Sir Isaac Newton (4 janvier [OS 25 décembre] 1643 – 31 mars [OS 20 mars] 1727) était un mathématicien anglais distingué, dont l'expertise diversifiée englobait les mathématiques, la physique, l'astronomie, l'alchimie, la théologie, la paternité et l'invention. Il a joué un rôle central à la fois dans la révolution scientifique et dans l’ère des Lumières qui a suivi. Son ouvrage fondateur, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principes mathématiques de la philosophie naturelle), initialement publié en 1687, a marqué la grande unification inaugurale de la physique et a posé les principes fondamentaux de la mécanique classique. Les contributions significatives de Newton se sont étendues au domaine de l'optique, et il est crédité conjointement avec le mathématicien allemand Gottfried Wilhelm Leibniz pour le développement du calcul infinitésimal, bien que Newton l'ait formulé plusieurs années auparavant. En outre, Newton a fait progresser et affiné la méthode scientifique, son œuvre étant largement considérée comme la plus influente dans l'émergence de la science moderne.
Sir Isaac Newton ( ; 4 janvier [OS 25 décembre] 1643 - 31 mars [OS 20 mars] 1727) était un mathématicien anglais, mathématicien, physicien, astronome, alchimiste, théologien, auteur et inventeur. Il fut une figure clé de la révolution scientifique et du siècle des Lumières qui suivit. Son livre Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principes mathématiques de la philosophie naturelle), publié pour la première fois en 1687, a réalisé la première grande unification en physique et a établi la mécanique classique. Newton a également apporté des contributions fondamentales à l'optique et partage le mérite du mathématicien allemand Gottfried Wilhelm Leibniz pour la formulation du calcul infinitésimal, bien qu'il ait développé le calcul des années avant Leibniz. Newton a contribué et affiné la méthode scientifique, et son travail est considéré comme le plus influent dans l'émergence de la science moderne.
Dans les pages de son Principia, Newton a articulé les lois fondamentales du mouvement et de la gravitation universelle, qui ont constitué le paradigme scientifique dominant pendant des siècles jusqu'à son éventuel remplacement par la théorie de la relativité. Néanmoins, ces lois continuent de fournir des approximations très précises pour la plupart des phénomènes physiques caractérisés par de faibles vitesses (nettement inférieures à la vitesse de la lumière) et de faibles champs gravitationnels. En utilisant son cadre mathématique pour la gravité, Newton a réussi à dériver les lois de Kepler sur le mouvement planétaire, à expliquer les modèles de marée, les trajectoires des comètes, la précession des équinoxes et divers autres phénomènes célestes, établissant ainsi de manière concluante le modèle héliocentrique du système solaire. Il a résolu le problème des deux corps et a ensuite introduit le problème plus complexe des trois corps. Newton a démontré que des principes identiques régissaient le mouvement des objets terrestres et célestes. Son hypothèse selon laquelle la Terre est un sphéroïde aplati a ensuite été validée par des mesures géodésiques menées par Alexis Clairaut, Charles Marie de La Condamine et d'autres chercheurs, qui ont convaincu la majorité des scientifiques européens de la prééminence de la mécanique newtonienne par rapport aux cadres théoriques précédents. De plus, il a été le premier à déterminer expérimentalement l’âge de la Terre et à conceptualiser une première forme de soufflerie moderne. De plus, Newton fut le premier à proposer une estimation quantitative de la masse du Soleil.
Newton a construit le premier télescope à réflexion et formulé une théorie avancée de la couleur, fondée sur l'observation selon laquelle un prisme disperse la lumière blanche dans son spectre visible constitutif. Ses recherches approfondies sur la lumière ont été compilées dans son traité Opticks, publié en 1704. Il a été le pionnier de l'utilisation de prismes comme expanseurs de faisceau et dans des réseaux à prismes multiples, composants qui se sont par la suite révélés cruciaux pour l'avancement des lasers accordables. Newton a également conçu un quadrant à double réflexion et a été le premier à postuler l'effet Goos-Hänchen. En outre, il a établi une loi empirique du refroidissement, représentant la formulation initiale du transfert de chaleur et servant de fondement formel au transfert de chaleur par convection ; il a réalisé le premier calcul théorique de la vitesse du son ; et il a introduit les concepts de fluide newtonien et de corps noir. Il fut également le premier à élucider l’effet Magnus. De plus, il a effectué l'analyse initiale du flux de Couette. Au-delà de son développement révolutionnaire du calcul, les contributions mathématiques de Newton furent vastes. Il a généralisé le théorème binomial pour tout exposant réel, introduit la série de Puiseux, a été le premier à articuler le théorème de Bézout, a systématiquement classé la majorité des courbes planes cubiques, a contribué de manière significative à l'étude des transformations de Crémone, a conçu une méthodologie pour approximer les racines des fonctions, est à l'origine des formules de Newton-Cotes pour l'intégration numérique et a fourni la première formulation explicite de la série générale de Taylor. De plus, Newton a été le pionnier du calcul des variations, a formulé et résolu le problème initial de la probabilité géométrique, a conçu la première itération de la régression linéaire et a été une figure fondamentale de l'analyse vectorielle.
Newton a occupé le poste de membre du Trinity College et, à l'âge de 26 ans, a été nommé deuxième professeur lucasien de mathématiques à l'Université de Cambridge. Bien que fervent chrétien, il rejeta en privé la doctrine de la Trinité, une position peu orthodoxe qui le conduisit à refuser les ordres sacrés de l'Église d'Angleterre, contrairement à la plupart de ses pairs du corps professoral de Cambridge. Au-delà de ses travaux importants en sciences mathématiques, Newton a consacré des efforts considérables à l’étude de l’alchimie et de la chronologie biblique, même si une grande partie de ces recherches sont restées inédites longtemps après sa mort. Politiquement aligné sur les Whigs, il a servi deux brefs mandats en tant que député de l'Université de Cambridge, de 1689 à 1690 et de 1701 à 1702. En 1705, la reine Anne le fit chevalier. Il a passé les trois dernières décennies de sa vie à Londres, en tant que directeur (1696-1699) puis maître (1699-1727) de la Royal Mint, où il a amélioré l'exactitude et la sécurité de la monnaie britannique. Il fut également président de la Royal Society de 1703 à 1727.
Petite vie
Isaac Newton est né le jour de Noël, le 25 décembre 1642, selon le calendrier julien alors en usage en Angleterre (ou le 4 janvier 1643, nouveau style), à Woolsthorpe Manor à Woolsthorpe-by-Colsterworth, un hameau du Lincolnshire. Son père, également nommé Isaac Newton, était décédé trois mois avant sa naissance. Né prématurément, Newton était un petit enfant ; sa mère, Hannah Ayscough, aurait affirmé qu'il aurait pu tenir dans une tasse d'un litre. Quand Newton avait trois ans, sa mère s'est remariée avec le révérend Barnabas Smith et a déménagé pour vivre avec lui, laissant son fils sous la garde de sa grand-mère maternelle, Margery Ayscough (née Blythe). Newton a développé une forte aversion pour son beau-père et nourri du ressentiment envers sa mère pour son remariage, un sentiment révélé dans une entrée d'une liste de péchés qu'il a commis jusqu'à l'âge de 19 ans : « Menacer mon père et ma mère Smith de les brûler ainsi que la maison sur eux. » La mère de Newton a ensuite eu trois enfants – Mary, Benjamin et Hannah – issus de son deuxième mariage.
L'école du roi
De douze à dix-sept ans environ, Newton a fait ses études à la King's School de Grantham, où il a étudié le latin et le grec ancien, acquérant probablement une base mathématique substantielle. Sa mère le retira ensuite de l'école et il retourna à Woolsthorpe en octobre 1659. Devenue veuve une seconde fois, sa mère tenta de le contraindre à se lancer dans l'agriculture, un métier qu'il n'aimait pas du tout. Cependant, Henry Stokes, le maître de la King's School, et le révérend William Ayscough, l'oncle de Newton, réussirent à convaincre sa mère de lui permettre de reprendre ses études. Poussé par un désir de vengeance contre un tyran de cour d'école, que Newton a vaincu et humilié lors d'une altercation physique, il a excellé sur le plan académique, devenant l'élève le mieux classé et se distinguant notamment par la construction de cadrans solaires et de modèles de moulins à vent.
Université de Cambridge
En juin 1661, Newton fut admis au Trinity College de l'Université de Cambridge, après avoir été recommandé par son oncle, le révérend William Ayscough, ancien élève de Cambridge. Initialement, Newton s'est inscrit comme subsizar, finançant ses études grâce à des fonctions de valet jusqu'à ce qu'il reçoive une bourse en 1664. Cette bourse a couvert ses frais universitaires pendant quatre années supplémentaires, menant à l'obtention de sa maîtrise ès arts. À l'époque, les enseignements de Cambridge étaient principalement aristotéliciens, une philosophie que Newton étudiait aux côtés de penseurs plus contemporains, dont René Descartes, et d'astronomes tels que Galileo Galilei et Thomas Street. Il a documenté une série de « Questiones » sur la philosophie mécanique dans son cahier. En 1665, il découvre le théorème du binôme généralisé et commence à formuler une théorie mathématique qui deviendra plus tard le calcul. Peu de temps après que Newton ait obtenu son baccalauréat ès arts à Cambridge en août 1665, l'université ferma temporairement par mesure de précaution contre la Grande Peste.
Bien que ses résultats académiques en tant qu'étudiant de Cambridge n'aient pas été particulièrement remarquables, les études privées de Newton et les années qui suivirent immédiatement son baccalauréat ont été décrites comme « les plus riches et les plus productives jamais connues par un scientifique ». Les deux années suivantes, passées chez lui à Woolsthorpe, furent témoins du développement de ses théories sur le calcul, l'optique et la loi de la gravitation. Le physicien Louis Trenchard More déclare : « Il n'y a pas d'autres exemples de réalisations dans l'histoire des sciences comparables à celles de Newton au cours de ces deux années d'or. »
Newton a été caractérisé comme un individu méticuleusement organisé en matière de prise de notes, marquant systématiquement les pages importantes. Ses index, structurés par ordre alphabétique par sujet, ressemblent aux systèmes d'indexation modernes. La vaste bibliothèque de Newton reflétait ses diverses activités intellectuelles, et il était décrit comme un « penseur janusien », capable de synthétiser des disciplines apparemment disparates pour favoriser des avancées innovantes. William Stukeley a observé la maîtrise de Newton avec les instruments mécaniques et l'écriture, détaillant comment la chambre de Newton à Grantham présentait des murs ornés d'images méticuleusement dessinées « d'oiseaux, de bêtes, d'hommes, de navires et de schémas mathématiques ». Stukeley a également souligné « les compétences et l'industrie peu communes de Newton dans les travaux mécaniques ».
Newton retourna à l'Université de Cambridge en avril 1667, obtenant l'élection comme membre du Trinity College en octobre de la même année. Alors que les boursiers devaient généralement être ordonnés prêtres anglicans, ce mandat n'était pas strictement appliqué pendant la période de la Restauration ; une déclaration de conformité à l'Église d'Angleterre suffisait. Newton s'est formellement engagé, déclarant : « Soit je ferai de la théologie l'objet de mes études et j'entrerai dans les ordres sacrés lorsque le délai prescrit par ces statuts [7 ans] arrivera, soit je démissionnerai du collège. Avant cela, Newton avait accordé une attention limitée aux questions religieuses, ayant souscrit à deux reprises aux trente-neuf articles, qui constituent la doctrine fondamentale de l'Église d'Angleterre. Cependant, en 1675, le problème devint inévitable, car ses perspectives religieuses hétérodoxes présentaient un obstacle important.
Les contributions scientifiques de Newton ont suscité l'admiration d'Isaac Barrow, le professeur lucasien, qui cherchait à faire progresser sa propre carrière religieuse et administrative (Barrow est ensuite devenu maître du Trinity College deux ans plus tard). En 1669, un an seulement après avoir terminé sa maîtrise, Newton succède à Barrow au poste de professeur. Newton a soutenu que sa chaire devrait lui accorder une exemption de l'exigence d'ordination. Le roi Charles II, dont le consentement royal était nécessaire, accepta ce raisonnement, évitant ainsi un conflit direct entre les convictions religieuses personnelles de Newton et l'orthodoxie anglicane. Cette nomination a eu lieu lorsque Newton avait 26 ans.
