Joyeux anniversaire d’Isaac Newton!

Le 25 décembre 1643 naquit celui qui vers l'age de 23 allait faire certaines des découvertes les plus grandes et les plus importantes de l'histoire des sciences. Le 25 Décembre marque la naissance d'Isaac Newton, un personnage extraordinaire qui a consacré toute sa vie à la poursuite de la science. Il a été souvent affirmé qu'aucun scientifique, dans l'histoire enregistrée, n'a consacré autant de temps et d'énergie à la poursuite de la science que Sir Isaac Newton.

Le caractère tout à fait unique de Sir Isaac Newton nous montre une préoccupation incessante pour la science et de la vérité. À un jeune âge, Newton a montré une grande fascination pour deux ouvrages particuliers : The Mysteries of Nature & Art (Les Mystères de la Nature et de l'Art) de John Bate, et Mathematical Magick (Magie mathématique) du révérend John Wilkins, copiant une grande partie des recettes chimiques s'y trouvant. Il a démontré en outre un niveau de maîtrise très avancée en construisant de modèles de moulins à vent, d'horloges à eau et de cadrans solaires, développements qui le prépareraient à son ingéniosité expérimentale ultérieure. Newton fut immatriculé le 5 juin 1661 au Collège de la Trinité, en l'Université de Cambridge, à titre de sizar où il n'a presque jamais socialisé et où il a montré une grande aversion dédaigneuse envers ses collègues qui n'ont pas pris leurs études au sérieux. Dans ses notes, Newton recommanderait même «Tous les diplômés sans exception trouvés par les Proctors dans les tavernes ou autres débits de boissons devront au moins faire donner leur nom au Vice-Chancelier, qui les convoquera pour y répondre avant le prochain Consistoire».

Contrairement à de nombreux étudiants de Cambridge, Newton a passé presque tout son temps dans une étude fervente, dévorant les dernières idées en mathématiques et en physique et enseignant lui-même les travaux d'Euclide, la Géométrie et les Principes de Philosophie de Descartes, ainsi que les travaux de Kepler, Galileo, et Boyle. En un an, de 1663 à 1664, Newton apprit tout ce qui était connu sur les mathématiques modernes en ce temps-là.

Les études de Newton à Cambridge, cependant, ont été interrompues par la Grande Peste, qui, en frappant 1665, a forcé l'université à fermer. Pour éviter la contagion, Newton s'était réfugié dans le manoir familial de Woolsthorpe. C'est chez lui, à Woolsthorpe, que Newton travaillera sur ses plus grandes découvertes au cours des deux années les plus fructueuses que tout homme puisse avoir. En 1665 - 1667, travaillant 20 heures par jour et 7 jours par semaine, Newton jetterait les bases de toute la science moderne. Il inventerait le calcul intégral et différentiel, établirait les lois du mouvement, les lois de l'optique et les lois de la gravitation, découvrirait la nature de la lumière et généraliserait le théorème binomial. Les historiens appellent souvent cette remarquable période de développement intellectuel l'annus mirabilius ou « l'année merveilleuse ».

Au cours de cette période de Woolsthorpe, en 1666, dans sa chambre sombre, Newton a réalisé son Experimentum crucis, démontrant expérimentalement que la lumière blanche est composée d'une superposition de toutes les couleurs du spectre, une découverte qui sous-tend une multitude de technologies que nous tenons pour acquises aujourd'hui (des satellites aux télescopes) et qui a étendu nos sens à un univers beaucoup plus large que nos yeux, seuls, ne percevraient pas autrement. Dans l'Experimentum crucis de Newton très documenté, Newton a juxtaposé deux prismes entre lesquels il a positionné deux planches percées chacune d'un petit trou. Il a ensuite fait pivoter le premier prisme autour de son axe pour réfracter une partie du spectre supposé. La lumière réfractée est restée rouge même après avoir traversé le deuxième prisme. Cela a permis de démontrer qu'en effet les couleurs n'étaient pas créées par l'action du prisme, comme on l'avait pensé à l'époque. Newton a, en outre, découvert que chaque couleur correspondait à un certain angle de réfraction, un certain «degré de réfrangibilité» comme il le appelait. Le bleu a été réfracté à l'angle le plus net, tandis que le rouge a été réfracté à un angle beaucoup plus doux. Aucune réfrangibilité ne correspondait à la lumière blanche. L'expérience de Newton prouverait, sans l'ombre d'un doute, que la lumière blanche est composée de «rayons de réfrangibilités différentes».

