1687-(1693 ?)

Gravitation universelle

par Sir Isaac Newton

Extrait de « Principes mathématiques de philosophie naturelle » et de « Lettre au Révérend R. Bentley »

Gravitation universelle

Forces d'attraction

La place de Dieu dans l'astronomie

* * *

Gravitation universelle [1]

Pour montrer comment fonctionne la gravité sur la Terre et dans l'espace, Newton conçut une expérience de pensée. Il imagina le tir d'un canon du haut d'une montagne extrêmement haute. De sa première loi du mouvement, il savait que le boulet de canon se dirigerait en ligne droite à une vitesse constante pour toujours. Mais la gravité tire la balle vers le bas. Si sa vitesse est faible, le boulet de canon frappe la terre près de la montagne. Plus la vitesse augmente, plus loin atterrira le boulet.

— Si vous lui donnez plus de vitesse, il va plus loin. Encore plus de vitesse, plus loin. Encore plus de vitesse, il peut aller jusqu'à mille kilomètres. Encore plus de vitesse, il peut effectivement aller presque à mi-chemin autour de la Terre avant de toucher le sol.

Newton imagine que si sa vitesse était assez élevée, le boulet de canon ferait le tour de la Terre et s'installerait en orbite.

— L'orbite du boulet de canon autour de la Terre est un exercice d'équilibre entre la tendance du boulet à poursuivre une ligne droite et l'attraction permanente vers le centre de la Terre par la force de gravité. Ainsi, dans sa vision du monde, Newton distinguait deux choses : la tendance naturelle d'un objet à voyager en ligne droite — ce qui est vrai sur Terre ou dans l'espace ou n'importe où — et il y avait l'attraction de la gravité, ce qui est vrai à la surface de la Terre, et vrai aussi dans l'espace.

La percée de Newton fut de voir que l'orbite de la Lune autour de la Terre, et le mouvement du boulet de canon sur la terre sont régis par la même loi de la gravité.

Forces d'attraction [2]

Je vais expliquer les mouvements produits par ces forces que je nomme attractions, quoique peut-être je dusse plutôt les appeler impulsions, pour parler le langage des physiciens ; mais je laisse à part les disputes qu'on peut élever sur cette dénomination, et je me sers des expressions les plus commodes pour les mathématiciens.

[...]

Je me sers ici du mot attraction pour exprimer d'une manière générale l'effort que font les corps pour s'approcher les uns des autres, soit que cet effort soit l'effet de l'action des corps, qui se cherchent mutuellement, ou qui s'agitent l'un l'autre par des émanations, soit qu'il soit produit par l'action de l'éther, de l'air, ou de tel autre milieu qu'on voudra, corporel ou incorporel, qui pousse l'un vers l'autre d'une manière quelconque les corps qui y nagent.

La place de Dieu dans l'astronomie [3]

À chaque pas, l'astronomie trouve la limite des causes physiques, et par conséquent la trace de l'action de Dieu. Si l'on suppose une infinité d'éléments matériels distribués dans toutes les parties d'un espace sans bornes, j'accorde qu'à moins d'une égalité de répartition mathématiquement rigoureuse, et partant tout à fait improbable, les attractions mutuelles de toutes ces molécules les porteront à se rapprocher de divers centres, et finiront par les condenser en masses d'inégales grosseurs, telles que les étoiles, les planètes et les satellites. Mais il est certain que les mouvements actuels des planètes ne peuvent provenir de la seule action de la gravité ; car cette force poussant les planètes vers le soleil, il faut, pour qu'elles prennent un mouvement de révolution autour de cet astre, qu'un bras divin les lance sur la tangente de leurs orbites.

De plus, puisque les comètes descendent dans notre région planétaire, et là se meuvent de mille manières, tantôt dans la même direction que les planètes, tantôt dans la direction opposée, et quelquefois aussi dans des directions qui coupent celle des planètes, selon des plans inclinés au plan écliptique et sous toutes sortes d'angles, il est clair qu'il n'y a aucune cause naturelle qui ait pu déterminer toutes les planètes et tous leurs satellites à se mouvoir dans le même plan, sans aucune variation considérable. Il y a là la trace d'un conseil.

Et de même, nulle cause naturelle n'a pu donner aux planètes et à leurs satellites ces justes degrés de rapidité, en rapport précis avec leurs distances par rapport au soleil et aux autres centres du mouvement, lesquels degrés étaient nécessaires pour que ces corps vinssent à se mouvoir selon des orbites concentriques. Car si les planètes avaient eu un mouvement aussi rapide que celui des comètes (comme cela aurait pu être dans le cas où leur mouvement n'aurait eu d'autre cause que la gravité), elles ne se mouvraient pas dans des orbites concentriques, mais dans des orbites excentriques, comme font les comètes.

[1] Extrait du film Newton's Dark Secrets, Nova © 2003.

To show how gravity works on Earth and in the skies, Newton designed a thought experiment. He imagined firing a canon from the top of an extremely tall mountain. From his first law of motion, he knew the canon ball would travel in a straight line at a constant speed forever. But gravity pulls the ball downward. If its speed is low, the canon ball hits the Earth near the mountain. The higher the speed, the farther away the ball lands.

—If you throw it faster, it goes farther away. Even faster, farther away. Even faster, it may go a thousand miles. Even faster, it may actually go almost half way around the Earth, and there it hits the Earth.

Newton imagined that if its speed was high enough, the canon ball would travel all the way around the Earth and settle into orbit.

—The orbit of the canon ball around the Earth was a balancing act between the canon ball's tendancy to fly off in a straight line and its being yanked back toward the center of the Earth continuously by the force of gravity. So, in Newton's picture of the world, there were two things : the natural tendancy of an object to travel in a straight line, which was true on Earth or in space or anywhere. And there was the attraction of gravity, which was true on the surface of the Earth, and it was true up in space.

Newton's breakthrough was to see that the moon's orbit around the Earth, and the canon ball's motion on Earth were governed by the same law of gravity.

[2] Sir Isaac Newton, Principes mathématiques de philosophie naturelle, 1687. Extrait du texte de Michel Bray, (directeur de recherches au CNRS), La gravitation, entre fiction et qualité occulte, paru dans le magazine Sciences et Avenir hors-série #147, juillet-août 2006, page 47.

[3] Sir Isaac Newton, Lettre au Révérend R. Bentley (1693 ?). Extrait de F.-J. Thonnard, traduction Biot, Extraits des grands philosophes,  Desclée & Cie, © 1963, page 499.

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