Malgré ses profondes réalisations théoriques, Newton s'est avéré être un éducateur inefficace, ses cours connaissant systématiquement une fréquentation minimale. Humphrey Newton, son sizar (assistant), a observé que Newton arriverait à l'heure et, si la salle de conférence était vacante, réduirait de moitié la durée de sa conférence de 30 à 15 minutes, s'adresserait à la salle vide, puis se retirerait dans son laboratoire pour mener des expériences, satisfaisant ainsi ses obligations contractuelles. Newton, pour sa part, ne manifestait aucun enthousiasme ni pour l'enseignement ni pour l'interaction avec les étudiants. Tout au long de sa carrière universitaire, il n'a reçu que trois étudiants en cours particuliers, dont aucun n'a obtenu de distinction notable.
En 1672, Newton a été élu membre de la Royal Society (FRS).
Révision de Geographia Generalis
La chaire Lucasian de mathématiques à Cambridge englobait le devoir d'enseigner la géographie. En 1672 et 1681, Newton a supervisé la publication des éditions révisées, corrigées et amendées de Geographia Generalis, un manuel de géographie initialement publié en 1650 par feu Bernhardus Varenius. Au sein de Geographia Generalis, Varenius s'est efforcé d'établir un cadre théorique reliant les principes scientifiques aux concepts géographiques classiques, définissant la géographie comme un amalgame de science et de mathématiques pures appliquées à la quantification des caractéristiques de la Terre. Bien qu'il reste incertain si Newton a jamais donné des cours de géographie, la traduction anglaise de 1733 de Dugdale et Shaw affirmait que Newton avait publié le livre à l'usage des étudiants lors de ses cours sur le sujet. La Geographia Generalis est considérée par certains chercheurs comme représentant la démarcation entre les traditions anciennes et modernes dans l'histoire de la géographie, les contributions de Newton à ses éditions ultérieures étant largement considérées comme déterminantes pour son influence durable.
Études scientifiques
Mathématiques
Les contributions de Newton sont largement reconnues pour avoir fait progresser de manière significative toutes les disciplines mathématiques répandues à son époque. Son travail fondateur sur le calcul, qu'il a appelé fluxions, a commencé en 1664. Un manuscrit daté du 20 mai 1665 démontre que Newton avait déjà suffisamment progressé en calcul pour calculer les tangentes et les courbures de n'importe quel point d'une courbe continue. En 1665, ses efforts aboutirent à un calcul systématique intégrant différenciation et intégration. Il a appliqué ce cadre à l'analyse dynamique des courbes algébriques et transcendantales, une méthodologie que le chercheur Tom Whiteside a qualifiée de « radicalement nouvelle, voire sans précédent », et qui a ensuite fourni la base théorique des orbites de force centrale détaillées dans les Principia. Un manuscrit supplémentaire d'octobre 1666 a depuis été publié dans les articles mathématiques rassemblés par Newton. Un traité définitif sur le calcul a été documenté par Newton dans son « Waste Book ». Newton était autodidacte en mathématiques et menait ses recherches de manière autonome. L'érudit Richard S. Westfall corrobore cela en déclarant : « D'après toutes les indications dont nous disposons, Newton a mené sa formation en mathématiques et son programme de recherche entièrement par lui-même. » Son traité, De analysi per aequationes numero terminorum infinitas, transmis par Isaac Barrow à John Collins en juin 1669, fut ensuite décrit par Barrow dans une lettre d'août à Collins comme le produit « d'un génie et d'une maîtrise extraordinaires dans ces choses ».
Par la suite, Newton s'est engagé dans une dispute notable avec le mathématicien allemand Gottfried Wilhelm Leibniz concernant la préséance dans le développement du calcul. Les deux chercheurs sont désormais reconnus pour avoir développé indépendamment le calcul, bien qu’ils emploient des notations mathématiques distinctes. Néanmoins, des preuves historiques confirment que Newton a formulé le calcul bien avant Leibniz. Malgré le développement antérieur de Newton, la notation de Leibniz a été reconnue comme plus pratique, ce qui a conduit à son adoption par les mathématiciens d'Europe continentale et, après 1820, par les mathématiciens britanniques.
A. Rupert Hall, un éminent historien des sciences, observe que si Leibniz mérite d'être reconnu pour sa formulation indépendante du calcul, Newton a été sans équivoque le pionnier de son développement, affirmant :
Cependant, ces considérations ont une importance mineure lorsqu'elles sont juxtaposées à la vérité fondamentale, universellement reconnue depuis longtemps, que Newton maîtrisait les techniques de base du calcul à la fin de 1666, près de neuf ans avant Leibniz. L'affirmation de Newton selon laquelle il maîtrisait le nouveau calcul infinitésimal bien avant Leibniz, et même en avait commencé un exposé publiable dès 1671, est étayée par de nombreuses preuves. Bien que Leibniz et ses associés aient tenté de minimiser les affirmations de Newton, la véracité de cette chronologie est restée largement incontestée au cours des 250 dernières années. Hall remarque en outre que dans les Principia, Newton a habilement « formulé[d] et résolu[d] des problèmes par l'intégration d'équations différentielles » et « en fait, il a anticipé dans son livre de nombreux résultats que les représentants ultérieurs de la théorie calcul considéré comme leurs propres réalisations inédites. Hall souligne les progrès accélérés de Newton en calcul par rapport à ses contemporains, affirmant que Newton, "bien avant 1690... avait atteint à peu près le point dans le développement du calcul que Leibniz, les deux Bernoullis, L'Hospital, Hermann et d'autres avaient atteint grâce à des efforts conjoints sous forme imprimée au début des années 1700."
Malgré la commodité perçue de la notation de Leibniz, elle a été observée. que le système de notation de Newton possédait le potentiel de développer des techniques multivariées, sa notation par points restant répandue dans la physique contemporaine. Plusieurs universitaires ont souligné la richesse et la profondeur des contributions de Newton. Par exemple, le physicien Roger Penrose a fait remarquer que « dans la plupart des cas, les méthodes géométriques de Newton sont non seulement plus concises et plus élégantes, mais elles révèlent des principes plus profonds que ceux qui deviendraient évidents par l'utilisation de ces méthodes formelles de calcul qui semblent aujourd'hui plus directes ». Le mathématicien Vladimir Arnold a expliqué que « En comparant les textes de Newton avec les commentaires de ses successeurs, il est frappant de voir à quel point la présentation originale de Newton est plus moderne, plus compréhensible et plus riche en idées que la traduction due aux commentateurs de ses idées géométriques dans le langage formel du calcul de Leibniz. »
Les travaux approfondis de Newton ont incorporé le calcul géométriquement, en s'appuyant sur les valeurs limites de rapports de quantités infinitésimales. Dans les Principia, Newton a explicitement démontré cette approche, en la qualifiant de « méthode des premiers et derniers rapports », et a justifié sa présentation en notant son équivalence avec « la méthode des indivisibles ». Par conséquent, les Principia sont reconnus aujourd'hui comme « un livre riche en théorie et en application du calcul infinitésimal », une caractérisation qui s'aligne sur les vues contemporaines de l'époque de Newton, lorsque « presque tout est de ce calcul ». Cette méthodologie, qui impliquait « un ou plusieurs ordres de l'infiniment petit », était évidente dans son ouvrage de 1684, De motu corporum in gyrum, et dans ses divers articles sur le mouvement publiés « au cours des deux décennies précédant 1684 ».
Certains chercheurs ont postulé que la compréhension des limites de Newton était soit imprécise, soit contrainte. À l'inverse, le mathématicien Bruce Pourciau soutient que les Principes de Newton révèlent une compréhension des limites plus avancée que ce qui est communément admis, notamment en étant le premier à introduire un argument epsilon.
Newton a d'abord hésité à publier ses calculs, craignant d'éventuelles controverses et critiques. Il entretient une association étroite avec le mathématicien suisse Nicolas Fatio de Duillier. En 1691, Duillier commença à travailler sur une édition révisée des Principia de Newton et entreprit une correspondance avec Leibniz. En 1693, les relations entre Duillier et Newton se détériorent, conduisant à l'abandon du projet de livre. À partir de 1699, Duillier accuse publiquement Leibniz de plagiat. La situation s'est encore aggravée en 1708 lorsque le mathématicien John Keill a réitéré l'accusation de plagiat contre Leibniz dans un journal de la Royal Society. La dispute éclata pleinement en 1711, lorsqu'une étude de la Royal Society déclara Newton le véritable découvreur et qualifia Leibniz de fraudeur ; il a été révélé par la suite que Newton lui-même était l'auteur des remarques finales de l'étude concernant Leibniz. Cela marqua le début d'une controverse longue et acrimonieuse qui éclipsa la vie des deux individus jusqu'à la disparition de Leibniz en 1716.
La première contribution mathématique significative de Newton fut le théorème du binôme généralisé, formulé entre 1664 et 1665, qui s'applique à n'importe quel exposant et a été salué comme « l'un des plus puissants et des plus significatifs de l'ensemble des mathématiques ». Il a également développé les identités de Newton (sans probablement connaître les travaux antérieurs d'Albert Girard en 1629), la méthode de Newton, le polygone de Newton et les courbes planes cubiques systématiquement catégorisées (polynômes du troisième degré impliquant deux variables). De plus, Newton est reconnu comme l'un des fondateurs de la théorie des transformations de Crémone et a apporté des contributions substantielles à la théorie des différences finies, ce qui lui a valu la distinction de « le contributeur le plus important à l'interpolation des différences finies » grâce à ses nombreuses innovations formelles. Il fut le premier à articuler le théorème de Bézout, à utiliser des indices fractionnaires et à appliquer la géométrie des coordonnées pour résoudre les équations diophantiennes. Son travail comprenait l'approximation des sommes partielles des séries harmoniques à l'aide de logarithmes, une technique qui préfigurait la formule de sommation d'Euler, et il a été le pionnier de l'application et de la réversion en toute confiance des séries de puissances. Il a également présenté la série Puisseux. La première formulation explicite de la série générale de Taylor a également été fournie par lui, apparaissant dans une ébauche de 1691-1692 de son De Quadratura Curvarum. Il est à l'origine des formules de Newton-Cotes pour l'intégration numérique. Les recherches de Newton sur les séries infinies ont été influencées par les travaux de Simon Stevin sur les nombres décimaux. Il a également initié le domaine du calcul des variations, étant le premier à formuler et à résoudre un problème en son sein : le problème de résistance minimale de Newton, qu'il a posé et résolu en 1685 puis publié dans Principia en 1687. Ce problème est considéré comme l'un des problèmes les plus difficiles résolus par les méthodes variationnelles avant le XXe siècle. Par la suite, il a appliqué le calcul des variations pour résoudre le problème de la courbe brachistochrone en 1697, un défi posé par Johann Bernoulli en 1696, le résolvant du jour au lendemain et étant ainsi pionnier dans le domaine grâce à ses travaux sur ces deux problèmes. En outre, il fut un pionnier de l'analyse vectorielle, démontrant l'application de la loi du parallélogramme pour additionner diverses quantités physiques et reconnaissant que ces quantités pouvaient être décomposées en composants dans n'importe quelle direction. On lui attribue l'introduction du concept de vecteur dans ses Principia, en proposant que les grandeurs physiques telles que la vitesse, l'accélération, l'impulsion et la force soient conceptualisées comme des grandeurs dirigées, établissant ainsi Newton comme le « véritable créateur de cet objet mathématique ».
Newton a probablement été le pionnier du développement d'un système strictement analytique de coordonnées polaires, avec ses contributions sur le sujet surpassant toutes les autres au cours de sa vie en termes de généralité et de flexibilité. Son ouvrage de 1671, Méthode des fluxions, est antérieur à la publication initiale de Jacob Bernoulli sur le sujet en 1691. Il est également reconnu comme l'initiateur strict des coordonnées bipolaires.
Un manuscrit privé de Newton, datant de 1664 à 1666, contient le premier problème connu dans le domaine des probabilités géométriques. Ce problème concernait la probabilité qu'une balle atterrisse dans l'un des deux secteurs inégaux d'un cercle. Dans son analyse, il a proposé de remplacer l'énumération des occurrences par une évaluation quantitative et de remplacer l'estimation de la proportion d'une zone par un décompte de points, ce qui lui a valu d'être reconnu comme le fondateur de la stéréologie.
