Scientist isaac newton biography francais

Isaac Newton (J – J, ou G – G)^{[N 1]} est un mathématicien, physicien, philosophe, alchimiste, astronome et théologienanglais, puis britannique. Figure emblématique des sciences, il est surtout reconnu pour avoir fondé la mécanique classique, pour sa théorie de la gravitation universelle et la création, en concurrence avec Gottfried Wilhelm Leibniz, du calcul infinitésimal. En optique, il a développé une théorie de la couleur fondée sur l'observation selon laquelle un prisme décompose la lumière blanche en un spectre visible. Il a aussi inventé le télescope à réflexion composé d'un miroir primaireconcave appelé télescope de Newton.

En mécanique, il a établi les trois lois universelles du mouvement qui constituent en fait des principes à la base de la grande théorie de Newton concernant le mouvement des corps, théorie que l'on nomme aujourd'hui « mécanique newtonienne » ou encore « mécanique classique ».

Il est aussi connu pour la généralisation du théorème du binôme et l'invention dite de la méthode de Newton permettant de trouver des approximations d'un zéro (ou racine) d'une fonction réelle d'une variable réelle.

Newton a montré que les mouvements des objets sur Terre et des corps célestes sont gouvernés par les mêmes lois naturelles ; en se basant sur les lois de Kepler sur le mouvement des planètes^[1], il développa la loi universelle de la gravitation.

Son ouvrage Philosophiae naturalis principia mathematica^[2],[3], publié en 1687, est considéré comme une œuvre majeure dans l'histoire des sciences. C'est dans celui-ci qu'il décrit la loi universelle de la gravitation, formule les trois lois universelles du mouvement et jette les bases de la mécanique classique. Il a aussi effectué des recherches dans les domaines de la théologie et de l'alchimie.

En 1704, il publie son ouvrage fondamental d'étude de la lumière, Optiks, dont il démontre la nature composée.

Biographie

Jeunesse

L'Angleterre n'ayant alors pas encore adopté le calendrier grégorien, la date de naissance d’Isaac Newton est enregistrée en date du ^{[N 1]}, au manoir de Woolsthorpe près de Grantham, dans le Lincolnshire en Angleterre, de parents fermiers^[4]. Sa venue au monde est mouvementée : il naît trois mois après la mort de son père^{[N 2]}, Isaac Newton père, et de façon prématurée. Plus tard, sa mère lui racontera que personne ne pensait qu'il puisse survivre. Sa constitution est si fragile qu'il aurait tenu, disait-elle, « dans un cruchon ». De ses premières années, on ne sait presque rien, en dehors de quelques données rapportées par Newton lui-même.

Le bonheur de Newton ne dure pas longtemps : il a trois ans lorsque sa mère, Hannah Ayscough se remarie avec Barnabas Smith, pasteur — âgé de 63 ans et économiquement aisé — du village voisin de North Witham. Un conflit survient quand sa mère déménage avec son époux à North Witham. Comme Barnabas ne veut pas s'occuper d'Isaac, celui-ci est laissé à la garde de ses grands-parents maternels, dont la famille, peuplée de gens d'Église et d'universitaires, sera chargée de sa formation. Mais cette séparation suscite en lui un fort sentiment « (d')angoisse, d'agressivité et de peur »^[5] qui fait de lui un égocentrique précoce. Chaque fois que quelqu'un tentera de lui enlever ce qu'il estime être son bien, il répliquera avec une violence démesurée. Même s'il peut compter sur des oncles, tantes et cousins qui vivent dans les environs, il souffre de son enfance solitaire et cette souffrance contribue à son isolement. À cinq ans, il fréquente les écoles primaires de Skillington et de Stoke.