Possédant une nature très recluse, Newton s'abstiendrait de communiquer ses découvertes au monde. Pour lui, ses découvertes étaient pour la plupart des «défis intellectuels» pour lesquels il ne serait pas intéressé à être acclamé. En effet, Newton avait une aversion si remarquable pour la publication de ses découvertes que ses travaux sur le calcul resteraient non divulgués pendant trente ans. Dans de rares cas où il a publié; par exemple, lorsque le mathématicien anglais John Collins lui a demandé la permission de publier un de ses articles dans les Philosophical Transactions de la Royal Society en 1669, Newton a acquiescé à condition que son nom en soit retiré, écrivant à Collins « Je ne vois pas ce qui est souhaitable dans l'estime du public si je pouvais l'acquérir et le maintenir. Cela augmenterait peut-être ma connaissance, ce que je principalement décline »

Malgré cette obscurité auto-imposée, les capacités mathématiques extraordinaires de Newton faisaient écho à travers un petit cercle de certains des mathématiciens les plus reconnus d'Europe. Le premier traité mathématique de Newton, le De Analysi, qui détaillait sa méthode de séries infinies, avait déjà circulé parmi un groupe restreint, consolidant la reconnaissance de son génie extraordinaire dans la communauté mathématique anglaise. En conséquence, en 1669, à l'âge de 27 ans, Newton a succèdé à Isaac Barrow dans la chaire lucasienne de mathématiques, considérée aujourd'hui comme l'un des postes académiques les plus prestigieux au monde.
Au cours de son poste de professeur lucasien, les travaux antérieurs de Newton sur la lumière le mèneraient plus loin vers de plus grands idées ce qui conduirait à une reconnaissance de Newton encore beaucoup plus large à travers le continent. En particulier, ses travaux ont bouleversé la conception du télescope réfringent de Galileo, menant à la construction et la conception du premier modèle du télescope réfléchissant révolutionnaire que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de «réflecteur newtonien». Le réflecteur newtonien a éliminé le problème de «l'aberration chromatique» et l'a corrigé complètement en utilisant un miroir primaire parabolique concave servant de lentille d'objectif, après quoi un miroir plat secondaire, incliné à 45 degrés par rapport au miroir principal, reflète la focalisation lumière au « foyer newtonien » sur le côté et vers l'oculaire. Les conceptions de télescopes réfringents ont tenté de corriger ce problème de l'aberration chromatique en augmentant la distance focale des télescopes, une notion qui les rendait très encombrants à utiliser. En effet, le télescope de Newton ne mesurait que 15 à 30 centimètres de long mais avait la même puissance de grossissement qu'un télescope à réfraction d'environ un mètre de long. Et, il a éliminé complètement la notion d'aberration chromatique car il n'a fonctionné que sur le phénomène de réflexion, qui ne divise pas la lumière blanche en ses couleur constitutives. Le célèbre télescope spatial Hubble est une version géante du télescope newtonien.

Newton a lui-même construit le télescope, y compris le meulage et le polissage des miroirs lui-même à partir d'un alliage constitué de six parties de cuivre, deux d'étain , et une d'arsenic. Newton a prêté le télescope qu'il avait construit à Isaac Barrow qui, en 1971, l'a présenté à Londres à la Royal Society, un groupe de savants érudits, qui comprenait des noms importants tels que Robert Hooke et Christopher Wren. Les membres de la société ont été tellement impressionnés par le télescope qu’ils ont invité Newton à en faire la démonstration. Newton a été immédiatement élu membre. Le 2 janvier 1672, Henry Oldenburg, secrétaire de la Royal Society, a écrit à Newton: « Vous avez été si généreux que vous avez transmis aux philosophes votre invention. Après avoir été considéré et examiné ici et applaudi par certains des plus éminents de la science et de la pratique opticale, ils pensent qu'il est nécessaire d'utiliser des moyens pour protéger cette invention de l'usurpation d'étrangers. Et ils ont donc pris soin de représenter par un schéma ce premier spécimen, envoyé ici par vous, et de décrire toutes les parties de l'instrument, ensemble avec son effet, et d'envoyer une description par le secrétaire de la R. Soc. dans une lettre solennelle à Paris à M. Huygens, comme vous l'avez peut-être vu ici, ou même avec vous à Cambridge; il est trop fréquent que de nouvelles inventions et de nouveaux artifices soient arrachés à leurs vrais auteurs par de prétendus passants ».