Newton est crédité des origines européennes modernes de l'élimination gaussienne. Entre 1669 et 1670, Newton observa que les textes d'algèbre contemporains manquaient d'instructions pour résoudre des équations simultanées, une lacune qu'il combla par la suite. Bien que ses notes soient restées inédites pendant des décennies, leur publication finale a valu à son manuel une grande influence, établissant la méthode de substitution et introduisant la terminologie cruciale d'« extermination » (actuellement connue sous le nom d'élimination).
Au cours des années 1660 et 1670, Newton a identifié 72 des 78 « espèces » de courbes cubiques, les classant en quatre types distincts et systématisant ses découvertes dans des publications ultérieures. Néanmoins, un manuscrit des années 1690, analysé plus tard, a révélé que Newton avait identifié les 78 courbes cubiques mais avait choisi de ne pas publier les six autres pour des raisons non divulguées. En 1717, probablement avec l'aide de Newton, James Stirling démontra que toutes les courbes cubiques appartenaient à l'un de ces quatre types. Stirling affirmait que ces quatre types pouvaient être dérivés d'un seul type par projection plane, une affirmation qui fut étayée en 1731, quatre ans après le décès de Newton.
En 1693, Newton s'est brièvement intéressé à la théorie des probabilités, correspondant avec Samuel Pepys concernant le problème Newton-Pepys. Ce problème concernait la probabilité de lancer des six à partir d’un nombre spécifié de dés. Le résultat A a été défini comme au moins un six apparaissant sur six dés, le résultat B comme au moins deux six apparaissant sur douze dés et le résultat C comme au moins trois six apparaissant sur dix-huit dés. Newton a correctement identifié le résultat A comme le plus probable, tandis que Pepys a incorrectement sélectionné le résultat C. Cependant, la justification intuitive de Newton pour sa solution contenait des défauts.
Optique
En 1666, Newton observa que le spectre des couleurs émergeant d'un prisme à la position de déviation minimale paraissait oblong, même lorsque le rayon lumineux incident était circulaire. Cela indiquait que le prisme réfractait différentes couleurs sous différents angles. Cette observation l'a amené à conclure que la couleur est une propriété intrinsèque de la lumière, un concept qui avait auparavant fait l'objet de nombreux débats.
De 1670 à 1672, Newton a donné des conférences sur l'optique, au cours desquelles il a étudié la réfraction de la lumière. Il démontra que l'image multicolore produite par un prisme, qu'il appela spectre, pouvait être recomposée en lumière blanche à l'aide d'une lentille et d'un second prisme. Les études contemporaines suggèrent que l'analyse et la resynthèse de la lumière blanche par Newton ont été influencées par l'alchimie corpusculaire.
Dans son ouvrage de 1671 sur les anneaux de Newton, il a employé une méthodologie sans précédent au XVIIe siècle. Il a fait la moyenne de toutes les différences observées et a ensuite calculé l'écart entre cette moyenne et la valeur du premier anneau, introduisant ainsi une technique désormais standard pour atténuer le bruit de mesure, une méthode non documentée ailleurs à l'époque. Il a ensuite étendu cette « méthode de lutte contre les erreurs » à ses études sur les équinoxes de 1700, une approche décrite comme « totalement sans précédent ». Cette application différait en ce que Newton « nécessitait de bonnes valeurs pour chacune des heures équinoxiales d'origine, et il a donc conçu une méthode qui leur permettait, pour ainsi dire, de s'auto-corriger ». Newton a également développé une technique reconnue aujourd'hui sous le nom d'analyse de régression linéaire. Il a formulé la première des deux « équations normales » associées aux moindres carrés ordinaires, a calculé la moyenne d'un ensemble de données 50 ans avant Tobias Mayer (qui était traditionnellement considéré comme le premier praticien) et a veillé à ce que la somme des résidus soit égale à zéro, forçant ainsi la ligne de régression à passer par le point moyen. Il a fait la distinction entre deux ensembles de données disparates et a peut-être envisagé une solution optimale concernant les biais, mais pas explicitement en termes d'efficacité.
Newton a démontré que la lumière colorée conserve ses caractéristiques intrinsèques quelle que soit son interaction avec les objets. En isolant un faisceau coloré et en le dirigeant sur diverses surfaces, il a montré que la couleur de la lumière restait constante, qu'elle soit réfléchie, diffusée ou transmise. Par conséquent, il a postulé que la couleur résulte d’objets interagissant avec une lumière colorée préexistante, plutôt que d’objets générant eux-mêmes de la couleur. Ce concept est connu sous le nom de théorie de la couleur de Newton. Son article de 1672 sur la nature de la lumière blanche et des couleurs a établi le cadre fondamental de toutes les recherches ultérieures sur la couleur et la vision des couleurs.
Les recherches de Newton l'ont amené à conclure que les lentilles des télescopes réfractaires souffraient intrinsèquement d'aberration chromatique, c'est-à-dire la dispersion de la lumière en différentes couleurs. Pour contourner ce problème, il a conçu et construit un télescope utilisant des miroirs réfléchissants comme objectif plutôt que des lentilles. Le développement de cet instrument, reconnu aujourd'hui comme le premier télescope à réflexion fonctionnel et connu sous le nom de télescope newtonien, a nécessité de surmonter des défis liés à l'identification d'un matériau de miroir approprié et au perfectionnement des techniques de mise en forme. Les conceptions antérieures de télescopes à réflexion étaient soit restées théoriques, soit se sont avérées infructueuses, faisant du dispositif de Newton le premier véritablement opérationnel. Newton a méticuleusement rectifié ses miroirs à partir d'un alliage sur mesure de métal spéculum hautement réfléchissant, en utilisant le phénomène des anneaux de Newton pour évaluer la qualité optique de ses télescopes. À la fin de 1668, il produisit avec succès ce premier télescope à réflexion, un instrument d'environ huit pouces de long qui produisait des images plus claires et agrandies. Newton a documenté ses observations, notant sa capacité à discerner les quatre lunes galiléennes de Jupiter et la phase du croissant de Vénus avec son nouveau télescope à réflexion. En 1671, la Royal Society demanda une démonstration de son invention. Cet intérêt l'a incité à publier ses notes préliminaires, Of Colours, qu'il a ensuite développées dans l'ouvrage fondateur Opticks. Suite aux critiques de Robert Hooke sur certains des concepts de Newton, Newton, se sentant offensé, s'est d'abord retiré du discours public. Néanmoins, une brève correspondance entre eux eut lieu en 1679-1680, initiée par Hooke, alors secrétaire de la Royal Society, pour solliciter les contributions de Newton aux transactions de la Société. Cette interaction a finalement incité Newton à formuler une preuve démontrant que les trajectoires elliptiques des orbites planétaires résultent d'une force centripète inversement proportionnelle au carré du rayon vecteur.
Dans le domaine de l'astronomie, Newton est également reconnu pour sa perspicacité selon laquelle les emplacements élevés offrent des conditions d'observation supérieures. Il attribuait cet avantage à « l'air le plus serein et le plus calme » trouvé au-dessus des couches les plus denses et turbulentes de l'atmosphère, qu'il appelait « les nuages plus gros », atténuant ainsi l'effet scintillant des étoiles.
Newton a postulé que la lumière était constituée de particules, ou corpuscules, qui subissaient une réfraction en accélérant lorsqu'elles pénétraient dans un milieu plus dense. Tandis qu'il abordait une explication ondulatoire pour les modèles périodiques de réflexion et de transmission observés dans les films minces (Opticks Bk. II, Props. 12), il maintenait simultanément sa théorie des « ajustements », qui prédisposait les corpuscules soit à la réflexion, soit à la transmission (Props.13). Malgré sa préférence déclarée pour une théorie des particules, Newton a reconnu dans Opticks que la lumière présentait à la fois des caractéristiques de type particule et onde. Il a émis l'hypothèse que les corpuscules doivent interagir avec les ondes au sein d'un milieu pour tenir compte des modèles d'interférence et du phénomène plus large de diffraction.
Dans son ouvrage de 1675, Hypothèse de la lumière, Newton a proposé l'existence d'un éther comme moyen de transmission des forces entre les particules. Ses relations avec le philosophe platonicien de Cambridge, Henry More, ont ravivé son intérêt pour l'alchimie. Par la suite, Newton a supplanté le concept d’éther par des forces occultes, s’appuyant sur les principes hermétiques d’attraction et de répulsion entre les particules. Il est impératif de reconnaître que ses contributions scientifiques sont inextricablement liées à ses recherches alchimiques, en particulier compte tenu de la période historique où une démarcation nette entre l'alchimie et la science n'avait pas encore été établie.
Newton a fait progresser l'étude de l'astigmatisme en établissant ses fondements mathématiques. Il a découvert que la réfraction de crayons de lumière obliques entraîne la formation de deux points d'image distincts, une découverte qui a ensuite influencé les recherches de Thomas Young.
En 1704, Newton a publié Opticks, un ouvrage qui a élaboré sa théorie corpusculaire de la lumière. Le traité se terminait par une série de questions, présentées à la fois comme des questions non résolues et des déclarations affirmatives. Conformément à sa théorie des corpuscules, Newton a émis l'hypothèse que la matière ordinaire comprenait des « corpuscules plus gros » et a spéculé sur une forme de transmutation alchimique, telle qu'articulée dans la requête 30 : « Les corps grossiers et la lumière ne sont-ils pas convertibles les uns dans les autres, et les corps ne peuvent-ils pas recevoir une grande partie de leur activité des particules de lumière qui entrent dans leur composition ? De plus, la requête 6 a introduit le concept fondamental de corps noir. Opticks est fréquemment cité comme l'un des « premiers exemples de procédure expérimentale ».
En 1699, Newton a présenté à la Royal Society une itération améliorée de son quadrant réfléchissant, également connu sous le nom d'octant, un dispositif qu'il avait probablement conçu dès 1677. Cet instrument est important car il est le premier quadrant à incorporer deux miroirs, une caractéristique qui a considérablement augmenté la précision des mesures en offrant simultanément une perspective stable de l'horizon et des objets célestes. Bien que construit, le quadrant de Newton ne semble pas avoir perduré jusqu'à nos jours. Par la suite, John Hadley développa son propre quadrant à double réflexion, qui ressemblait de façon frappante au modèle original de Newton. Néanmoins, Hadley n'était probablement pas au courant de l'invention antérieure de Newton, ce qui a historiquement conduit à des ambiguïtés quant au véritable créateur de l'appareil.
En 1704, Newton a conçu et dévoilé un miroir brûlant à la Royal Society. Cet appareil comprenait sept miroirs en verre concaves, chacun d'environ un pied de diamètre. Son énergie radiante potentielle maximale est estimée à 460 W cm⁻², une performance caractérisée comme « certainement plus lumineuse thermiquement qu'un millier de soleils (1 000 × 0,065 W cm⁻²) », dérivée d'une intensité de rayonnement solaire estimée à 0,065 W cm⁻² à Londres en mai 1704. Par conséquent, l'intensité radiante maximale potentiellement atteinte par ce miroir suggère que Newton « peut avoir produit la plus grande intensité de rayonnement provoquée par l'action humaine avant l'arrivée des armes nucléaires en 1945." Les récits contemporains de David Gregory indiquent que le miroir faisait fumer les métaux, faisait bouillir l'or et provoquait la vitrification de l'ardoise. William Derham le considérait comme le miroir brûlant le plus puissant d'Europe à cette époque.
Newton a également entrepris des recherches pionnières sur l'électricité, notamment en construisant un générateur électrostatique à friction rudimentaire utilisant un globe en verre. C'était la première fois que du verre était utilisé pour un tel dispositif, contrairement aux globes de soufre précédemment utilisés par des scientifiques comme Otto von Guericke. En 1675, il a documenté une expérience démontrant que le frottement d'un côté d'une feuille de verre pour induire une charge électrique provoquait l'attraction de « corps légers » vers le côté opposé. Il a interprété ce phénomène comme une preuve que les forces électriques pouvaient traverser le verre. En outre, Newton a informé la Royal Society que le verre était efficace pour générer de l'électricité statique, le classant comme un « bon électrique » des décennies avant que cette propriété ne soit largement reconnue. Sa proposition dans Opticks, suggérant que la réflexion et la réfraction optiques résultent d'interactions sur toute une surface, est considérée comme un précurseur de la théorie des champs de force électrique. Il a également reconnu le rôle fondamental de l'électricité dans la nature, lui attribuant divers phénomènes, notamment l'émission, la réflexion, la réfraction, l'inflexion et les effets de chauffage de la lumière. Newton a postulé que l'électricité faisait partie intégrante des sensations corporelles humaines, influençant les processus allant du mouvement musculaire à la fonction cérébrale. Sa théorie de la transmission nerveuse a eu un impact significatif sur les recherches de Luigi Galvani, car l'hypothèse de Newton était centrée sur l'électricité comme médiateur potentiel de l'influx nerveux, remettant ainsi en question la théorie hydraulique cartésienne dominante de l'époque. Il a également été le premier à articuler une théorie complète et équilibrée expliquant le fonctionnement synergique des mécanismes électriques et chimiques au sein du système nerveux. Le modèle de dispersion de masse de Newton, précurseur de l'application réussie du principe de moindre action, offrait un cadre solide pour comprendre la réfraction, notamment grâce à son approche basée sur l'impulsion.