Il a dix ans lorsque meurt son beau-père Barnabas. Sa mère revient à la maison familiale de Woolsthorpe avec les trois enfants qu'elle a eus du pasteur. Hélas, le bonheur de retrouver sa mère est de courte durée : un an plus tard — il a douze ans — Newton est envoyé à l'école primaire de Grantham (à onze kilomètres de sa maison natale). Il ne prend pas sa scolarité très au sérieux — il est toujours assis au fond de la classe — jusqu'au jour où, en sortant du collège, il se bat avec un camarade deux fois plus grand et le terrasse. Non content de l'avoir mis à terre, il veut aussi le dominer intellectuellement et, à partir de ce moment, il n'a de cesse d'occuper la place de premier de la classe. Cette anecdote révèle un trait crucial de son caractère : le désir de l'emporter sur ses rivaux qu'il considère comme inférieurs. Il est logé chez le pharmacien Clark — dont l'épouse est une amie de sa mère — et il profite de la bibliothèque bien fournie en ouvrages scientifiques pour s'initier aux rudiments de la « philosophie naturelle » (la physique). Le dessin est aussi son autre passion, comme le montrent les murs de la maison du pharmacien Clark, ornés de portraits d'animaux, de fleurs et de figures géométriques. Dans cette demeure, il y a aussi des cadrans solaires pour lesquels Newton affiche une véritable dévotion. Il reste quatre années au collège de Grantham jusqu’à ce que sa mère le rappelle à Woolsthorpe pour qu’il devienne fermier et qu’il apprenne à administrer son domaine.

Fort heureusement, plusieurs personnes de son entourage s'aperçoivent que Newton n'est pas fait pour les travaux des champs et décèlent ses dons scientifiques. William Ayscough, le frère de sa mère, insiste pour qu'il continue ses études et aille, plus tard, à l'université. Son allié principal est le frère de Madame Clark, le pasteur Humphrey Babington — qui finit par nouer une étroite amitié avec Newton — et enfin, son maître d'école à Grantham, nommé Stokes, qui offre de payer lui-même les frais scolaires et d'accueillir le jeune Newton chez lui jusqu'à la fin de sa formation. Un an plus tard, sa mère accepte que son fils reprenne ses études. Après avoir achevé sa formation scolaire, Newton s'inscrit à l'université^[6].

À dix-sept ans, Newton tombe amoureux d’une camarade de classe, mademoiselle Storey. On l’autorise à la fréquenter et même à se fiancer avec elle, mais il doit terminer ses études avant de se marier. Finalement, le mariage ne se fait pas, il restera vierge et célibataire toute sa vie^[7].

À Cambridge

L'étudiant et le chercheur

Newton arrive à Cambridge le et le lendemain, il entre au Trinity College, institution à laquelle il restera lié pendant les quarante années suivantes. Le choix de Trinity, considéré comme le meilleur, repose sur plusieurs motifs : d'une part William Ayscough y a étudié, d'autre part, Humphrey Babington y exerce comme fellow^{[N 3]}. Newton y est inscrit comme subsizar^{[N 4]}. Son statut universitaire l'oblige à partager sa chambre avec un autre étudiant, John Wickins, qui fera preuve de sollicitude et d'entraide, l'aidant à réaliser ses expériences et à rédiger ses comptes-rendus de recherche.

