Le pommier de Newton

La légende selon laquelle la théorie de l’attraction universelle aurait été inspirée à Newton par la chute d’une pomme n’en est pas tout à fait une, puisqu’elle est fondée sur le récit qu’en fit son médecin et confident William Stukeley (le même qui, à la mort du savant anglais en 1727, aurait dit à Voltaire que le grand homme n’avait jamais connu de femme…).

Porteait de newton en 1726, par Seeman. Alors âgé de 84 ans, il raconte à sa façon comment, soixante ans auparavant, lui est venue l'idée de l'attraction universelle.
Portrait de Sir Isaac Newton en 1726, par Seeman. Alors âgé de 84 ans, il a raconté à sa façon comment, soixante ans auparavant, lui serait venue l’idée de l’attraction universelle.

Dans ses Mémoires sur la vie de Sir Isaac Newton, que la Royal Society of London n’a rendu publiques qu’en 1752, Stukeley rapporte en effet la conversation qu’il a eue avec Newton le 15 avril 1726 à Kensington, après le dîner  :

« 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.« 

Portrait de Catherine Barton, nièce de Newton, qui a fait tourner bien des têtes.
Portrait de Catherine Barton, nièce de Newton, qui a fait tourner bien des têtes.

Quant à l’histoire de la Lune, qui serait intervenue ensuite dans le raisonnement du savant, c’est John Conduitt, assistant de Newton à la Royal Mint (Monnaie Royale, équivalant au Ministère des Finances), et mari de la nièce de Newton, la belle Catherine Barton, qui la narre dans son Compte-rendu de la vie de Newton à Cambridge.

« 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. « 

C’est à la suite de ce raisonnement qu’Isaac Newton aurait découvert la gravitation universelle, sans toutefois rendre publique sa découverte avant de la publier bien plus tard dans son De Motu de 1684, puis ses Principia de 1687.

Ce qui est certain, c’est que l’idée ne lui est pas venue en recevant la pomme sur son crâne, comme le prétend une légende drôlatique reprise notamment dans un célèbre dessin de Gottlieb !newton_gottlieb

Que reste-t-il alors du pommier ? C’est lors de ma récente visite à la maison natale de Newton (à l’occasion du tournage d’un épisode de la série Entre Terre et Ciel pour la chaîne Arte), le Manoir de Woolsthorpe (dans le Lincolnshire, à environ 100 km au nord de Cambridge), que j’ai pu visiter le jardin et connaître les dessous de l’histoire.

Le Manoir de Woolsthorpe dans le Lincolnshire, maison natale d'Isaac Newton
Le Manoir de Woolsthorpe dans le Lincolnshire, maison natale d’Isaac Newton

Il y a deux grands pommiers dans le verger face au Manoir. L’un d’eux, devant lequel la plupart des gens se font photographier (à commencer par votre serviteur) n’est pas le bon : il est en bien trop bonne santé pour être âgé de plus de trois cents ans !

Le "faux" pommier de Newton (photo prise par Serge Brunier)
Le « faux » pommier de Newton (photo prise par Serge Brunier)

Mais à côté se trouve un pommier beaucoup moins spectaculaire, au tronc tout rabougri, entouré d’une petite clôture de protection, visible cependant depuis la chambre qu’occupait le jeune Newton. C’est celui-là qui est censé être le « pommier de Newton ». Ou plus exactement, une repousse. En effet, comme l’explique la gardienne du Manoir, l’arbre d’origine a été abattu lors d’une tempête dans les années 1815. Il reste d’ailleurs un dessin datant de 1840 de l’arbre abattu, en forme de S renversé.

Le pommier de Newton abattu après la tempête de 1815, avant la repousse
Le pommier de Newton abattu après la tempête de 1815, avant la repousse

Mais en 1820 eut lieu une repousse, les racines n’étant pas mortes. Le nouvel arbre, de la rare variété dite « Flower of Kent », n’est plus de la première jeunesse, comme on peut le constater sur la photo ci-dessous, surtout si on la compare à celle de son vigoureux voisin !

Le "vrai" pommier de Newton
Le « vrai » pommier de Newton

Un rejeton de l’arbre d’origine, lui en bonne santé, se voit plus aisément à droite du Portail Principal du prestigieux Trinity College à Cambridge, planté juste en-dessous de la fenêtre de la chambre que Newton y occupait au cours de ses études.

Le rejeton de pommier du Trinity College de Cambridge, planté sous la fenêtre de l'appartement de Newton
Le rejeton de pommier du Trinity College de Cambridge, planté sous la fenêtre de l’appartement de Newton

Pour finir ces plaisantes anecdotes, voici la manière dont, dans mon roman La perruque de Newton, je me suis efforcé de reconstituer (en prenant bien sûr quelques libertés…) cet épisode de la pomme durant une nuit éclairée par la Lune, et le petit calcul que le jeune Newton aurait pu faire pour aboutir à sa fameuse loi d’attraction universelle…pomme-pomme

Est-ce à tout cela qu’il pense, en cette nuit de pleine lune, adossé au muret cernant le verger ? Isaac Newton continue de jeter ses cailloux contre l’arbre. Il en a déjà lancé six, qui ont tous raté leur cible. Il compte chacun de ces projectiles comme autant de mois qui le séparent de son retour à Cambridge. Cela fait trop, il décide de tricher. Il se lève, saisit une pierre plus grosse, s’approche d’un pas. La tenant ferme dans la main, il fait balancer son bras le long de sa hanche par un mouvement oscillatoire pour donner plus de force à son jet et enfin, la lâche. La pierre fait un bel arc de parabole et va heurter la pomme, qui tombe.

