juillet 1687.
Trois lois et une force
Dans les Principia, Newton énonça trois lois du mouvement. La première dit qu’un corps immobile reste immobile, et qu’un corps en mouvement continue à se déplacer en ligne droite à la même vitesse, à moins qu’une force ne le fasse changer. La deuxième dit que la force qui agit sur un corps est égale à sa masse multipliée par l’accélération. La troisième dit qu’à chaque action correspond une réaction égale et contraire : si tu pousses un mur, le mur te pousse.
Puis il énonça la loi de la gravitation universelle : chaque corps attire chaque autre corps avec une force d’autant plus grande que leurs masses sont grandes et d’autant plus petite que le carré de la distance est grand. La même force qui fait tomber une pomme fait tourner la Lune autour de la Terre et les planètes autour du Soleil. De ces lois, Newton tira les trois lois de Kepler, expliqua les marées comme un effet de l’attraction de la Lune et du Soleil, prévit la forme légèrement aplatie de la Terre et étudia le mouvement des comètes.
Un livre difficile
Les Principia étaient très difficiles à lire, même pour les experts : peu de gens en Europe les comprirent tout de suite. Newton les avait écrits de façon volontairement compliquée, d’après ce qu’il raconta lui-même, pour éviter les discussions avec ceux qui ne comprenaient pas. Mais les prévisions étaient si exactes que le livre conquit vite tout le monde. En 1705, Halley, en utilisant les lois de Newton, prévit le retour d’une comète en 1758 : elle revint vraiment, même s’il était déjà mort, et elle porte aujourd’hui son nom.
Newton fut aussi mêlé à des querelles : avec Hooke, qui affirmait avoir eu le premier l’idée de la force en inverse du carré, et avec le philosophe allemand Leibniz, qui avait développé de son côté le calcul infinitésimal. En 1699, il devint directeur de la Monnaie, à Londres, et en 1705, la reine Anne le fit chevalier. Il mourut en 1727 et eut des funérailles solennelles à l’abbaye de Westminster.
Pourquoi c’est arrivé
Les succès de Copernic, Kepler et Galilée avaient montré que le ciel suivait des règles mathématiques, mais il restait à expliquer quelle en était la cause. Il fallait une nouvelle mathématique et une idée simple qui unisse la Terre et le ciel.
Le réseau des savants compta : Halley, Wren et Hooke apportèrent le problème à Newton, qui avait déjà les idées et les capacités. Les académies et l’imprimerie rendaient aussi possible de rassembler les résultats.
Ce qui a changé
Les Principia unifièrent la physique de la Terre et celle du ciel : les mêmes lois valent partout. C’est le fondement de la physique classique, encore utilisée aujourd’hui pour construire des ponts, des machines, des avions et pour lancer des satellites et des sondes spatiales.
L’idée du monde changea : l’univers apparaît comme un mécanisme régulier, que l’on peut comprendre par la raison et les mathématiques. Au XVIIIe siècle, cet esprit fut l’un des moteurs des Lumières.
La théorie de Newton fut dépassée, pour des vitesses proches de celle de la lumière et pour des masses énormes, par la relativité d’Einstein au XXe siècle, mais dans la vie de tous les jours, elle est encore valable. Newton reste l’un des plus grands savants de tous les temps.
Personnes et lieux clés
Personnes
- Isaac Newton
- Savant anglais (1642-1727) : il a découvert la gravitation universelle et les lois du mouvement.
- Edmond Halley
- Astronome anglais (1656-1742) : il a poussé Newton à écrire les Principia et en a financé l’impression.
- Robert Hooke
- Savant anglais (1635-1703) : il a affirmé avoir eu le premier l’idée de la force en inverse du carré.
- Gottfried Wilhelm Leibniz
- Philosophe et mathématicien allemand (1646-1716) : il a lui aussi développé le calcul infinitésimal.
- Christopher Wren
- Astronome et architecte anglais (1632-1723) : il a offert un prix à celui qui résoudrait le problème.
Lieux
- Cambridge
- Ville et université où Newton a enseigné et écrit les Principia.
- Woolsthorpe (Lincolnshire)
- Village où Newton est né et où il est revenu pendant la peste.
- Abbaye de Westminster, Londres
- Église où Newton est enterré.
À savoir
- Pour écrire les Principia, Newton a travaillé presque dix-huit mois sans relâche.
- Halley a payé de sa poche l’impression des Principia.
- La célèbre comète de Halley a été prévue avec les lois de Newton.
- La pomme qui tombe sur la tête de Newton est, selon toute probabilité, une légende.
- Newton a dirigé la Monnaie de l’État anglais à partir de 1699.
Pour aller plus loin
- Wikipédia, article « Isaac Newton » fr.wikipedia.org
- Wikipédia, article « Philosophiæ naturalis principia mathematica » fr.wikipedia.org
- Wikipédia, article « Lois du mouvement de Newton » fr.wikipedia.org
- Wikipédia, article « Loi universelle de la gravitation » fr.wikipedia.org
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