Il commence par préparer sa licence ès arts libéraux. À cette époque, l'université reste ancrée dans un programme d'études fondé sur les humanités médiévales, auxquelles Newton ne s'intéresse pas beaucoup^{[N 5]}. D'après ses carnets, on sait qu'il n'achevait pas ses lectures obligatoires et qu'il en commençait d'autres, nettement plus contemporaines. Les références aux auteurs plus modernes abondent dans ses carnets^{[N 6]}, tels Descartes, Galilée, Robert Boyle, Henry More^{[N 7]}, Hobbes et Gassendi. Même si le programme universitaire souffre d'archaïsme, les derniers livres scientifiques en date sont disponibles, si bien que Newton peut consulter les dernières parutions. Newton se comporte en autodidacte dévorant tout ce qui lui tombe sous la main ; il approfondit ce qui attire son attention et reproduit un certain nombre d'expériences. À Cambridge, dans le cadre des mathématiques, on dispense le quadrivium comprenant l'arithmétique de Girolamo Cardano, la géométrie d'Euclide, l'astronomie de Ptolémée et enfin la musique. En 1663 et 1664, Newton découvre les mathématiques dans Miscelanea de Schooten, la Geometria de Descartes, les Clavis mathematica de William Oughtred et les travaux de John Wallis. En 1663 est créée à Cambridge la chaire lucasienne dont le premier titulaire est Isaac Barrow, son maître de mathématiques, et il est possible que Newton ait assisté à ses conférences, ce qui lui a ouvert de nouveaux horizons, insoupçonnés jusqu'alors. En un peu plus d'un an, Newton a été capable d'assimiler par lui-même tous les fondements de l'analyse élaborés au XVII^e siècle. À partir de là, il suit son propre chemin qui doit le mener à la découverte du calcul infinitésimal. En 1664, il écrit dans Quelques questions philosophiques : « Platon est mon ami, Aristote est mon ami, mais ma meilleure amie est la vérité. » À cette époque, la priorité de Newton est de continuer ses études indéfiniment, seule façon de combler sa soif de connaissances. Il choisit Isaac Barrow comme examinateur et, le , décroche une bourse (scolarship) qui lui octroie un salaire fixe en plus des frais de subsistance et lui garantit quatre années d'études supplémentaires, jusqu'à la fin de sa licence ès arts libéraux. En , il obtient un titre de bachelier ès arts et envisage de préparer la maîtrise. Cette année-là, l'Angleterre subit une épidémie de peste noire, si bien que l'université ferme ses portes à l'été 1665 et renvoie les étudiants chez eux. Newton part pour Woolsthorpe, c'est là qu'il progresse fortement en mathématiques, physique et surtout optique. Lorsqu'il en revient, il a fortement révolutionné la science de l'époque^[8].

Newton accélère dans ses recherches, il entame en 1666 l’étude des fonctions dérivables et de leurs dérivées à partir du tracé des tangentes sur la base des travaux de Fermat. Il classifie les cubiques et en donne des tracés corrects avec asymptotes, inflexions et points de rebroussement. Ses recherches ne l'empêchent pas de poursuivre son travail universitaire. Le , il obtient le titre de minor fellow attribué aux chercheurs boursiers encore peu spécialisés. Huit mois plus tard, il accède au statut de major fellow et cette même année 1668, il obtient le titre de Master of Arts qui comporte l'obligation de prendre les ordres au sein de l'Église anglicane pour une durée minimale de sept ans^{[N 8]}.

En 1669, il rédige un compte rendu sur les fondements du calcul infinitésimal qu’il appelle « méthode des fluxions ». Newton a fondé ainsi l’analyse mathématique moderne. En 1669 toujours, Newton succède à son maître Barrow — qui s'était démis pour se consacrer exclusivement à la théologie —^[9] et reprend sa chaire de professeur lucasien de mathématiques. Trois ans plus tard, à l’âge de 29 ans, il entre à la Royal Society de Londres, où il fera la rencontre de Robert Boyle, homme très influent. Il réussit l’exploit de mettre au point un télescope à miroir sphérique dépourvu d’aberration chromatique. L’année suivante, il prend la décision de divulguer grandement ses travaux sur la lumière, ce qui le rend célèbre d’un seul coup. Cette célébrité fait de ses découvertes l’objet de nombreuses controverses et querelles dont il a horreur.

En 1675, dans son ouvrage Opticks (publié en 1704), il expose ses travaux sur la lumière et prouve qu’elle est constituée d’un spectre de plusieurs couleurs, à l’aide de son prisme^[10]. Il complète ses travaux en exposant sa théorie corpusculaire. Après avoir terminé ses travaux en optique, il est contacté en 1684 par l’astronome britannique Edmond Halley — découvreur de la célèbre comète homonyme — à propos des lois de Kepler sur les orbites elliptiques des planètes. Newton répond de manière convaincante et Halley le pousse à publier ses travaux, en finançant même la publication de son ouvrage.

