Quel scientifique a formulé la théorie de la gravitation universelle en 1687 ?

En 1687, le savant anglais Isaac Newton publie les Principes mathématiques de la philosophie naturelle, ouvrage généralement désigné par son titre latin, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ou Principia. Il y formule la théorie de la gravitation universelle, selon laquelle les corps s’attirent mutuellement en fonction de leur masse et de la distance qui les sépare. Cette proposition établit un même cadre explicatif pour des phénomènes jusque-là étudiés séparément, comme la chute des objets et le mouvement des planètes.

Une loi commune aux phénomènes terrestres et célestes

La théorie newtonienne affirme que la force gravitationnelle est proportionnelle au produit des masses des deux corps et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Plus deux objets sont massifs, plus leur attraction est importante ; plus ils sont éloignés, plus cette attraction diminue rapidement. Cette loi permet notamment de relier le poids observé à la surface de la Terre aux mouvements de la Lune et des planètes. Dans le cadre de la mécanique classique, la gravitation devient ainsi une force universelle, présente partout dans l’Univers.

Une synthèse de travaux antérieurs

Newton ne part pas de rien. Johannes Kepler avait décrit les trajectoires des planètes à l’aide de lois fondées sur les observations astronomiques, tandis que Galilée avait étudié la chute des corps et certains principes du mouvement. L’apport décisif de Newton consiste à réunir ces résultats dans une théorie mathématique générale. Il montre notamment qu’une même loi peut rendre compte de l’accélération des corps près de la Terre et de la trajectoire des astres, en les combinant avec ses lois du mouvement.

Le rôle du Principia

Le Principia est organisé en trois livres. Le premier présente les principes mathématiques du mouvement et étudie les conséquences de l’action des forces ; le deuxième examine notamment le mouvement des corps dans des milieux résistants, comme les fluides ; le troisième applique ces principes au système du monde et aux mouvements célestes. Newton y emploie principalement une présentation géométrique, même s’il avait développé auparavant des méthodes associées au calcul infinitésimal. L’ouvrage fonde ainsi les bases de la mécanique classique et devient l’une des œuvres majeures de l’histoire des sciences.

La pomme et la portée de la théorie

L’histoire selon laquelle Newton aurait été conduit à réfléchir à la gravitation après avoir vu tomber une pomme repose sur des récits anciens, notamment celui de William Stukeley, qui rapporte une conversation avec le savant. Elle ne doit toutefois pas être comprise comme l’explication complète de la découverte : la formulation de la théorie résulte d’un long travail de raisonnement mathématique et de mise en relation de phénomènes astronomiques et terrestres. La mécanique de Newton a ensuite constitué le cadre dominant de la physique pendant plusieurs siècles. La relativité générale d’Albert Einstein a approfondi la description de la gravitation dans les situations où la théorie newtonienne atteint ses limites, mais les lois de Newton restent une excellente approximation dans de nombreux cas courants, notamment lorsque les vitesses sont faibles devant celle de la lumière et que les champs gravitationnels sont modérés.