Isaac Newton

Une pomme tombe vers le sol. La Terre l’attire : c’est la gravité.

Newton a raconté tardivement qu’une pomme qui tombait avait nourri sa réflexion. Le récit ne prouve pas qu’elle lui soit tombée sur la tête. Surtout, la théorie ne naît pas toute faite en un instant : elle demande des années de travail.

La lumière du jour paraît blanche. Un prisme peut en séparer les couleurs.

Newton étudie la lumière avec des prismes. Ses expériences montrent que la lumière blanche contient des composantes qui sont déviées différemment. Le prisme ne fabrique pas simplement les couleurs : il les sépare.

Un rayon sélectionné dans une partie du spectre conserve sa couleur lorsqu’il traverse un autre prisme, même si sa direction change. Cette expérience aide Newton à défendre son interprétation.

Newton observe avec attention. Il compare ses essais et cherche ce qui change.

Une belle observation ne suffit pas. Il faut contrôler les conditions : ouverture laissant entrer la lumière, position du prisme, trajet et écran. Refaire une expérience aide à distinguer un résultat régulier d’une impression trompeuse.

Une balle roule, puis ralentit. Le sol et l’air freinent son mouvement.

Sans force résultante, un objet conserve sa vitesse et sa direction dans un référentiel inertiel. Une balle réelle finit par s’arrêter parce que le sol et l’air agissent sur elle. Il ne faut donc pas confondre « ne plus pousser » et « aucune force ne s’exerce ».

La première loi définit un cadre de référence où un corps isolé garde un mouvement rectiligne uniforme. Elle ne dit pas que les objets terrestres sont réellement isolés.

Quand tu pousses un petit chariot, son mouvement peut changer. Un chariot chargé est plus difficile à accélérer.

À masse constante, la force résultante et l’accélération sont liées. Une même force produit une accélération plus faible sur une masse plus grande. Accélérer peut signifier aller plus vite, ralentir ou changer de direction.

Dans le cas simple d’une masse constante, on écrit F = m × a, avec F la somme vectorielle des forces. Si m = 2 kg et F = 6 N, l’accélération vaut 3 m/s². Une force isolée ne suffit pas au calcul si d’autres forces agissent.

La Terre attire aussi la Lune. Mais la Lune avance : elle tourne autour de la Terre.

La Lune possède un mouvement latéral et subit l’attraction terrestre. Sa trajectoire se courbe : elle est continuellement en chute autour de la Terre. Elle n’est pas hors de portée de la gravité. Ce rapprochement entre chute terrestre et mouvement céleste est au cœur de l’œuvre de Newton.

Pour deux masses ponctuelles, l’intensité de l’attraction est proportionnelle au produit des masses et inversement proportionnelle au carré de leur distance. Doubler la distance divise cette intensité par quatre, à masses identiques.

Newton rassemble ses idées dans un grand livre. D’autres savants peuvent les étudier.

Il s’appuie aussi sur des travaux antérieurs, notamment ceux de Galilée et de Kepler.

La troisième loi décrit des forces égales et opposées exercées par deux corps l’un sur l’autre. Elles ne s’annulent pas dans le bilan d’un seul corps : elles agissent sur deux corps différents.

Pour étudier le mouvement, Newton développe aussi de nouvelles mathématiques.

Le calcul différentiel et intégral permet d’étudier des variations et des accumulations. Newton développe sa méthode des fluxions ; Leibniz élabore indépendamment une autre approche. Une querelle de priorité les opposera : une découverte peut être brillante sans que tous ses défenseurs soient impartiaux.

Une dérivée décrit un taux de variation instantané ; une intégrale peut décrire une accumulation. Ces outils relient position, vitesse et accélération, sans se réduire à des recettes de calcul.

Une découverte demande du travail. Même les grands savants peuvent se tromper.

Newton travaille aussi sur l’alchimie et la théologie. Il ne correspond pas à l’image d’un chercheur actuel séparant strictement toutes ces activités. Ses lois restent très utiles dans leur domaine ; pour certaines situations, comme les très grandes vitesses ou les champs gravitationnels intenses, des théories ultérieures sont nécessaires.

Décrire mathématiquement une attraction ne fournit pas automatiquement un mécanisme matériel qui l’expliquerait. La puissance prédictive d’une loi et l’explication de sa cause sont deux questions distinctes.

1. Que permet de comprendre l’expérience du prisme ?

2. Pourquoi une balle qui ralentit ne réfute-t-elle pas l’inertie ?

3. Pourquoi la Lune ne prouve-t-elle pas une absence de gravité ?

4. Les Principia sont-ils une découverte faite en une seule journée ?

Les références ci-dessous donnent accès à une chronologie, aux écrits de Newton et à des explications scientifiques.

L’anecdote de la pomme est un souvenir rapporté tardivement, pas le compte rendu d’une découverte instantanée. Les scènes illustrées sont des reconstitutions ; elles ne sont pas des documents d’époque.