En 1687, il publie donc son œuvre majeure : Philosophiæ naturalis principia mathematica, (Principes mathématiques de la philosophie naturelle). Cette œuvre marque le début de la mathématisation de la physique. En effet, Newton y expose le principe d’inertie, la proportionnalité des forces et des accélérations, l’égalité de l’action et de la réaction, les lois du choc, il y étudie le mouvement des fluides, les marées, etc. Mais il expose aussi et surtout sa théorie de l’attraction universelle. Les corps s’attirent avec une force proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. La simplicité et l'efficacité de cette théorie aura une très forte influence sur les autres sciences au XVIII^e siècle, particulièrement les sciences sociales comme nous le verrons. Toutefois, sur le moment, si le livre est bien accueilli en Grande-Bretagne, sur le continent la réaction est hostile. La traduction d'Émilie du Châtelet de cette œuvre en français fait encore autorité aujourd'hui^[11].

En 1687, il défend les droits de l'université de Cambridge contre le roi Jacques II. Cette action lui vaut d'être élu membre du parlement britannique en 1689 quand le roi, vaincu, doit s'exiler. Durant son mandat, il est très actif dans les débats^[12].

Une personnalité complexe

Newton est doté d’une personnalité tourmentée et complexe. Il répugne à communiquer ses travaux et les publie souvent plusieurs années après les avoir achevés. Il a tendance à se replier sur lui-même, vit seul et est un bourreau de travail. En effet, il en oublie parfois de dormir ou de manger. De surcroît, ses relations avec les autres sont souvent problématiques. Par exemple, il s’oppose souvent à Robert Hooke à propos de la lumière et de sa théorie sur la gravitation. Newton attendra que Hooke meure pour publier ses travaux sur l’optique. Hooke accuse Newton de l’avoir plagié sur la théorie des inverses carrés, car ce dernier a commencé ses travaux en parallèle à ceux de Hooke et sans rien dire à personne, ce qui rend Hooke furieux^[13]. Newton prétend alors n’avoir pas eu connaissance des recherches de Hooke et n’avoir pas lu ses travaux sur la gravitation ; on sait aujourd’hui que Newton a menti, non pas par culpabilité, mais par horreur du personnage.

En 1677, la mort de son mentor Isaac Barrow, celle de son ami Henry Oldenburg — son unique lien avec la communauté scientifique — et la perte de tout son travail sur les couleurs dans l'incendie de ses appartements^{[N 9]}, l'affectent fortement pendant plusieurs mois. Il passera vingt-cinq ans avant de publier à nouveau sa théorie de la lumière. En 1679, Newton revient à sa maison natale de Woolsthorpe où sa mère est à l'agonie. Pendant les derniers jours de sa mère, il en prend soin avec un dévouement inédit dans leur relation, et le fait d'assister à ses derniers jours provoque chez lui une grande émotion. Dans sa vie, pourtant, de nouvelles amitiés apparaissent. Sans doute la plus importante est celle qui le lie à Edmund Halley qui, en persuadant Newton de faire connaître sa conception de l'Univers, le fait entrer dans l'histoire de la science.

Vers 1693, Newton traverse une grave période dépressive, une série d'événements sapent durablement son moral. La tension autour de la paternité des découvertes en calcul différentiel, l'épuisement lié au travail alchimique en laboratoire et surtout la brusque rupture de son amitié avec Nicolas Fatio de Duillier, le conduisent à une tension psychique qui débouche sur une crise de folie. Nous connaissons cet épisode par quelques lettres écrites en , dont la première^{[N 10]} met fin à plusieurs mois de silence pendant lesquels il vit dans un état de prostration et de paranoïa, sujet à des hallucinations. Il y avoue qu'il se trouve dans un état de « grand trouble », qu'il a à peine mangé et dormi au cours des mois précédents, qu'il se sent incapable de « récupérer la fermeté de son entendement » et lui déclare : « Je crois qu'il vaut mieux que j'abandonne votre amitié et que je ne vous revoie plus, ni vous, ni le reste de mes amis, jamais. » Sans doute à l'origine de cette crise, l'épuisement de sa légendaire capacité d'invention. De fait, à partir de cette époque, Newton ne découvre plus rien et passe le reste de sa vie à compiler ses recherches en vue de leur publication^[14],[15]

À Londres

En , il démissionne du Collège de Cambridge^{[N 11]} et quitte la ville pour devenir directeur de la Maison de la Monnaie (Royal Mint), qui lui apporte une amélioration substantielle de son statut économique et social. Il obtient ce poste^{[N 12]} grâce à l'appui de Charles Montagu — un ancien de Cambridge alors Chancelier de l’Échiquier —, qui cherche des postes à pourvoir pour ses amis. Au contraire de ses prédécesseurs, il prend son travail très au sérieux et fait notamment emprisonner une centaine de faux-monnayeurs.