Au sein de Opticks, Newton a été le pionnier du concept de prismes fonctionnant comme des expanseurs de faisceau et des réseaux de prismes multiples. Ces configurations prismatiques ont ensuite été adoptées près de 278 ans plus tard dans les lasers accordables, où les expanseurs de faisceau à prismes multiples se sont révélés essentiels au développement de systèmes à largeur de raie étroite. L'application de ces expanseurs de faisceau prismatiques a finalement donné naissance à la théorie de la dispersion à prismes multiples.
Newton a été le premier à émettre l'hypothèse de l'effet Goos-Hänchen, un phénomène optique caractérisé par un déplacement latéral mineur de la lumière polarisée linéairement lors d'une réflexion interne totale. Il a étayé cette théorie avec à la fois des observations expérimentales et un cadre théorique dérivé d'un modèle mécanique.
La communauté scientifique a fini par faire la distinction entre la perception subjective de la couleur et les principes objectifs de l'optique mathématique. Bien que le mathématicien allemand Johann Wolfgang von Goethe ait largement accepté les principes newtoniens, il a identifié une faille critique dans les affirmations de Newton. Newton avait postulé que la réfraction sans couleur était inaccessible, ce qui l'avait amené à conclure que les objectifs des télescopes resteraient intrinsèquement défectueux en raison de l'incompatibilité de l'achromatisme et de la réfraction. Cependant, Dollond a par la suite démontré l'inexactitude de cette déduction.
Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica
Les travaux fondateurs de Newton sur la théorie de la gravitation ont commencé dès 1665. En 1679, il a repris ses recherches sur la mécanique céleste, analysant l'influence de la gravitation sur les orbites planétaires en conjonction avec les lois de Kepler sur le mouvement planétaire. Son engagement renouvelé dans les phénomènes astronomiques fut en outre stimulé par l'apparition d'une comète au cours de l'hiver 1680-1681, ce qui le conduisit à correspondre avec John Flamsteed. Suite à des discussions avec Robert Hooke, Newton a formulé une preuve démontrant que les orbites planétaires elliptiques résultent d'une force centripète inversement proportionnelle au carré du rayon vecteur. Ces découvertes furent ensuite présentées à Edmond Halley et à la Royal Society dans De motu corporum in gyrum, un traité concis d'environ neuf pages, qui fut officiellement enregistré dans le registre de la Royal Society en décembre 1684. Dans cet ouvrage, Newton introduisit également le terme « force centripète ». Ce traité a servi de noyau fondamental que Newton élaborera plus tard et développera dans le monumental Principia.
L'ouvrage fondateur, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, fut publié le 5 juillet 1687, facilité par les encouragements et le soutien financier d'Edmond Halley. Dans ce traité, Newton a articulé les trois lois universelles du mouvement. Collectivement, ces lois délimitent l'interaction entre un objet, les forces exercées sur lui et son mouvement ultérieur, établissant ainsi le fondement de la mécanique classique. Ces principes ont suscité d’innombrables avancées technologiques tout au long de la révolution industrielle et sont restés incontestés pendant plus de deux siècles. Un nombre important de ces concepts fondamentaux continuent de soutenir les technologies contemporaines non relativistes. Newton a utilisé le terme latin gravitas (qui signifie « poids ») pour décrire le phénomène appelé par la suite gravité, et a formulé simultanément la loi de la gravitation universelle. Cette réalisation monumentale représentait la grande unification inaugurale dans le domaine de la physique. Il a résolu avec succès le problème à deux corps et a ensuite introduit le problème plus complexe à trois corps.
Dans la même publication, Newton a introduit une méthode d'analyse géométrique de type calcul utilisant le « premier et dernier rapports ». Il a également fourni la première détermination analytique de la vitesse du son dans l'air, dérivée de la loi de Boyle, et en a déduit l'aplatissement de la forme sphéroïdale de la Terre. En outre, il a expliqué la précession des équinoxes comme une conséquence de l'influence gravitationnelle de la Lune sur la forme aplatie de la Terre, a commencé l'enquête gravitationnelle sur les irrégularités du mouvement lunaire et a présenté un cadre théorique pour prédire les orbites cométaires, entre autres contributions. Le biographe de Newton, David Brewster, a documenté que l'application complexe de sa théorie gravitationnelle au mouvement lunaire avait un impact significatif sur la santé de Newton. Au cours de ses travaux sur ce problème en 1692-1693, Newton aurait « été privé de son appétit et de son sommeil » et aurait confié à l'astronome John Machin que « sa tête ne lui faisait jamais mal que lorsqu'il étudiait le sujet ». Brewster a en outre raconté qu'Edmond Halley avait informé John Conduitt que lorsqu'il était invité à finaliser son analyse, Newton répondait systématiquement que cela lui causait des maux de tête et "le tenait éveillé si souvent qu'il n'y pensait plus". De plus, il a effectué le premier calcul expérimental de l'âge de la Terre et a conceptualisé un précurseur de la soufflerie contemporaine.
Newton a délimité deux principaux scénarios d'attraction gravitationnelle : la loi du carré inverse et une force centrale directement proportionnelle à la distance. Il a démontré que les deux principes aboutissent à des orbites à section conique stables et que les objets à symétrie sphérique se comportent comme si toute leur masse était concentrée en un seul point. Dans la physique contemporaine, cette loi de force linéaire est mathématiquement analogue à la force associée à la constante cosmologique.
Newton a fait progresser la mécanique des fluides de manière significative grâce au livre II de ses Principia. Les analyses ultérieures confirment l’exactitude de presque toutes ses 53 propositions, seules quelques-unes restant discutables. Les propositions 1 à 18 représentent la première exploration complète du mouvement soumis à une résistance proportionnelle à la vitesse ou à son carré. Cela a conduit l'érudit Richard S. Westfall à affirmer que Newton « a créé, presque sans précédent, le traitement scientifique du mouvement dans des conditions de résistance, c'est-à-dire du mouvement tel qu'il se trouve dans le monde ». Notamment, la proposition 15 a démontré qu'un corps en orbite circulaire subissant une traînée dans une atmosphère où la densité diminue inversement avec la distance suivrait une spirale équiangulaire, une découverte corroborée plus tard de manière indépendante par Morduchow et Volpe (1973). Dans la section IX du Livre II, Newton a établi la relation linéaire entre la résistance visqueuse et le gradient de vitesse, qui caractérise désormais un fluide newtonien, malgré ses expériences offrant des preuves directes limitées de viscosité. De plus, Newton a étudié le mouvement circulaire des fluides et a été le pionnier de l'analyse de l'écoulement de Couette, initialement dans la proposition 51 pour un seul cylindre rotatif, puis étendu dans le corollaire 2 pour englober l'écoulement entre deux cylindres concentriques. Il est également devenu le premier à analyser la résistance rencontrée par les corps axisymétriques traversant un milieu raréfié.
Dans les Principia, Newton a présenté l'estimation quantitative initiale de la masse du Soleil. Les éditions ultérieures, intégrant des mesures plus précises, ont affiné son calcul du rapport de masse Soleil/Terre pour se rapprocher des valeurs modernes. Il calcula en outre les masses et les densités de Jupiter et de Saturne, établissant ainsi une échelle comparative unifiée pour ces quatre entités célestes : le Soleil, la Terre, Jupiter et Saturne. Cette réalisation particulière de Newton a été saluée comme « une expression suprême de la doctrine selon laquelle un ensemble de concepts et de principes physiques s'applique à tous les corps sur terre, à la terre elle-même et aux corps partout dans l'univers. » Newton a articulé une perspective héliocentrique du système solaire, qui était particulièrement avancée pour son époque, car il avait déjà identifié la « déviation du Soleil » par rapport au centre de gravité du système solaire au milieu des années 1680. Selon Newton, le véritable point stationnaire n’était pas précisément le centre du Soleil ou de tout autre corps céleste individuel. Au lieu de cela, il a postulé que « le centre de gravité commun de la Terre, du Soleil et de toutes les planètes doit être considéré comme le centre du monde », et ce centre gravitationnel « soit au repos, soit se déplace uniformément vers l'avant sur une ligne droite ». Newton était favorable à l'interprétation « au repos », s'alignant sur le consensus dominant selon lequel le centre de l'univers, quel que soit son emplacement exact, restait stationnaire.
Newton a été critiqué pour avoir incorporé des « agences occultes » dans le discours scientifique, en particulier en raison de sa postulation d'une force invisible capable d'agir sur d'immenses distances. Par la suite, dans la deuxième édition des Principia de 1713, Newton réfuta de manière décisive ces critiques dans un Scholium général concluant. Il affirmait que les phénomènes observés démontraient suffisamment l’attraction gravitationnelle, même s’ils n’en révélaient pas la cause sous-jacente. Par conséquent, il jugeait à la fois superflu et inapproprié de formuler des hypothèses sur des aspects qui ne sont pas directement impliqués par les observations empiriques. C'est dans ce contexte qu'il a formulé l'expression célèbre "Hypotheses non fingo".
La publication des Principia a valu à Newton une renommée internationale. Il attira par la suite une cohorte d'admirateurs, parmi lesquels se trouvait le mathématicien d'origine suisse Nicolas Fatio de Duillier.
Autres contributions importantes
Newton a étudié le transfert de chaleur et d'énergie et a développé une loi empirique du refroidissement. Cette loi postule que la vitesse de refroidissement d'un objet est directement proportionnelle à la différence de température entre l'objet et son environnement ambiant. Exprimé pour la première fois en 1701, cela représentait la formalisation initiale du transfert de chaleur et établissait les principes fondamentaux du transfert de chaleur par convection, intégrés par la suite dans les travaux de Joseph Fourier.
Isaac Newton a fourni la première description qualitative de ce qui sera plus tard officiellement reconnu comme l'effet Magnus, précédant de près de deux siècles les recherches expérimentales de Heinrich Magnus. Dans un texte de 1672, Newton a documenté son observation de joueurs de tennis du Cambridge College, notant la trajectoire courbe d'une balle de tennis frappée obliquement avec un mouvement de rotation. Il a postulé que l'interaction des mouvements de rotation et de translation du ballon entraînait qu'un côté exerçait une interaction plus forte avec l'air ambiant, conduisant à une « réticence et une réaction de l'air proportionnellement plus importantes » de ce côté. Cela constitue un premier aperçu perspicace de la différence de pression qui génère la déviation latérale.
Philosophie des sciences
Les contributions philosophiques d'Isaac Newton ont eu une profonde influence, et une compréhension globale du milieu philosophique de la fin du XVIIe et du début du XVIIIe siècle nécessite de reconnaître son rôle central. Tout au long de l’histoire, Newton a été largement reconnu comme une figure fondatrice de la philosophie moderne. Par exemple, l'Historia Critica Philosophiae (1744) de Johann Jakob Brucker, qui est considérée comme la première histoire moderne complète de la philosophie, mettait en évidence Newton comme un intellect philosophique central. Cette représentation a influencé de manière significative la conceptualisation de la philosophie moderne parmi d'éminents penseurs des Lumières, notamment Denis Diderot, Jean le Rond d'Alembert et Immanuel Kant.
À partir de la deuxième édition de son ouvrage fondateur, Principia, Newton a incorporé une section finale consacrée à la philosophie ou à la méthodologie des sciences. Dans cette section, il a formulé, en latin, « hypothèses non fingo », qui se traduit par « je ne feins pas d'hypothèses ». Dans ce contexte, Newton s’opposait à la formulation d’hypothèses non fondées dans la recherche scientifique. L'affirmation de Newton, « hypotheses non fingo », souligne son refus de s'engager dans des spéculations sur des causes qui ne sont pas directement étayées par des phénomènes observables. Harper explique que la philosophie expérimentale de Newton impose une différenciation claire entre les hypothèses, définies comme des conjectures non vérifiées, et les propositions dérivées de phénomènes et ensuite généralisées par un raisonnement inductif. Newton a soutenu qu'une enquête scientifique authentique nécessite de fonder rigoureusement les explications exclusivement sur des données empiriques, plutôt que de s'appuyer sur un raisonnement spéculatif. Par conséquent, Newton a soutenu que l'avancée d'hypothèses dépourvues de soutien empirique compromet l'intégrité de la philosophie expérimentale, car les hypothèses devraient fonctionner uniquement comme des suggestions provisoires soumises à des preuves observationnelles.