Flatté par cet accueil enthousiaste, Newton a fait don de son télescope à la Royal Society et a demandé la permission de publier un article sur la nature de la lumière et de la couleur. Dans une lettre, il a envoyé sa nouvelle théorie sur la lumière et les couleurs à la Royal Society. Cependant, Robert Hooke, qui à l'époque était considéré comme le principal scientifique de l'Angleterre dans le domaine de l'optique, s'était senti si menacé que Newton était en train de marcher sur ses plates-bandes. A cet effet, Hooke s'est opposé violemment aux idées de Newton sur la lumière et la couleur, notant: «Je n'avais pas dépassé trois ou quatre heures en lisant le document de M. Newton et en rédigeant ma réponse.» En retour, Newton a été tellement indigné par les mauvaises critiques de Hooke qu'il a menacé de se retirer de la Royal Society en 1673. Après une série de débats avec Hooke, Newton a abandonné, déclarant qu'un « homme doit soit se résoudre à ne rien dire de nouveau, soit devenir esclave pour ce défendre ». Dans une lettre à Henry Oldenburg en 1676, Newton a protesté: « Je vois que je me suis fait esclave de la philosophie. Je vais résolument la quitter éternellement, sauf pour ce que je fais avec ma satisfaction personnelle. ». Newton a juré de ne plus jamais publier.

Agissant sur la base de ses protestations, Newton s'est retiré effectivement de la sphère publique et a abandonné la philosophie naturelle pour les années suivantes. Au lieu de cela, il se limiterait à la poursuite de l'alchimie et de la théologie, achetant deux fours et exécutant des recettes alchimiques avec une dévotion si prodigieuse qu'il travaillerait toute la journée, tard dans la nuit. Son assistant, Humphrey Newton, décrirait la diligence déterminée de Newton: « So intent, so serious upon his Studies, that he eat very sparingly, nay, oftimes he has forget to eat at all, so that going into his Chamber, I have found his Mess untouched, of which when I have reminded him, would reply “Have I?” then making to the Table, would eat a bit or two standing, for I cannot say, I ever saw Him sit at Table by himself. At some {seldom} Entertainments the Masters of Colledges were chiefly his Guests. He very rarely went to Bed, till 2 or 3 of the clock, sometimes not till 5 or 6, lying about 4 or 5 hours, especially at spring & ffall of the Leaf, at which Times he used to imploy about 6 weeks in his Elaboratory, the ffire scarcely going out either Night or Day, he siting up one Night, as I did another till he had finished his Chymical Experiments, in the Performances of which he was the most accurate, strict, exact. What his Aim might be, I was not able to penetrate into but his Paine, his Diligence at those sett times, made me think, he aimed at something beyond the Reach of humane Art & Industry. I cannot say, I ever saw him drink, either wine Ale or Bear, excepting Meals ».

Malgré ses efforts vigoureux, Newton finirait par échouer en alchimie d'une manière dont il n'avait jamais échoué en science. Cependant, il a souvent été dit que, aussi vides que puissent être les recherches de Newton dans le domaine de l'alchimie, l'alchimie à l'époque portait principalement sur le mélange des métaux et la création d'alliages, les premières incursions dans la science moderne de la chimie. En effet, les activités alchimiques à l'époque s'étaient peut-être plus intéressées à la restructuration de la matière et plus éloignées de sa dévolution actuelle dans la superstition pour laquelle elle est désormais connue. Il n'était pas rare que d'éminents scientifiques de l'époque et des membres de la Royal Society (c'est-à-dire Robert Boyle) s'y essaient. Et, il a en effet été commenté, que les activités alchimiques de Newton pourraient également avoir aidé sa conceptualisation de la gravité, en particulier la notion de « principes actifs végétatifs » non mécaniques que Newton a postulée pour guider le phénomène de fermentation par exemple.

