Quel physicien a formulé la loi de la gravitation universelle, publiée en 1687 dans son ouvrage Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ?

En 1687, le savant anglais Isaac Newton publia Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, souvent appelé les Principia. Dans cet ouvrage majeur, il formula la loi de la gravitation universelle, selon laquelle tous les corps possèdent une force d’attraction réciproque. Cette loi fournit un même cadre mathématique pour comprendre aussi bien la chute des objets à la surface de la Terre que le mouvement de la Lune et des planètes.

Une synthèse des découvertes du XVIIe siècle

La théorie de Newton s’inscrit dans une évolution scientifique amorcée avant lui. Les expériences de Galilée avaient contribué à renouveler l’étude de la chute des corps et du mouvement, tandis que Johannes Kepler avait décrit, à partir des observations de Tycho Brahe, les trajectoires des planètes autour du Soleil. Les trois lois de Kepler donnaient une description précise de ces orbites, mais elles n’en expliquaient pas encore la cause. Newton chercha à relier la mécanique terrestre et l’astronomie en montrant qu’une même loi pouvait s’appliquer à tous les corps matériels.

Le contenu de la loi gravitationnelle

Dans sa formulation moderne, la loi de la gravitation universelle indique que la force d’attraction entre deux corps dépend de leurs masses et diminue avec le carré de la distance qui les sépare. Elle s’exprime généralement par la relation F = G × m1 × m2 / r². Cette relation permet notamment de comprendre pourquoi l’attraction exercée par la Terre provoque la chute des objets et pourquoi la Lune demeure en orbite autour de notre planète. Newton appliqua également cette théorie à l’étude du système solaire et des marées. L’un des apports essentiels des Principia réside ainsi dans l’unification de phénomènes auparavant étudiés séparément.

La structure des Principia

L’ouvrage de Newton est divisé en trois livres. Le premier expose les principes mathématiques de la mécanique et les trois lois du mouvement, notamment le principe d’inertie, la relation entre force et accélération, ainsi que le principe d’action et de réaction. Le deuxième étudie le mouvement des corps dans des milieux résistants, comme les fluides. Le troisième, intitulé Du système du monde, applique ces principes à l’astronomie et développe la théorie de la gravitation. La publication des Principia a donné à la mécanique céleste une base mathématique particulièrement puissante et a profondément marqué le développement de la physique classique.

Une loi toujours utile, mais intégrée à une théorie plus large

La mécanique newtonienne reste extrêmement efficace pour de nombreuses applications, notamment l’étude des mouvements ordinaires, des orbites des satellites et des trajectoires des sondes spatiales. Elle possède toutefois des limites lorsque les vitesses deviennent proches de celle de la lumière ou lorsque les champs gravitationnels sont très intenses. La relativité générale, élaborée par Albert Einstein à partir de 1915, décrit alors la gravitation d’une autre manière, comme un effet de la courbure de l’espace-temps. Cette théorie n’a pas supprimé l’utilité des lois de Newton : dans les situations courantes et dans de nombreux calculs astronomiques, elles constituent encore une excellente approximation.