Son texte latin original déclare :
Rationem vero harum gravitatis proprietatum ex phaenomenis nondum potui deducere, & hypothèses non fingo. Quicquid enim ex phaenomenis non deducitur, hypothèse vocanda est; & hypothèses, seu metaphysicae, seu physicae, seu qualitatum occultarum, seu mécanicienae, en philosophia experimentali lieu non habent. Dans hac philosophia propositions deducuntur ex phaenomenis, et redduntur generales per inductionem.
Ce passage se traduit par :
"Jusqu'à présent, je n'ai pas pu découvrir la cause de ces propriétés de la gravité à partir des phénomènes, et je ne formule aucune hypothèse, car tout ce qui n'est pas déduit des phénomènes doit être appelé une hypothèse ; et les hypothèses, qu'elles soient métaphysiques ou physiques, qu'elles soient de qualités occultes ou mécaniques, n'ont pas leur place dans la philosophie expérimentale. Dans cette philosophie, des propositions particulières sont déduites des phénomènes, et ensuite rendues générales par induction."
Newton a considérablement fait progresser et affiné la méthode scientifique. Ses recherches sur les propriétés de la lumière au cours des années 1670 illustrent son approche méthodologique rigoureuse. Cela impliquait de mener systématiquement des expériences, d’enregistrer méticuleusement les observations, de prendre des mesures précises, puis de concevoir d’autres expériences basées sur les premiers résultats. Il a ensuite formulé une théorie, conçu des expériences supplémentaires pour la tester rigoureusement et finalement documenté l'ensemble du processus avec suffisamment de détails pour permettre à d'autres scientifiques de reproduire chaque étape.
Dans son traité de 1687, Principia, Newton a défini quatre règles fondamentales : La première règle stipule : "Nous ne devons admettre plus de causes des choses naturelles que celles qui sont à la fois vraies et suffisantes pour expliquer leurs apparences." La deuxième règle postule : « Aux mêmes effets naturels, il faut, autant que possible, attribuer les mêmes causes. » La troisième règle affirme : « Les qualités des corps, qui n'admettent ni intensification ni rémission des degrés, et qui se révèlent appartenir à tous les corps à la portée de nos expériences, doivent être considérées comme les qualités universelles de tous les corps quels qu'ils soient. » Enfin, la quatrième règle déclare : « En philosophie expérimentale, nous devons considérer les propositions déduites par induction générale à partir de phénomènes comme étant exactes ou très proches de la vérité, malgré toutes les hypothèses contraires qui peuvent être imaginées, jusqu'à ce que d'autres phénomènes se produisent, par lesquels elles peuvent soit être rendues plus exactes, soit sujettes à des exceptions. » Ces principes ont ensuite constitué les principes fondamentaux des méthodologies scientifiques modernes.
La méthodologie scientifique de Newton a considérablement progressé au-delà de la simple prédiction grâce à trois améliorations cruciales, augmentant ainsi le cadre hypothético-déductif fondamental. Premièrement, il a introduit une norme plus sophistiquée de validation empirique, exigeant que les phénomènes observés quantifient avec précision les variables théoriques. Deuxièmement, il a converti des enquêtes théoriques abstraites en questions susceptibles d’être résolues empiriquement par la mesure. Troisièmement, il a utilisé des hypothèses provisoirement acceptées pour diriger les enquêtes, facilitant ainsi un processus d'approximations successives où les divergences ont incité au développement de modèles plus raffinés. Cette approche puissante, caractérisée par des mesures fondées sur la théorie, a ensuite été adoptée par ses disciples pour appliquer ses théories à l'astronomie et continue de constituer une pierre angulaire de la physique contemporaine.
Vie plus tard
Monnaie royale
Au cours des années 1690, Newton a écrit plusieurs traités religieux explorant à la fois les interprétations littérales et symboliques de la Bible. Un manuscrit, envoyé par Newton à John Locke, contestait l'authenticité de 1 Jean 5 :7 – connu sous le nom de virgule johannique – et sa correspondance avec les manuscrits originaux du Nouveau Testament ; cet ouvrage n'a été publié qu'en 1785.
Newton a également été député de l'Université de Cambridge au Parlement anglais en 1689 et 1701. Des rapports anecdotiques suggèrent que ses seules contributions au discours parlementaire consistaient à exprimer son inconfort face à un courant d'air froid et à demander la fermeture d'une fenêtre. Néanmoins, le chroniqueur de Cambridge, Abraham de la Pryme, a enregistré Newton réprimandant les étudiants qui alarmaient les résidents locaux en affirmant qu'une maison particulière était hantée.
En 1696, Newton a déménagé à Londres pour assumer le rôle de directeur de la Monnaie sous le roi Guillaume III, poste obtenu grâce au patronage de Charles Montagu, 1er comte d'Halifax, qui était alors chancelier de l'Échiquier. Il a supervisé les vastes efforts de refonte de l'Angleterre, a rencontré des conflits avec Robert Lucas, 3e baron Lucas de Shenfield, le gouverneur de la Tour, et a fait en sorte qu'Edmond Halley devienne contrôleur adjoint de la branche provisoire de Chester. Après la mort de Thomas Neale en 1699, Newton accède au poste de maître de la Monnaie, rôle qu'il occupe pendant les trois dernières décennies de sa vie et pour lequel il devient largement reconnu. Même si ces nominations étaient généralement considérées comme des sinécures, Newton les abordait avec un dévouement considérable. Il a abandonné ses responsabilités à Cambridge en 1701 et a utilisé son autorité pour mettre en œuvre des réformes monétaires et poursuivre les individus impliqués dans la coupure et la contrefaçon.
En sa qualité de directeur puis de maître de la Monnaie royale, Newton a estimé qu'environ 20 % de la monnaie collectée lors du Grand Recoinage de 1696 était contrefaite. La contrefaçon constituait une haute trahison, un crime passible de pendaison, de tirage et d'écartèlement. Malgré la sévérité de la sanction, obtenir des condamnations, même contre les délinquants les plus odieux, présentait des défis importants, mais Newton a fait preuve d'une efficacité remarquable dans cette entreprise.
Adoptant l'apparence d'un habitué des bars et des tavernes, Newton a personnellement collecté une partie substantielle des preuves incriminantes. Malgré les obstacles procéduraux aux poursuites et la séparation des pouvoirs gouvernementaux, le droit anglais a conservé de formidables et anciennes traditions d'autorité. Newton a organisé sa propre nomination en tant que juge de paix dans tous les comtés d'origine. Une lettre préliminaire concernant cette question se trouve dans la première édition personnelle de Newton de Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, qu'il annotait vraisemblablement à cette époque. Par la suite, entre juin 1698 et Noël 1699, il mena plus de 100 contre-interrogatoires de témoins, informateurs et suspects. Ses efforts ont permis de poursuivre avec succès 28 monnayeurs, notamment le prolifique contrefacteur William Chaloner, qui a ensuite été exécuté par pendaison.
En plus de ses efforts contre les contrefacteurs, Newton a amélioré la technologie de frappe, réduisant l'écart type des poids guinées de 1,3 grammes à 0,75 grammes. À partir de 1707, il institua la pratique consistant à tester un petit échantillon de pièces d'une livre lors de l'essai de la custode, ce qui contribua à minimiser la marge d'erreur autorisée. En fin de compte, ses innovations, qui sont restées efficaces jusque dans les années 1770, ont permis au Trésor d'économiser environ 41 510 £ à l'époque, soit l'équivalent d'environ 3 millions de livres sterling en 2012, améliorant ainsi la précision de la monnaie britannique. Il a considérablement augmenté la productivité de la Monnaie, élevant la production hebdomadaire de pièces de monnaie de 15 000 livres à 100 000 livres. Newton est également reconnu pour avoir initié les premières formes d'études du temps et du mouvement, bien que ses contributions impliquaient des calculs théoriques de la capacité physique plutôt que le développement d'un modèle de productivité industrielle standardisé.
Les engagements de Newton à la Monnaie royale ont influencé de manière significative les intérêts scientifiques et commerciaux émergents dans des disciplines telles que la numismatique, la géologie, les mines, la métallurgie et la métrologie au début du XVIIIe siècle.
Newton avait une perspective économique avancée, considérant le crédit papier, tel que la dette publique, comme un remède pragmatique et judicieux aux contraintes inhérentes à un système monétaire purement métallique. Il a avancé qu'une émission élargie de ce type de crédit papier pourrait réduire les taux d'intérêt, favorisant ainsi l'activité commerciale et générant des opportunités d'emploi. Newton a également maintenu un point de vue non conventionnel et minoritaire selon lequel la valorisation des monnaies métalliques et papier était déterminée par la perception et la confiance du public.
Newton assuma la présidence de la Royal Society en 1703 et devint associé de l'Académie des Sciences française. En sa qualité de membre de la Royal Society, Newton a contrarié John Flamsteed, l'astronome royal, en publiant prématurément l'Historia Coelestis Britannica de Flamsteed, un ouvrage que Newton avait utilisé dans ses propres recherches.
Chevalerie
La reine Anne a conféré le titre de chevalier à Newton lors d'une cérémonie royale. Cet honneur était probablement motivé par des considérations politiques liées aux élections parlementaires de mai 1705, plutôt qu'une reconnaissance de ses contributions scientifiques ou de son service en tant que maître de la Monnaie. Il fut le deuxième scientifique à recevoir le titre de chevalier, après Francis Bacon.
Suite à un rapport soumis par Newton aux Lords Commissioners of His Majesty's Treasury le 21 septembre 1717, une proclamation royale du 22 décembre 1717 modifia le rapport bimétallique entre les pièces d'or et d'argent, interdisant l'échange de guinées d'or contre plus de 21 shillings d'argent. Cette mesure a involontairement conduit à une pénurie d’argent, car les pièces d’argent étaient utilisées pour payer les importations, tandis que les exportations étaient réglées en or. Cela a effectivement fait passer la Grande-Bretagne d’un étalon argent à son premier étalon-or. La question de savoir si ce résultat était intentionnel reste un sujet de débat scientifique. Certains chercheurs affirment que Newton percevait ses responsabilités à la Monnaie comme une extension de ses activités alchimiques.
Newton détenait des investissements dans la South Sea Company et a subi des pertes d'au moins 10 000 £, dépassant potentiellement 20 000 £ (l'équivalent de 4,4 millions de £ en 2020), lors de son effondrement vers 1720. Malgré ces pertes, la richesse substantielle de Newton avant la bulle lui a permis de rester riche à sa mort, avec sa succession. évalué à environ 30 000 £.
Dans ses dernières années, Newton résidait occasionnellement à Cranbury Park, près de Winchester, la propriété de campagne de sa nièce et de son mari, bien que sa résidence principale soit restée à Londres. Sa demi-nièce, Catherine Barton, lui servait d'hôtesse pour des engagements sociaux dans sa résidence de Jermyn Street à Londres. Une lettre préservée de 1700, écrite alors qu'elle se remettait de la variole, se termine par la phrase de Newton « votre oncle très aimant », une démonstration de sollicitude familiale caractéristique des conventions épistolaires du XVIIe siècle. L'historienne Patricia Fara observe que la teneur de la lettre est affectueuse et paternelle, offrant des conseils médicaux et se souciant de son apparence pendant sa convalescence, sans aucune connotation romantique.
Richesse
Newton s'est régulièrement engagé dans des investissements actifs, notamment en participant à la bulle des mers du Sud. À son décès, sa succession a été évaluée à environ 30 000 £, un montant équivalent à près d'un milliard de livres sterling en monnaie contemporaine.