Il faudrait près d'une décennie avant que Newton ne réapparaisse sur la scène scientifique et que ses travaux prodigieux sur la philosophie naturelle ne soient à nouveau relancés, un événement qui doit sa survenue à une visite très importante que l'astronome Edmund Halley a intrépidement faite au cloître reclus de Newton à Cambridge cherchant une réponse à un problème qui avait rendu perplexes les meilleurs scientifiques de Londres. Des gens comme Robert Hooke, Christopher Wren et Edmond Halley n'avaient pas réussi, dans tous leurs efforts, à trouver une preuve qu'une planète suivant la loi du carré inverse (1 / R ^ 2) orbiterait dans une ellipse. Frustré par le manque de progrès concernant cette énigme persistante, Halley a visité Newton à Cambridge pour l'interroger sur cette question. Newton a rapidement répondu à la question de Halley selon laquelle une planète suivant une gravitation carrée inverse orbiterait dans une ellipse et a encore étonné Halley en répondant qu'il l'avait prouvé il y a de nombreuses années en temps de peste. Newton, cependant, avait égaré ses papiers mais il a, néanmoins, promis à Halley qu'il lui enverrait la preuve dans les mois suivants. Le travail que Newton ferait alors ne s'arrêterait cependant pas à cette question de Halley que Newton avait déjà résolue et oubliée de nombreuses années auparavant. Au contraire, la question de Halley recentrerait les intérêts de Newton sur la science. Newton se chargerait des questions restées sans réponse de sa part et les développerait en plus de rétablir les résultats qu'il avait auparavant, en raison de sa nature très reclus, refusé de divulguer. Halley était, absolument, impressionné par les correspondances que Newton lui enverrait dans les prochains mois et par l'intellect non retenu de Newton qui a découvert tant de secrets de la nature que seul Newton connaissait jusqu'à présent, en raison de son refus de publier. Halley a imploré Newton de publier son travail, déduisant que sa priorité pourrait être menacée par d'autres scientifiques qui souhaitaient publier. Halley a en outre proposé de relire le livre et de financer la publication du livre de sa poche. Le résultat de ces coups de fouet de Halley conduirait Newton à travailler sur les Principia. Encore une fois, comme pour ses premières années, Newton travaillerait jour et nuit pendant une période de 18 mois qu'il consacrerait, avec une exclusivité prodigieuse, à la publication des Principia. On dit que Newton a travaillé 20 heures par jour, 7 jours par semaine, a dormi 2 à 3 heures par jour et a sauté la plupart de ses repas pendant qu'il était en train d'écrire les Principia. Il n'a communiqué avec quasi personne et n'a presque jamais été vu en public.

Le résultat fut une œuvre scientifique de calibre surhumain, un chef-d'œuvre publié le 5 juillet 1687, intitulé Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, sûrement le livre le plus influent jamais publié dans toute la physique et sans doute le livre le plus important jamais écrit dans l'histoire. Il a accompli la première grande unification en physique, une théorie quantitative unifiée basée sur l'empirisme de la nature qui a fait le pont entre les lois du mouvement, la gravitation universelle et la mécanique céleste. Il a fourni des descriptions mathématiques précises de l'ensemble du fonctionnement de la nature. Il a expliqué le mouvement des planètes, les causes des marées, la mécanique des fluides, la précession des équinoxes, le mouvement des projectiles, le mouvement dans le vide, les pendules, l'élasticité, les orbites des comètes, les orbites des lunes de Jupiter et Saturne, les formes sphériques du Soleil, des planètes et des lunes, la forme oblate de la Terre, le renflement équatorial de la rotation de la Terre et, en particulier, comment cela dérive des forces gravitationnelles de la lune, la physique des sons et des ondes, ainsi que de nombreux autres phénomènes naturels. Il a expliqué comment calculer la masse de la Terre et du Soleil et a dérivé les lois de Kepler du mouvement planétaire de la gravitation universelle. Tout cela a été formulé dans le langage de la géométrie euclidienne, faisant des Principia un livre de preuves géométriques extrêmement complexes. Les mathématiciens contemporains pensaient que la quantité de nouveaux travaux mathématiques et de recherche mathématique dans les Principia dépassait les capacités mathématiques combinées de la race humaine. Il est impensable de croire que tout cela aurait pu être fait par un effort singulier. Le grand physicien Nobel du 20e siècle, Subrahmanyan Chrandrasekhar, dans son étude des Principia, a remarqué que chaque fois qu'il construisait les épreuves par lui-même et les comparait ensuite à celles de Newton, il "se sentait comme un écolier, réprimandé par son maître".

