NEWTON

Après les travaux de Kepler et de Galilée, la description du mouvement des planètes était enfin correcte. Cette description n'était cependant pas complète car elle ne fournissait aucun renseignement sur la cause de ces mouvements et n'expliquait pas, par exemple, pourquoi les orbites étaient des ellipses plutôt qu'une autre forme quelconque. C'est Isaac Newton, un physicien anglais né en 1642, qui fournira finalement la réponse à ces questions et achevera ainsi la quête d'une description complète des mouvements planétaires.

Lorsque Newton entama sa carrière de physicien, la description du mouvement des corps distinguait encore la Terre et les cieux. D'un côté, on avait les mouvements des corps célestes qui obéissaient aux lois de Kepler, de l'autre, les mouvements des corps terrestres qui suivaient les lois proposées par Galilée. Les deux ensembles de lois semblaient totalement différents et irréconciliables. Mais en 1666, Isaac Newton fit un raisonnement qui ouvrit la voie à la réconciliation des deux descriptions.

Sir Isaac Newton (Woolsthorpe, 1643 - London, 1727).

 

Newton imagine un canon au sommet d'une montagne. Il envisage d'utiliser ce canon pour tirer des boulets avec une puissance arbitrairement grande, les boulets n'étant pas freinés par l'atmosphère terrestre. En insérant un peu de poudre dans le canon, Newton pense envoyer le boulet à quelques dizaines de mètres. En augmentant la quantité de poudre, il pense tirer de plus en plus loin, à un kilomètre, à dix kilomètres et ainsi de suite. Le boulet sera soumis à la pesanteur de la Terre et obéira aux lois de Galilée sur le mouvement des corps. Mais, Newton augmente encore la puissance du canon. A partir d'un certain moment, il réussit à envoyer le boulet de l'autre côté de la Terre. Enfin, en augmentant encore la puissance, il arrive au point où le boulet fera le tour de la Terre avant de passer au-dessus de sa tête et de continuer son vol. Le boulet décrit alors un cercle ou une ellipse autour de la Terre : il sera en orbite et se conformera aux lois de Kepler sur le mouvement des corps célestes.

Avec ce raisonnement très théorique, Newton réconciliait les différents types de mouvement, l'orbite keplerienne du boulet-satellite s'identifiait au mouvement galiléen du boulet-projectile. Après cette révélation, Newton s'attacha à transformer son intuition en une théorie mathématique capable de décrire le mouvement de n'importe quel corps. Comme les premiers essais ne furent pas à la hauteur de ses ambitions, il abandonna le sujet pendant une longue période. Il fallut ainsi attendre plus de 20 ans pour que Newton mette au point sa théorie et la publie finalement en 1687, dans Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Principes mathématiques de la philosophie naturelle).

Dans cet ouvrage, Newton montra que de nombreux phénomènes, en particulier le mouvement des astres et la chute des corps, pouvaient s'expliquer par l'action d'une force qui faisait s'attirer mutuellement tous les objets. C'était par exemple la force d'attraction du Soleil qui réglait le mouvement des planètes et la force d'attraction de la Terre qui faisait chuter les corps à sa surface. En s'appuyant sur les lois de Kepler, Newton réussit à donner une expression mathématique à cette force et put ainsi énoncer la loi de la gravitation universelle : l'intensité de la force d'attraction entre deux corps est proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de leur distance mutuelle.

A partir de la loi de la gravitation universelle, Newton fut en mesure d'analyser mathématiquement de nombreux phénomènes. Il démontra que les planètes devaient effectivement suivre des ellipses autour du Soleil et confirma toutes les lois découvertes par Kepler. Il montra que les mouvements des corps célestes n'étaient pas toujours des ellipses. Certains objets, en particulier certaines comètes, suivaient d'autres sortes de trajectoires, appelées paraboles et hyperboles. Ces courbes, contrairement aux ellipses, étaient ouvertes et les corps qui les parcouraient finissaient par s'éloigner indéfiniment du Soleil. Newton fut également le premier à estimer les masses relatives de la Terre, du Soleil et des autres planètes. Et finalement, la loi de la gravitation universelle lui permit d'expliquer des phénomènes terrestres comme la marée, due à la force d'attraction de la Lune sur la Terre, ou bien la forme de notre planète et son renflement équatorial.