Newton estime que 20 % des pièces de monnaie mises en circulation pendant la Grande Réforme monétaire de 1696 sont contrefaites^[16]. La contrefaçon est alors considérée comme un acte de trahison, passible de mort par écartèlement si les preuves sont irréfutables. Newton rassemble donc des faits et expose ses théories de manière rigoureuse. Entre et Noël 1699, il conduit environ 200 contre-interrogatoires de témoins, d'informateurs et de suspects et il obtient les aveux dont il a besoin. Il n'a pas le droit de recourir à la torture, mais on s'interroge sur les moyens employés puisque Newton lui-même ordonnera par la suite la destruction de tous les rapports d'interrogation. Quoi qu'il en soit, il réussit et emporte la conviction du jury : en , dix prisonniers attendent leur exécution.

Newton obtient son plus grand succès comme attorney royal contre William Chaloner (en), un escroc particulièrement retors qui s'est suffisamment enrichi pour se poser en riche bourgeois. Dans une pétition au Parlement, Chaloner accuse l'Hôtel des Monnaies de fournir des outils aux contrefacteurs — accusation qui n'était pas nouvelle — et propose qu'on lui permette d'inspecter les procédés de l'Hôtel des Monnaies, pour les améliorer. Dans une pétition, il présente au Parlement ses plans d'une invention qui empêcherait toute contrefaçon. Pendant tout ce temps, Chaloner profite de l'occasion pour frapper lui-même de la fausse monnaie, ce que Newton arrive au bout du compte à démontrer devant le tribunal compétent. Le , Chaloner est pendu et écartelé.

En 1699, il est nommé membre du conseil de la Royal Society^{[N 13]} puis, après la mort de Robert Hooke, en est élu président — fonction qu'il conservera à vie — en . Entre-temps, en 1701, il lit lors d’une réunion le seul mémoire de chimie qu’il a fait connaître et présente sa loi sur le refroidissement par conduction, ainsi que des observations sur les températures d’ébullition et de fusion.

En 1704, il fait publier, en anglais, ses travaux — qu'il tenait cachés depuis vingt ans — concernant la lumière^{[N 14]}. Il fera publier une version en latin d'Optiks deux ans plus tard.

En 1705, il est anobli par la reine Anne, peut-être moins en raison de ses travaux scientifiques ou de son rôle à la Monnaie que de la proximité d'élections^[17],[18]. Il adopte alors un blason inhabituel constitué d'une paire de tibias humains croisés sur un fond noir, à la manière d'un drapeau de pirate sans tête de mort^[19],[20]. Parmi les explications possibles avancées par les chercheurs pour expliquer ce choix, figure la possibilité d'une référence au symbole mathématique de la chiralité^[19]. En 1717, il analyse les pièces de monnaie et en tire une relation or-argent ; cette relation est officialisée par une loi de la reine Anne. En 1720, Newton investit et perd l'essentiel de sa fortune financière dans la bulle de la South Sea Company (mais il n'est pas ruiné, grâce à sa fortune immobilière). Il aurait dit à cette occasion : « Je sais prédire le mouvement des corps célestes, mais pas la folie des gens »^{[N 15],[21]}.

Malgré ses succès dans le domaine du calcul et de la science en général, Newton préfère reprendre, au cours de ses dernières années, ses études de théologie. Il étudie à fond la chronologie des prophéties bibliques et écrit des textes sur les hérésies antiques et les religions païennes. La princesse de Galles lui demande de lui envoyer ce travail en cours. Pour se tirer d'embarras, il rédige un extrait connu sous le nom Brève chronologie. En 1725, le jésuite Étienne Souciet, publie de sa propre initiative, cette version abrégée, en français, de The chronology of ancient kingdoms amended — Chronologie corrigée des royaumes de l'Antiquité —, dont le texte complet, en anglais, est publié en 1728, un an après sa mort.