Mort
Newton est décédé dans son sommeil à Londres le 20 mars 1727 (NS 31 mars 1727), à l'âge de 84 ans. Il a reçu des funérailles nationales, marquant le premier honneur de ce type en Angleterre pour une personne principalement célébrée pour ses réalisations intellectuelles. Le Lord Chancelier, deux ducs et trois comtes servaient de porteurs, accompagnés de la majorité de la Royal Society. Sa dépouille est restée en état à l'abbaye de Westminster pendant huit jours avant son inhumation dans la nef. Newton fut le premier scientifique à être enterré dans l'abbaye. Voltaire aurait assisté à ses funérailles. En tant que célibataire, il avait distribué une partie importante de sa succession à des proches au cours de ses dernières années et est décédé sans testament. Ses papiers personnels ont été légués à John Conduitt et Catherine Barton.
Après sa mort, un masque mortuaire en plâtre de Newton a été coulé. Ce masque fut ensuite utilisé par le sculpteur flamand John Michael Rysbrack pour créer une sculpture de Newton. La Royal Society possède actuellement cet artefact.
Un examen posthume des cheveux de Newton a révélé la présence de mercure, probablement attribuable à ses efforts alchimiques. L'empoisonnement au mercure a été proposé comme explication potentielle du comportement excentrique de Newton au cours de ses dernières années.
Personnalité
Newton a été décrit comme un individu exceptionnellement motivé et discipliné qui a consacré son existence à ses activités intellectuelles. Il est reconnu pour posséder une remarquable capacité de travail, qu’il privilégie avant son bien-être personnel. Newton a également exercé un contrôle strict sur ses désirs physiques, étant sobre dans sa consommation de nourriture et de boissons et adoptant un régime végétarien au cours de ses dernières années. Même si Newton était une personnalité solitaire et névrotique, il n'est pas classé comme psychotique ou bipolaire. Il a été caractérisé comme un « mathématicien extraordinaire » qui était « profondément polyvalent », avec ses premières recherches englobant le développement d'un alphabet phonétique et d'un langage universel.
Le large éventail des activités intellectuelles de Newton est évident dans sa bibliothèque personnelle, comprenant 1 752 volumes identifiables. Une proportion importante était constituée de textes théologiques (27,2%, soit 477 livres), suivis par les ouvrages sur l'alchimie (9,6%, 169 livres), les mathématiques (7,2%, 126 livres), la physique (3,0%, 52 livres) et enfin l'astronomie (1,9%, 33 livres). Remarquablement, les volumes directement liés à ses contributions scientifiques renommées représentaient moins de 12 % de l'ensemble de la collection.
Malgré les allégations d'engagements antérieurs, Newton est resté célibataire tout au long de sa vie. Voltaire, présent à Londres lors des funérailles de Newton, affirma que Newton "n'a jamais été sensible à aucune passion, n'était pas sujet aux faiblesses communes de l'humanité, et n'avait aucun commerce avec les femmes - une circonstance qui m'a été assurée par le médecin et le chirurgien qui l'ont soigné dans ses derniers instants." des parties de leur correspondance existent. Leur association s'est terminée brusquement et inexplicablement en 1693, coïncidant avec l'expérience de Newton d'une dépression nerveuse, manifestée par l'envoi de lettres erratiques et accusatrices à ses connaissances Samuel Pepys et John Locke. Dans sa communication à Locke, Newton a allégué que Locke avait tenté de le « brouiller » avec « des femmes et par d'autres moyens ». un océan de vérité s'étendait devant moi, à découvrir." Néanmoins, il a fait preuve d’une intense compétitivité et nourrissait parfois du ressentiment contre ses adversaires intellectuels, recourant à des attaques personnelles lorsqu’il était stratégiquement avantageux – une caractéristique répandue chez nombre de ses contemporains. Par exemple, dans une lettre adressée à Robert Hooke en février 1675, il reconnaissait : « Si j'ai vu plus loin, c'est en me tenant sur les épaules de géants ». Certains historiens ont avancé que cette déclaration, rédigée pendant une période de discorde entre Newton et Hooke concernant les découvertes optiques, constituait un affront indirect contre Hooke, qui était prétendument de petite taille et bossu, plutôt qu'une simple expression d'humilité. À l'inverse, l'aphorisme bien connu concernant le fait de se tenir sur les épaules de géants, qui apparaît dans des œuvres telles que Jacula Prudentum du poète du XVIIe siècle George Herbert (1651), exprime principalement qu'"un nain sur les épaules d'un géant voit plus loin des deux", positionnant ainsi implicitement Newton lui-même, plutôt que Hooke, en tant que « nain » doté d'une vision supérieure.
Théologie
Points de vue religieux
Malgré son éducation anglicane, Newton avait, dès sa troisième décennie, formulé des croyances hétérodoxes, ce qui a conduit l'historien Stephen Snobelen à le qualifier d'hérétique. Néanmoins, de son vivant, Newton était considéré comme un théologien profond et perspicace, imposant le respect de ses contemporains, comme en témoigne Thomas Tenison, alors archevêque de Cantorbéry, qui lui faisait remarquer : « Vous connaissez plus de divinité que nous tous réunis », et le philosophe John Locke le qualifiant de « homme très précieux, non seulement pour sa merveilleuse compétence en mathématiques mais aussi en divinité et sa grande connaissance des Écritures où je connais peu de ses est égal." Vers 1680, sa position dans le domaine de l’érudition biblique était fermement établie. John Mill a sollicité son conseil concernant une édition critique du Nouveau Testament, et ils ont engagé un bref échange de lettres concernant l'interprétation des premiers chapitres de la Genèse. Thomas Burnet a consulté Newton sur les versions préliminaires de Telluris theoria sacra, et il a engagé des discussions avec Henry More à Cambridge concernant l'interprétation de l'Apocalypse.
William Stukeley a documenté l'assiduité de Newton dans sa lecture et son étude de la Bible :
L'engagement profond de Newton avec la Bible était sans précédent en Angleterre, comme en témoignent ses œuvres publiées, ses nombreux manuscrits inédits et l'état exceptionnellement usé de sa Bible personnelle, indiquant une étude approfondie et fréquente.À partir de 1672, Newton a méticuleusement documenté ses recherches théologiques dans des cahiers privés, qui sont restés inaccessibles jusqu'à leur publication publique en 1972. Les nombreux écrits de Newton se sont concentrés sur la théologie et l'alchimie, la majorité restant inédite. Ces documents démontrent sa profonde familiarité avec les premiers textes de l'Église et indiquent son alignement avec Arius, qui a contesté la doctrine orthodoxe de la Trinité et a été vaincu par Athanase dans la dispute théologique concernant le Credo. Newton percevait le Christ comme un intermédiaire divin entre Dieu et l'humanité, subordonné au Père qui l'a créé. Son intérêt particulier résidait dans la prophétie, mais il considérait le Trinitarisme comme la « grande apostasie ».
Newton échoua initialement dans ses tentatives pour obtenir l'une des deux bourses qui accordaient une exemption de l'exigence d'ordination. Cependant, en 1675, il obtint finalement une dispense du gouvernement qui l'exonérait ainsi que tous les occupants ultérieurs de la chaire lucasienne de cette obligation.
Newton considérait l'adoration de Jésus-Christ comme Dieu comme de l'idolâtrie, une pratique qu'il considérait comme un péché fondamental. En 1999, Snobelen affirmait qu '"Isaac Newton était un hérétique. Mais ... il n'a jamais fait de déclaration publique de sa foi privée - que les orthodoxes auraient jugée extrêmement radicale. Il a si bien caché sa foi que les érudits sont encore en train de démêler ses convictions personnelles. " L'analyse de Snobelen suggère que Newton était, au minimum, un sympathisant socinien (en témoigne sa propriété et sa lecture approfondie d'au moins huit textes sociniens), potentiellement un arien et presque certainement un anti-trinitaire.
Bien que les lois du mouvement et de la gravitation universelle de Newton soient ses découvertes les plus célèbres, il met en garde contre l'interprétation de l'Univers comme un système purement mécaniste, semblable à une grande horloge. Il a expliqué : « Ainsi, la gravité peut mettre les planètes en mouvement, mais sans le pouvoir divin, elle ne pourrait jamais les mettre dans un tel mouvement de circulation, comme c'est le cas pour le soleil. »
Au-delà de sa renommée scientifique, les études approfondies de Newton sur la Bible et les premiers Pères de l'Église étaient tout aussi significatives. Il est l'auteur d'ouvrages de critique textuelle, notamment Un récit historique de deux corruptions notables des Écritures et Observations sur les prophéties de Daniel et l'Apocalypse de Saint-Jean. Newton a calculé que la crucifixion de Jésus-Christ aurait eu lieu le 3 avril 33 après JC, une date cohérente avec une estimation historique traditionnellement acceptée.
Newton a épousé la croyance en un monde rationnellement immanent, mais il a explicitement rejeté l'hylozoïsme inhérent aux philosophies de Gottfried Wilhelm Leibniz et de Baruch Spinoza. Il soutenait que l’Univers ordonné et structuré de manière dynamique était compréhensible, et nécessitait en fait une compréhension, par la raison active. Dans sa correspondance, Newton a déclaré que son objectif en composant les Principia était d'établir « des principes qui pourraient fonctionner avec la considération des hommes pour la croyance en une divinité ». Il a perçu des preuves d'une conception intelligente au sein de l'ordre cosmique, affirmant qu'« une si merveilleuse uniformité dans le système planétaire doit avoir l'effet d'un choix ». Cependant, Newton soutenait qu’une intervention divine serait finalement nécessaire pour rectifier le système en raison de l’accumulation progressive des instabilités. Leibniz, en réponse, a fait la satire de ce point de vue, en remarquant : « Dieu Tout-Puissant veut remonter sa montre de temps en temps : sinon elle cesserait de bouger. Il n'avait pas, semble-t-il, assez de prévoyance pour en faire un mouvement perpétuel. »
La position de Newton a ensuite été défendue par son partisan, Samuel Clarke, dans une correspondance notable. Un siècle plus tard, le traité de Pierre-Simon Laplace, Mécanique Céleste, proposait une explication naturaliste de la stabilité des orbites planétaires, évitant ainsi la nécessité d'une intervention divine périodique. Le contraste saisissant entre la cosmologie mécaniste de Laplace et la perspective de Newton est illustré de la manière la plus frappante par la célèbre réponse du scientifique français à Napoléon, qui avait critiqué l'absence d'un Créateur dans Mécanique céleste : "Sire, j'ai pu me passer de cette hypothèse" ("Monsieur, je peux me passer de cette hypothèse").
La communauté universitaire a longuement débattu de la position d'Isaac Newton sur la doctrine de la Trinité. David Brewster, le premier biographe de Newton et compilateur de ses manuscrits, a suggéré que Newton remettait en question l'authenticité de certains passages soutenant la Trinité, sans pour autant rejeter explicitement la doctrine elle-même. Cependant, au XXe siècle, le décryptage des manuscrits cryptés de Newton, acquis par John Maynard Keynes et d'autres, a révélé son rejet définitif du Trinitarisme.
Isaac Newton soutenait généralement la future restauration du peuple juif sur la Terre d'Israël, la considérant comme un élément de prophétie biblique, bien qu'il ait évité de préciser une date exacte. Cette perspective était répandue parmi les théologiens et les philosophes naturels du XVIIe et du début du XVIIIe siècle, englobant les individus associés à la Royal Society et aux institutions universitaires. Pour Newton et ses contemporains, dont John Locke et Daniel Whitby, la conviction d’une future restauration servait principalement de contre-argument théologique aux critiques déistes, plutôt que de commentaire sur les communautés juives contemporaines. Il visait à renforcer les affirmations messianiques du christianisme en faisant référence à des prophéties réalisées et anticipées.
Pensée religieuse
La philosophie mécanique prônée par Isaac Newton et Robert Boyle a été défendue par les pamphlétaires rationalistes comme une alternative crédible au panthéisme et à l'enthousiasme religieux. Cette approche a été acceptée avec prudence par les prédicateurs orthodoxes et dissidents, y compris les latitudinaires. La clarté et la simplicité perçues de la recherche scientifique étaient considérées comme efficaces pour contrer les excès émotionnels et métaphysiques de la ferveur superstitieuse et la menace perçue de l'athéisme. Parallèlement, la deuxième vague de déistes anglais a exploité les découvertes de Newton pour illustrer la faisabilité d'une « religion naturelle ».
Les critiques ciblant la « pensée magique » d'avant les Lumières et les dimensions mystiques du christianisme ont trouvé leur base dans la compréhension mécanique de l'univers de Robert Boyle. Newton a développé davantage les concepts de Boyle, en fournissant une justification mathématique et, de manière significative, en réalisant une vulgarisation généralisée de ces idées.