De nombreux historiens jugent la publication par Newton des Principia Mathematica comme le moment le plus important dans le développement de la science. Le grand admirateur et ami de Newton, l'astronome Edmond Halley à qui nous devons beaucoup de gratitude pour avoir convaincu Newton de publier, considérait la publication des Principes de Newton comme comparable à l'établissement de la société ou à l'invention de l'écriture. En effet, non seulement Les Principia ont révolutionné notre compréhension de l'univers, mais ils ont aussi mené à une ère de pensée raisonnée qui s'en était largement inspirée et qui a contribué à la révolution scientifique qui avait caractérisé une grande partie du Siècle des Lumières.
En 1704, après la mort de Robert Hooke, Newton, qui à l'époque deviendrait président de la Royal Society, publierait son deuxième grand chef-d'œuvre, The Opticks. L'Opticks était un tournant dans la science expérimentale du 17e siècle et un tournant dans l'empirisme. Il a fusionné les nombreuses années d’esprit expérimentaliste de Newton remontant à 1666. L’approche inductive d’Opticks et sa concentration sur la démonstration par «Reason and Experiment» à la place d’une conception a priori lui a assuré une accessibilité remarquable et une renommée largement répandue et méritée. Au tout début de l'ouvrage, Newton indique clairement au lecteur que «mon dessein dans ce livre n'est pas d'expliquer les propriétés de la lumière par des hypothèses, mais de les proposer et de les prouver par la raison et l'expérience». C'est dans les Opticks que Newton a communiqué au public ses travaux sur l'Experimentum crucis, la nature de la lumière, les lois de l'optique, et ses travaux sur le calcul.

Newton est décédé en 1727. Il est devenu le premier scientifique à être enterré à l'abbaye de Westminster, un lieu communément réservé aux rois et aux nobles. Il a reçu les honneurs de funérailles nationales. L'éminent philosophe des Lumières Voltaire, exilé de France, était présent en Angleterre pour assister aux funérailles de Newton. Commentant avec un étonnement mêlé d'admiration, il a remarqué: « J'ai vu un professeur de mathématiques, tout simplement parce qu'il était grand dans sa vocation, enterré comme un roi qui aurait fait du bien à ses sujets.»

Le célèbre aphorisme de Newton prononcé sur son lit de mort a reconnu les limites de la connaissance humaine: « Je ne sais pas pour qui je passe aux yeux du monde, mais quant à moi, j'ai l' impression d'avoir été un enfant tout au plaisir de trouver tantôt un galet plus lisse, tantôt une coquille plus belle qu'à l'ordinaire, tandis que l'immense Océan de la vérité s'étendait inexploré devant moi. »

L'inscription monumentale sur le tombeau de Newton à l'abbaye de Westminster se termine par les mots: « Mortels. Réjouissez-vous d'un si grand ornement pour la race humaine. »

Le 25 décembre, célébrons l'anniversaire oublié d'un individu, dont toute la vie a été consacrée à la recherche de la vérité. Un individu qui ne s'est jamais arrêté où cette poursuite le menait, qu'il s'agissait des traités alchimiques ou des travaux mathématiques complexes.

« Platon est mon ami. Aristote est mon ami. Mais, mon meilleur ami est la vérité. » — Sir Isaac Newton