Pendant ces années d'études religieuses, sa santé se détériore gravement. À des problèmes mineurs, tels que les calculs rénaux ou la faiblesse des sphincters, viennent s'ajouter une inflammation pulmonaire et une sévère attaque de goutte. Les problèmes respiratoires l'obligent à s'installer à la campagne où son état s'améliore sensiblement. En 1727, Newton, à peine remis d’une crise de goutte, se rend à Londres pour présider une réunion de la Royal Society. Ce voyage le fatigue terriblement. De retour dans sa propriété campagnarde de Kensington, il doit rester alité et meurt le , à l'âge de 84 ans. Ses funérailles sont somptueuses. Son cercueil, exposé dans l'abbaye de Westminster, est porté en grande pompe et inhumé dans la nef aux côtés des rois d’Angleterre. Voltaire, qui se trouve alors à Londres, commente, admiratif : « Ce fameux Newton, ce destructeur du système cartésien, mourut au mois de mars de l'an passé 1727. Il a vécu honoré de ses compatriotes et a été enterré comme un roi qui aurait fait du bien à ses sujets. »

Newton est considéré comme l’un des plus grands génies et savants de l’histoire humaine^{[N 16],[22]}.

Théories scientifiques

Quant à la méthode, Newton n'accepte que les relations mathématiques découvertes par l'observation rigoureuse des phénomènes. D'où sa fameuse formule :

« Je ne feins pas d'hypothèses (Hypotheses non fingo)^[23]. »

Il précise :

« Tout ce qui n'est pas déduit des phénomènes, il faut l'appeler hypothèse ; et les hypothèses, qu'elles soient métaphysiques ou physiques, qu'elles concernent les qualités occultes ou qu'elles soient mécaniques, n'ont pas leur place dans la philosophie expérimentale. »

Optique

Il semble que, après avoir étudié l'ouvrage de Robert Hooke sur les couleurs, il ait rejeté ses résultats et se soit mis à élaborer une théorie différente. C'est en janvier 1666 qu’il fait ses premières expériences sur la lumière et sa décomposition. Au cours des années 1670 à 1672, Newton étudie la réfraction de la lumière et démontre qu’un prisme décompose la lumière blanche en un spectre de couleurs, et qu'un objectif avec un deuxième prisme recompose le spectre multicolore en lumière blanche.

Il fait passer les rayons du Soleil à travers un prisme, produisant l'arc-en-ciel de couleurs du spectre visible. Auparavant, ce phénomène était considéré comme si le verre du prisme avait de la couleur cachée. Newton analyse alors cette expérience. Comme il a déjà réussi à reproduire le blanc avec un mini arc-en-ciel qu’il passe à travers un deuxième prisme, sa conclusion est révolutionnaire : la couleur est dans la lumière et non dans le verre. Ainsi, la lumière blanche que l’on voit est en réalité un mélange de toutes les couleurs du spectre visible par l'œil.

Il montre que la lumière colorée ne modifie pas ses propriétés par la séparation en faisceaux de couleurs et note que, indépendamment de savoir si les faisceaux de lumière sont reflétés, dispersés ou transmis, ils gardent toujours la même couleur (la fréquence ne change pas d'un milieu à l'autre). Ainsi, il fait observer que la décomposition de la lumière blanche est le résultat de l'interaction avec les objets qu'elle traverse et qu'elle contient en elle-même les couleurs.

En 1704, il fait publier son traité Opticks^[24] dans lequel figurent sa théorie corpusculaire de la lumière, l’étude de la réfraction, la diffraction de la lumière et sa théorie des couleurs. Il y démontre que la lumière blanche est formée de plusieurs couleurs et déclare qu'elle est composée de particules ou de corpuscules. De plus, il ajoute que lorsqu'elle traverse un milieu plus dense, elle est réfractée par son accélération. À un autre endroit de son traité, il explique la diffraction de la lumière en l'associant à une onde.