Alchimie
Sur les dix millions de mots d'articles existants estimés par Newton, environ un million de mots sont consacrés à l'alchimie. Une partie substantielle des écrits alchimiques de Newton est constituée de copies annotées d'autres manuscrits. Les textes alchimiques intègrent généralement des connaissances artisanales pratiques à une enquête philosophique, employant fréquemment des jeux de mots, des allégories et des images complexes pour sauvegarder les secrets de l'artisanat ésotérique. Certains éléments des papiers de Newton auraient pu être considérés comme hérétiques par les autorités ecclésiastiques.
En 1888, après seize années de catalogage des papiers de Newton, l'Université de Cambridge en conserva une sélection limitée tout en rendant le reste au comte de Portsmouth. En 1936, un descendant a mis ces papiers en vente chez Sotheby's, où la collection a été désagrégée et vendue pour environ 9 000 £. John Maynard Keynes faisait partie des quelque trois douzaines d'enchérisseurs qui ont acquis une partie de la collection aux enchères. Keynes a ensuite rassemblé environ la moitié des documents alchimiques de Newton avant de léguer sa collection à l'Université de Cambridge en 1946.
Tous les écrits alchimiques documentés d'Isaac Newton sont actuellement numérisés et rendus accessibles en ligne grâce à un projet de l'Université d'Indiana, intitulé "La chimie d'Isaac Newton", et ont également été résumés dans un livre publié.
Les contributions scientifiques fondamentales d'Isaac Newton englobent la quantification de l'attraction gravitationnelle, la révélation que la lumière blanche comprend des couleurs spectrales immuables et le développement du calcul. Cependant, il existe un aspect moins compris et plus énigmatique de la vie de Newton, impliquant un domaine d'activité s'étalant sur une trentaine d'années, qu'il a largement caché à ses contemporains et à ses pairs. Cela fait référence à l'engagement de Newton dans l'alchimie, ou « chimie », comme on l'appelait fréquemment dans l'Angleterre du XVIIe siècle.
En juin 2020, deux pages inédites d'annotations d'Isaac Newton sur le livre de Jan Baptist van Helmont concernant la peste, De Peste, ont été proposées aux enchères en ligne par Bonhams. Selon Bonhams, l'examen de ce texte par Newton, entrepris à Cambridge pendant son auto-isolement suite à l'épidémie de peste bubonique de Londres de 1665-1666, représente son commentaire écrit le plus complet connu sur la peste. Concernant les approches thérapeutiques, Newton a documenté que "le meilleur est un crapaud suspendu par les pattes dans une cheminée pendant trois jours, qui a finalement vomi de la terre contenant divers insectes, sur un plat de cire jaune, et est mort peu de temps après. La combinaison de poudre de crapaud avec les excrétions et le sérum transformé en pastilles et porté sur la zone affectée a chassé la contagion et a extrait le poison".
Héritage
Reconnaissance
Joseph-Louis Lagrange, éminent mathématicien et physicien, a souvent affirmé que Newton représentait le summum du génie humain. Il remarqua en outre que Newton était « le plus chanceux, car nous ne pouvons pas trouver plus d'une fois un système du monde à établir ». Le célèbre poète anglais Alexander Pope a composé la célèbre épitaphe :
La nature et ses lois se cachent dans la nuit.
Dieu a dit : Laissez Newton tranquille ! et tout était léger.Cependant, cette inscription n'était pas autorisée sur le monument de Newton dans l'abbaye de Westminster. L'épitaphe finalement incluse se lit comme suit :
H. S. E. ISAACUS NEWTON Eques Auratus, / Qui, animi vi prope divinâ, / Planetarum Motus, Figuras, / Cometarum semitas, Oceanique Aestus. Suâ Mathesi facem praeferente / Primus demonstravit : / Radiorum Lucis dissimilitudines, / Colorumque inde nascentium proprietates, / Quas nemo antea vel suspicatus erat, pervestigavit. / Naturae, Antiquitatis, S. Scripturae, / Sedulus, sagax, fidus Interpres / Dei O. M. Majestatem Philosophiâ asseruit, / Evangelij Simplicitatem Moribus expressit. / Sibi gratulentur Mortales, / Tale tantumque exstitisse / HUMANI GENERIS DECUS. /NAT. XXV DÉC. AD MDCXLII. OBIIT. XX. MAR. MDCCXXVI,
Une traduction de cette inscription est fournie ci-dessous :
Ici repose Isaac Newton, chevalier, qui, par une force d'esprit presque divine et des principes mathématiques qui lui sont particulièrement propres, a exploré le cours et les figures des planètes, les trajectoires des comètes, les marées de la mer, les dissemblances des rayons de lumière et, ce qu'aucun autre érudit n'a imaginé auparavant, les propriétés des couleurs ainsi produites. Diligent, sagace et fidèle, dans ses exposés sur la nature, l'antiquité et les saintes Écritures, il revendiquait par sa philosophie la majesté de Dieu puissant et bon, et exprimait dans ses manières la simplicité de l'Évangile. Les mortels se réjouissent qu’il ait existé tel et si grand ornement du genre humain ! Il est né le 25 décembre 1642 et est décédé le 20 mars 1726.
L'écrivain scientifique John G. Simmons a positionné Newton comme la figure la plus importante du The Scientific 100, un classement dérivé d'une évaluation qualitative de l'influence cumulée des scientifiques, le caractérisant comme « la figure la plus influente de l'histoire de la science occidentale ». Le physicien Peter Rowlands a identifié Newton comme « la figure centrale de l'histoire de la science », affirmant qu'il « est plus que quiconque la source de notre grande confiance dans le pouvoir de la science ». La publication New Scientist fait référence à Newton comme « le génie suprême et le personnage le plus énigmatique de l'histoire de la science ». Le philosophe et historien David Hume a également proclamé Newton comme « le génie le plus grand et le plus rare qui ait jamais surgi pour l'ornement et l'instruction de l'espèce ». À Monticello, sa résidence personnelle, Thomas Jefferson, père fondateur et président des États-Unis, a conservé des portraits de John Locke, Sir Francis Bacon et Newton. Il les qualifie de « les trois plus grands hommes qui aient jamais vécu, sans aucune exception », leur attribuant l'établissement des « fondements des superstructures qui ont été élevées dans les sciences physiques et morales ». L'écrivain et philosophe Voltaire a fait remarquer à propos de Newton que "Si tous les génies de l'univers étaient réunis, Newton devrait diriger le groupe". Le neurologue et psychanalyste Ernest Jones a décrit Newton comme « le plus grand génie de tous les temps ». Le mathématicien Guillaume de l'Hôpital avait une vénération quasi mythique pour Newton, l'exprimant à travers une profonde enquête et déclaration : « M. Newton mange-t-il, boit-il ou dort-il comme les autres hommes ? Je me le représente comme un génie céleste, entièrement dégagé de la matière. »
Newton a été décrit comme « la figure dominante de la révolution scientifique » et comme « tout simplement le plus remarquable » parmi les nombreux penseurs éminents de son époque. Le mathématicien Johann Wolfgang von Goethe a désigné 1642, année de la mort de Galileo Galilei et de la naissance de Newton, comme le « Noël des temps modernes ». Vilfredo Pareto, un autre mathématicien, considérait Newton comme le plus grand individu de l'histoire de l'humanité. Lors du bicentenaire de la mort de Newton en 1927, l'astronome James Jeans le déclara « certainement le plus grand homme de science, et peut-être le plus grand intellect que la race humaine ait jamais connu ». Le physicien Peter Rowlands a également suggéré que Newton « possédait peut-être l’intellect le plus puissant de toute l’histoire de l’humanité ». Newton a initié quatre changements transformateurs dans les domaines de l’optique, des mathématiques, de la mécanique et de la gravité, et en a également anticipé un cinquième dans l’électricité, bien qu’il n’ait pas eu la capacité, dans ses dernières années, de le réaliser pleinement. Ses contributions sont largement considérées comme les plus déterminantes dans le développement de la science moderne.
L'historien des sciences James Gleick a observé que Newton « a découvert davantage le noyau essentiel de la connaissance humaine que quiconque avant ou après », précisant :
Il était l'architecte en chef du monde moderne. Il a répondu aux anciennes énigmes philosophiques de la lumière et du mouvement et a effectivement découvert la gravité. Il a montré comment prédire la trajectoire des corps célestes et a ainsi établi notre place dans le cosmos. Il a fait de la connaissance une chose substantielle : quantitative et exacte. Il a établi des principes, et ils sont appelés ses lois.
Le physicien Ludwig Boltzmann a décrit les Principia de Newton comme « le premier et le plus grand ouvrage jamais écrit sur la physique théorique ». De même, le physicien Stephen Hawking a qualifié Principia de « probablement l'ouvrage le plus important jamais publié dans le domaine des sciences physiques ». Le mathématicien et physicien Joseph-Louis Lagrange a salué Principia comme « la plus grande production de l'esprit humain », exprimant qu'« il se sentait abasourdi par une telle illustration de ce dont l'intellect humain pourrait être capable. »
Le physicien Edward Andrade affirmait que Newton « était capable d'un effort mental soutenu plus grand que n'importe quel homme, avant ou depuis ». Il a ensuite commenté l'importance historique de Newton en déclarant :
De temps en temps dans l'histoire de l'humanité surgit un homme d'importance universelle, dont l'œuvre change le courant de la pensée humaine ou de l'expérience humaine, de sorte que tout ce qui vient après lui porte la preuve de son esprit. Tel homme était Shakespeare, tel homme était Beethoven, tel homme était Newton, et des trois, son royaume est le plus étendu.
Le physicien et mathématicien français Jean-Baptiste Biot a loué le génie de Newton, en faisant remarquer :
Jamais la suprématie de l'intellect n'a été aussi justement établie et aussi pleinement avouée. . . En mathématiques et en sciences expérimentales sans égal et sans exemple ; combinant le génie des deux à son plus haut degré.
Malgré sa rivalité notable avec Gottfried Wilhelm Leibniz, Leibniz lui-même a reconnu les contributions de Newton. Interrogé par Sophia Charlotte, reine de Prusse, lors d'un dîner en 1701 concernant son opinion sur Newton, Leibniz répondit :
En prenant les mathématiques depuis le début du monde jusqu'à l'époque où vivait Newton, ce qu'il avait fait était de loin la meilleure moitié.
Le mathématicien E.T. Bell a positionné Newton aux côtés de Carl Friedrich Gauss et Archimède comme l'un des trois mathématiciens prééminents de l'histoire, un sentiment repris par Donald M. Davis, qui a également noté le classement cohérent de Newton avec ces deux chiffres. Dans un article de 1962 publié dans The Mathematics Teacher, Walter Crosby Eells a mené une évaluation objective pour identifier les mathématiciens les plus distingués de tous les temps, plaçant Newton au premier rang parmi les 100 meilleurs, un classement statistiquement confirmé même après avoir pris en compte les erreurs potentielles. Clifford A. Pickover, éditeur et auteur scientifique, a également classé Newton comme le mathématicien le plus influent dans son livre de 2001, Wonders of Numbers, qui répertoriait les dix premiers. Dans The Cambridge Companion to Isaac Newton (2016), Newton est caractérisé comme un « extraordinaire résolveur de problèmes » dès son plus jeune âge, potentiellement sans précédent dans l'histoire de l'humanité. Il est finalement considéré comme l'un des deux ou trois plus grands scientifiques théoriciens, aux côtés de James Clerk Maxwell et Albert Einstein ; le plus grand mathématicien, aux côtés de Carl F. Gauss ; et un expérimentateur de premier plan. Cette combinaison unique place « Newton dans une classe à part parmi les scientifiques empiriques, car on a du mal à penser à un autre candidat qui se trouverait au premier rang même dans deux de ces catégories ». En outre, sa capacité exceptionnelle à situer ses efforts scientifiques dans une perspective plus large, notamment par rapport aux scientifiques ultérieurs, a été soulignée. Gauss lui-même tenait Archimède et Newton en haute estime, employant des termes tels que clarissimus ou magnus pour d'autres intellectuels notables, notamment des mathématiciens et des philosophes, mais réservait le superlatif summus exclusivement à Newton. Après avoir reconnu l'impact profond des travaux de Newton sur des scientifiques comme Lagrange et Pierre-Simon Laplace, Gauss a proclamé : « Newton reste à jamais le maître de tous les maîtres ! »
William H. Cropper, un chimiste, a souligné le génie sans précédent de Newton dans son livre Great Physicists, affirmant :
Une évaluation conclut sans équivoque que Newton représente le plus grand génie créatif de l'histoire de la physique. Aucun autre prétendant à cette distinction exceptionnelle - y compris Einstein, Maxwell, Boltzmann, Gibbs et Feynman - n'a égalé les réalisations intégrées de Newton en tant que théoricien, expérimentateur et et mathématicien.
Albert Einstein a présenté un portrait de Newton dans son étude, aux côtés de ceux de Michael Faraday et James Clerk Maxwell. Einstein affirmait que le développement du calcul par Newton, en particulier en conjonction avec ses lois du mouvement, constituait « peut-être le plus grand progrès en pensée qu'un seul individu ait jamais eu le privilège de réaliser ». Il a en outre souligné la profonde influence de Newton, en faisant remarquer :
L'ensemble de la progression de notre compréhension des processus naturels, sur laquelle nous nous sommes concentrés jusqu'à présent, pourrait être perçue comme une évolution organique issue des concepts de Newton.
En 1999, une enquête menée auprès de 100 physiciens éminents de l'époque a désigné Einstein comme le « plus grand physicien de tous les temps », Newton occupant la deuxième place. À l’inverse, un sondage mené simultanément auprès de physiciens généralistes a classé Newton au premier rang. Une double enquête menée en 2005, englobant à la fois le public et les membres de la Royal Society britannique, a posé deux questions : quel individu, Newton ou Einstein, a apporté la contribution globale la plus significative à la science, et lequel a apporté la plus grande contribution positive à l'humanité. Dans les deux groupes démographiques et pour les deux questions, le consensus dominant indiquait que Newton avait fourni les contributions globales les plus substantielles.
En 1999, le magazine Time a reconnu Newton comme la personne du siècle pour le 17e siècle. Il a été classé sixième dans le sondage de la BBC de 2002 sur les 100 plus grands Britanniques. Néanmoins, en 2003, un sondage de la BBC World le désigne comme le plus grand Britannique, suivi de Winston Churchill en deuxième position. De plus, en 2009, les étudiants de l'Université de Cambridge l'ont élu le plus grand Cantabrigien.
Le physicien Lev Landau a établi une échelle logarithmique, allant de 0 à 5, pour évaluer les physiciens en fonction de leur productivité et de leur génie. Newton a reçu la note la plus élevée possible, soit 0, tandis qu'Einstein a été placé à 0,5. Des personnalités éminentes de la mécanique quantique, dont Werner Heisenberg et Paul Dirac, se sont vu attribuer le rang 1. Landau lui-même, lauréat du prix Nobel et découvreur de la superfluidité, a été positionné au niveau 2 sur cette échelle.
L'unité de force dérivée du SI, le newton, est nommée en son honneur.
La majorité des documents scientifiques et techniques survivants d'Isaac Newton sont conservés à l'Université de Cambridge. La bibliothèque de l'Université de Cambridge possède la collection la plus complète, avec des articles supplémentaires situés au King's College, au Trinity College et au Fitzwilliam Museum. Des archives consacrées à ses écrits théologiques et alchimiques sont conservées à la Bibliothèque nationale d'Israël, complétées par des collections plus petites de la Smithsonian Institution, de la bibliothèque de l'université de Stanford et de la bibliothèque Huntington. La Royal Society de Londres conserve également une sélection de ses manuscrits. En 2015, l'UNESCO a reconnu l'importance mondiale de la collection d'Israël en l'inscrivant sur son Registre international de la Mémoire du monde, les collections de Cambridge et de la Royal Society étant ajoutées à ce registre en 2017.
L'anecdote d'Apple
Newton a souvent raconté que sa théorie de la gravitation avait été inspirée par l'observation d'une pomme tombant d'un arbre. Il est largement admis que cette histoire est entrée dans le discours populaire après avoir été partagée par Catherine Barton, la nièce de Newton, avec Voltaire. Par la suite, Voltaire a documenté dans son Essai sur la poésie épique (1727) que « Sir Isaac Newton, marchant dans ses jardins, a eu la première pensée de son système de gravitation, en voyant une pomme tomber d'un arbre. »
Bien que la véracité de l'histoire de la pomme soit parfois remise en question, les connaissances de Newton lui ont attribué le récit directement, bien qu'elles n'aient pas inclus le détail apocryphe de la pomme frappant sa tête. William Stukeley, dont le récit manuscrit de 1752 est accessible via la Royal Society, a enregistré une conversation avec Newton à Kensington le 15 avril 1726, déclarant :
nous sommes allés dans le jardin, & j'ai bu du thé à l'ombre de quelques pommiers, seulement lui, & ; moi-même. au milieu d'autres discours, me dit-il, il était justement dans la même situation que lorsque autrefois la notion de gravitation lui venait à l'esprit. "Pourquoi cette pomme devrait-elle toujours descendre perpendiculairement au sol", se dit-il à cause de la chute d'une pomme, alors qu'il était assis d'humeur contemplative: "pourquoi ne devrait-elle pas aller de côté ou vers le haut? mais constamment vers le centre de la terre? Assurément, la raison est que la terre l'attire. Il doit y avoir un pouvoir d'attraction dans la matière. & la somme du pouvoir d'attraction dans la matière de la terre doit être au centre de la terre, et non dans aucun côté de la terre. donc cette pomme tombe perpendiculairement, ou vers le centre. Si la matière attire ainsi la matière ; il faut que ce soit en proportion de sa quantité, donc la pomme attire la terre, ainsi que la terre attire la pomme.
John Conduitt, qui était l'assistant de Newton à la Monnaie royale et était marié à la nièce de Newton, a également fourni un récit de cet événement dans ses écrits biographiques sur Newton :
En 1666, il se retira de nouveau de Cambridge chez sa mère dans le Lincolnshire. Alors qu'il se promenait pensivement dans un jardin, il lui vint à l'esprit que le pouvoir de la gravité (qui amène une pomme d'un arbre au sol) n'était pas limité à une certaine distance de la terre, mais que ce pouvoir devait s'étendre beaucoup plus loin qu'on ne le pensait habituellement. Pourquoi pas aussi haut que la Lune se dit-il & si c'est le cas, cela doit influencer son mouvement et son mouvement. peut-être la retenir dans son orbite, après quoi il se demanda quel serait l'effet de cette supposition.
Les carnets de Newton révèlent qu'il délibérait à la fin des années 1660 sur le concept selon lequel la gravité terrestre s'étendrait jusqu'à la Lune, selon une proportion inverse du carré, une notion que d'autres scientifiques avaient déjà conjecturée. Vers 1665, Newton a mené des analyses quantitatives, prenant en compte la période et la distance orbitale de la Lune, ainsi que le moment où les objets tombaient sur Terre. Cependant, Newton n'a pas publié ces découvertes à l'époque parce qu'il lui manquait la preuve que la gravité terrestre fonctionne comme si toute sa masse était concentrée en son centre, une démonstration qui lui prendrait deux décennies.
Une analyse approfondie des documents historiques, corroborée par la dendrochronologie et l'analyse de l'ADN, indique qu'un pommier spécifique dans un jardin de Woolsthorpe Manor était celui auquel Newton faisait référence. Cet arbre a été abattu par une tempête vers 1816, mais a ensuite repoussé à partir de ses racines et est maintenant maintenu comme attraction touristique sous la direction du National Trust.
Une descendance de l'arbre d'origine est actuellement cultivée à l'extérieur de la porte principale du Trinity College de Cambridge, située sous la pièce qu'occupait Newton pendant ses études. La National Fruit Collection de Brogdale dans le Kent propose des greffons de leur spécimen, qui semble horticolement identique à la Fleur de Kent, un cultivar de pomme à cuire caractérisé par sa chair grossière.
Commémorations
Le monument de Newton, érigé en 1731, est situé dans l'abbaye de Westminster, plus précisément au nord de l'entrée du chœur, à côté du paravent du chœur et à proximité de sa tombe. Le sculpteur Michael Rysbrack (1694-1770) a exécuté cette pièce en marbre blanc et gris, d'après un projet de l'architecte William Kent. Le monument représente Newton allongé au sommet d'un sarcophage, son coude droit reposant sur plusieurs de ses livres importants et sa main gauche faisant un geste vers un parchemin portant un dessin mathématique. Au-dessus de cette figure, une pyramide et un globe céleste illustrent les signes du Zodiaque et la trajectoire de la comète de 1680. Un panneau en relief représente en outre des putti interagissant avec des instruments scientifiques, notamment un télescope et un prisme.
Entre 1978 et 1988, une représentation de Newton, conçue par Harry Ecclestone, figurait sur les billets de 1 £ de la série D émis par la Banque d'Angleterre, qui étaient les derniers billets de 1 £ produits par l'institution. Le verso de ces notes illustrait Newton tenant un livre, accompagné d'un télescope, d'un prisme et d'une carte du système solaire.
Une effigie d'Isaac Newton, représentée regardant une pomme posée à ses pieds, est exposée au Musée d'histoire naturelle de l'Université d'Oxford. À Londres, une importante sculpture en bronze intitulée Newton, d'après William Blake, créée par Eduardo Paolozzi en 1995 et inspirée de la gravure de William Blake, domine la place de la British Library. De plus, une statue en bronze de Newton a été érigée en 1858 dans la zone centrale de Grantham, où il a fréquenté l'école, bien en vue devant le Grantham Guildhall.
Le manoir de Woolsthorpe est désigné bâtiment classé Grade I par Historic England, principalement en raison de son importance en tant que lieu de naissance et du site « où il a découvert la gravité et développé ses théories sur la réfraction de la lumière ».
L'Institut de physique (IOP) confère son distinction la plus distinguée, la médaille Isaac Newton, nommée en son honneur, décernée à des individus pour leurs contributions mondialement significatives au domaine de la physique. Ce prix a été inauguré en 2008.
Les Lumières
Les philosophes et historiens européens des Lumières soutiennent généralement que la publication par Newton des Principia a marqué un moment charnière dans la révolution scientifique et a lancé l'ère des Lumières. La conceptualisation newtonienne d’un univers régi par des lois naturelles et rationnellement compréhensibles a servi d’élément fondateur de la pensée des Lumières. Des personnalités telles que John Locke et Voltaire ont étendu les principes du droit naturel aux cadres politiques, défendant les droits inhérents. De la même manière, les physiocrates et Adam Smith ont intégré des visions naturalistes de la psychologie et de l’intérêt personnel dans les théories économiques. Les sociologues, à leur tour, ont critiqué les structures sociales existantes pour avoir tenté d’imposer des récits historiques sur des modèles naturels de progrès. Alors que James Burnett, Lord Monboddo et Samuel Clarke ont initialement exprimé des réserves sur certains aspects de l'œuvre de Newton, ils l'ont finalement réconcilié avec leurs profondes interprétations religieuses de la nature.
Travaux
Publié de son vivant
- De analysi per aequationes numero terminorum infinitas (1669, publié en 1711)
- Des lois et lois évidentes de la nature Processus dans la végétation (non publié, c. 1671–75)
- De motu corporum en gyrum (1684)
- Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687)
- Échelle graduum Caloris. Descriptions et amp; signa (1701)
- Optiques (1704)
- Rapports en tant que maître de la Monnaie (1701-1725)
- Arithmétique universelle (1707)
Publié à titre posthume
- De mundi systemate (Le système du monde) (1728)
- Conférences d'optique (1728)
- La chronologie des royaumes antiques modifiée (1728)
- Observations sur Daniel et l'Apocalypse de Saint-Jean (1733)
- Méthode des fluxions (1671, publié en 1736)
- Un récit historique de deux corruptions notables des Écritures (1754)
- Éléments de la philosophie de Newton, un livre de Voltaire
- Liste des présidents de la Royal Society
- Références
Références
Remarques
Citations
Bibliographie
Primaire
Religion
- Portraits de Sir Isaac Newton à la National Portrait Gallery de Londres
- Œuvres de ou sur Isaac Newton disponibles sur Internet Archive
- Œuvres d'Isaac Newton (livres audio du domaine public)
Archives numériques
- Le projet Newton, hébergé par l'Université d'Oxford.
- Les papiers d'Isaac Newton conservés dans les archives de la Royal Society.
- Les manuscrits de Newton conservés à la Bibliothèque nationale d'Israël.
- Les Newton Papers, auparavant accessibles via la bibliothèque numérique de Cambridge, sont actuellement indisponibles.
- Bernhardus Varenius, Geographia Generalis, édité par Isaac Newton, deuxième édition (Cambridge : Joann. Hayes, 1681).