En 1671, il améliore un instrument d'optique de son époque, le télescope à réflexion de Gregory. Conséquence de son étude de la réfraction — la dispersion des couleurs —, il conclut que tout télescope à réfraction ou lunette astronomique présente une dispersion de la lumière ou aberration chromatique, qu'il pense impossible de corriger. Il résout cependant le problème en inventant le télescope à réflexion par miroir concave, naturellement dépourvu d'aberration chromatique, connu sous le nom de télescope de Newton. On sait depuis Chester Moore Hall et surtout John Dollond que l'aberration chromatique peut être compensée en utilisant plusieurs lentilles en verres d'indices de réfraction différents.

Fabriquant ses propres miroirs à partir d'un bronze à haut pouvoir réfléchissant, il juge la qualité de l’image optique au moyen du phénomène appelé aujourd’hui anneaux de Newton. Ainsi, il a été en mesure de concevoir un instrument supérieur à la lunette astronomique de Galilée, en élargissant son diamètre sans altération de l’image. Il construit alors la première version de son télescope à réflexion composé d'un miroir primaire concave.

En 1671, Isaac Barrow assiste à une réunion de la Royal Society et présente le télescope de Newton, qui plonge l'assistance dans la stupeur. En plus d'éviter l'aberration chromatique, l'appareil inventé par Newton obtient un meilleur agrandissement, bien qu'il soit de petite taille — le premier télescope qu'il a construit mesure environ 15 cm de long et augmente pourtant quarante fois le diamètre de l'image —. En 1672 et sur invitation, Newton présente à la Royal Society son télescope à réflexion qui surpasse tellement tout ce que l'on sait faire à l'époque, qu'il lui permet d'y entrer par la grande porte le . Le plus grand souci de la Royal Society est d'éviter qu'un étranger ne copie le télescope. Un mois après son élection comme membre de la Royal Society, Newton envoie au secrétaire de cette institution un traité sur les couleurs, dans lequel il élabore un schéma de sa théorie en s'appuyant sur trois expériences.

Dans son traité Opticks de 1704, Newton expose sa théorie de la lumière. Il considère qu'elle est composée de corpuscules très subtils. La matière ordinaire est constituée de plus gros corpuscules^[25]. Newton a déclaré que la lumière est composée de particules ou de corpuscules. Que lorsqu’elle traverse un milieu plus dense, elle est réfractée par l'accélération. Il explique la diffraction de la lumière en associant ces particules à des ondes^[26].

Robert Hooke, considéré comme un expert en optique — c'est lui qui a fabriqué en 1673 le télescope conçu par James Gregory en 1663 —, manifeste son intérêt mais critique férocement le traité, signalant l'insuffisance de la démonstration. Newton répond avec fureur, affirmant que Hooke n'a rien compris à son travail et qu'il est impossible qu'il ait pu reproduire son expérience en si peu de temps. C'était une chose certaine et Hooke lui avoue plus tard qu'il n'a consacré que quelques heures à étudier l'article. Les deux hommes demeurent ennemis à vie. Mais Hooke n'est pas le seul à émettre des critiques. Christian Huygens fait d'abord l'éloge de sa théorie avant de lui trouver quelques défauts. Mais sans doute la dispute la plus envenimée est celle qui l'oppose au jésuite anglais Francis Hall. Fatigué des objections qui lui enlèvent son bien le plus précieux — son temps d'étude —, Newton se retire alors de tout débat public^[27],[28].

En France, Jacques Gautier d'Agoty dans Chroma-génésie ou génération des couleurs^[29],[30], paru en 1751, critique la théorie newtonienne de la génération des couleurs et de la raison de l’arc-en-ciel. Jean-Jacques Rousseau soutiendra la théorie de Newton^[31].

Mécanique

L'épisode de la pomme

C’est vers la fin de sa vie qu’aurait eu lieu l’épisode vraisemblablement légendaire de la pomme qui tombe de l’arbre sur sa tête, lui révélant les lois de la gravitation universelle. L'anecdote est rapportée par le physicien à son biographe et ami, William Stukeley, qui relate en 1752 une rencontre du  :

« Le temps devenant chaud, nous allâmes dans le jardin et nous bûmes du thé sous l’ombre de quelques pommiers, seulement lui et moi. Au cours de la conversation, il me dit qu’il s’était trouvé dans la même situation lorsque, longtemps auparavant, la notion de gravitation lui était subitement venue à l’esprit, tandis qu’il se tenait assis, dans une humeur contemplative. Pourquoi cette pomme tombe-t-elle toujours perpendiculairement au sol, pensa-t-il en lui-même. Pourquoi ne tombe-t-elle pas de côté ou bien vers le haut, mais constamment vers le centre de la Terre ? Et si la matière attire ainsi la matière, cela doit être en proportion de sa quantité ; par conséquent, la pomme attire la Terre de la même façon que la Terre attire la pomme^[32]. »

Pour ce qui est de la Lune, intervenue dans le raisonnement du jeune Newton, c'est John Conduitt (1688-1737), assistant de Newton et mari de la nièce de Newton, qui raconte ainsi la scène :

« Au cours de l’année 1666, il quitta de nouveau Cambridge pour retrouver sa mère dans le Lincolnshire. Tandis qu’il méditait dans le jardin, il lui vint à l’esprit que le pouvoir de la gravité (qui faisait tomber la pomme de l’arbre vers le sol) ne se limitait pas à une certaine distance de la surface terrestre, mais qu’il devait s’étendre beaucoup plus loin que ce que l’on pensait habituellement. Pourquoi pas aussi loin que la Lune, se dit-il, et dans ce cas, ce pouvoir doit influencer son mouvement et même la retenir sur son orbite ; à la suite de quoi Newton se mit à calculer quelle serait la conséquence d’une telle hypothèse^[33]. »

Cette anecdote difficile à situer au plan de l'historicité est par la suite mythifiée. Elle est probablement une reconstruction a posteriori de Newton pour expliquer le principe de la gravitation, ce qui n'empêche pas les visiteurs du manoir de Woolsthorpe de se faire photographier devant un grand pommier qui n'est même pas de l'époque du savant : l'arbre d'origine a été abattu lors d’une tempête en 1816. Cependant le manoir, acquis par le National Trust revendique posséder le « pommier de Newton », jeune arbre entouré d’une petite clôture de protection qui serait issu d'une repousse en 1820 de l'arbre d'origine^[34].

Mécanique céleste

En 1677, Newton reprend ses travaux sur la mécanique céleste, c’est-à-dire la gravitation et ses effets sur les orbites des planètes, selon les références sur l'inertie de Galilée et sur les lois de Kepler du mouvement des planètes ; et aussi en consultant Robert Hooke et John Flamsteed à ce sujet^[35]. En , il fait parvenir à Halley un petit traité de neuf pages avec le titre : De motu corporum in gyrum (Mouvement des corps en rotation)^[36]. Montrant la loi en carré inverse, la force centripète, il contient les prémices des lois du mouvement de Newton que nous retrouvons dans son œuvre majeure Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica — aujourd’hui connue sous le nom de Principia ou Principia mathematica — qui est publiée entièrement le , divisée en trois tomes, grâce à l'aide financière et l’encouragement d’Edmond Halley^{[N 17]}. Les méthodes de calcul qu'il y utilise en font un précurseur du calcul vectoriel^[37].

Dans son travail, Newton établit les trois lois universelles du mouvement qui resteront inchangées, sans aucune amélioration durant plus de deux siècles. Il se sert du mot poids, en latin gravitas, pour parler des effets de ce que nous appelons maintenant la gravité et il définit les lois de la gravitation universelle. Dans le même ouvrage, il présente la première analyse des déterminations fondée sur la vitesse du son dans l’air des lois d’Edmond Halley et de Robert Boyle.

Isaac Newton est déclaré « père de la mécanique moderne » grâce aux trois lois du mouvement qui portent son nom et énoncées telles qu'elles sont enseignées de nos jours :

On appelle parfois cette dernière loi la loi d'action-réaction, expression susceptible de prêter à confusion (voir principe des actions réciproques).

Dans le langage courant, la Mécanique est le domaine de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une force, une déformation : machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, etc.).

On parle ainsi de mécanique générale, de génie mécanique, de mécanique automobile