Hourra ! Il dresse le poing en un petit geste de victoire. Il regarde la Lune, qui éclaire le toit de la maison de sa blancheur blafarde. Ses sourcils se froncent. Il devient grave et prononce cette évidence comme s’il s’en apercevait pour la première fois :

— La Lune, elle, ne tombe pas.

Il se penche, ramasse la pomme et la lâche.

— Pourquoi cette pomme tombe-t-elle toujours verticalement ? Pourquoi ne tombe-t-elle pas de côté ou bien vers le haut, mais constamment vers le centre de la Terre ?

Il ramasse cette fois la pierre et la pomme, et il lâche la pierre.

— La pierre tombe sur la Terre, mais pas la Terre sur le Soleil. Nous sommes bien d’accord, Isaac ?

Puis il lâche la pomme à son tour.

— La pomme tombe sur la pierre, mais la Lune ne tombe pas sur la Terre. Vous me suivez toujours, mon garçon ?

Il ramasse le gros caillou et le jette cette fois avec assez de force et assez de hauteur pour qu’il décrive, avant sa chute, le plus long segment de parabole possible. C’est assez réussi. Alors, Newton dit d’une voix forte :

— Bien sûr que la Lune tombe ! Sinon, elle aurait disparu depuis longtemps dans le firmament. Une éternité qu’elle tombe vers le centre de la Terre, comme la pomme, mais personne ne s’en est rendu compte ! Car le bras qui l’a lancée l’a fait avec une telle force que la Lune a acquis un trajet circulaire…

[…]

D’un pas léger, il escalade l’escalier étroit, s’installe à sa table de travail, prend une plume et du papier. « Voyons, qu’est-ce qui peut faire tomber à la fois la pomme et la Lune vers le centre de la Terre ? Le pouvoir de la gravité, bien sûr. Celui-ci ne se limite pas à une certaine distance de la Terre, mais doit s’étendre beaucoup plus loin… Pourquoi pas aussi loin que l’orbite de la Lune ? S’il en est ainsi, cela doit influencer son mouvement, et la retenir sur son orbite. Maintenant, comment la gravité se manifeste-t-elle ? Par une force qui doit agir de la même façon sur la pomme et sur la Lune. Oui, mais les temps de chute sont bien différents… La force de gravité doit forcément dépendre de la distance qui sépare le centre de la Terre de la pomme, ou de la Lune … Calculons… La pomme tombe de quatre-cents pouces en une seconde, Galilée l’a écrit dans son Dialogue. De combien tombe la Lune dans le même intervalle de temps ? Voyons, elle met vingt-neuf jours pour faire un cercle complet autour de la Terre… J’applique maintenant la règle de Kepler sur la période de révolution, qui se trouve en proportion sesquialtère de la distance au centre de la Terre, ce qui fait … » Newton griffonne quelques calculs, biffe, se reprend, trouve enfin un chiffre. « Voilà, la Lune tombe à peu près de 0,1 pouce par seconde. Cela fait combien de fois moins que la pomme ? Quatre-cents divisé par 0,10 cela donne quatre mille. Bien sûr, ceci n’est qu’approximatif, il faudra que je revérifie par la suite. Mais… » Soudain le visage de Newton s’illumine. «  Quatre mille, ce n’est pas loin de trois mille six cents.. Et trois mille six cent, c’est soixante élevé au carré… Or, justement, la Lune est soixante fois plus éloignée du centre de la Terre que la pomme ! Cela veut donc dire que la force requise pour maintenir la Lune dans son orbite correspond de très près à la force de gravité à la surface de la Terre… Et comme la Terre tombe sur le Soleil, cette loi doit être vraie aussi pour les planètes qui tournent autour. Donc, les forces qui maintiennent les planètes dans leurs orbites sont réciproquement comme les carrés de leurs distances à partir du Soleil. Si je double la distance entre deux corps, je divise par quatre la force qui les attire l’un vers l’autre… Cette force est forcément proportionnelle à la masse des corps. Et puisqu’elle ne peut être que la manifestation de l’omniprésence divine, j’en déduis qu’elle s’applique partout, de la même façon, dans l’univers. La force d’attraction est universelle … »

8 réflexions sur “ Le pommier de Newton ”

  1. Bonjour,
    Il y a toute une partie de l’activité de Newton qui est plus ou moins occulté dans la vie de Newton. Celle liée à la monnaie soit plus de 30 années. Nommé pour réformer le système de la monnaie, il a aussi travaillé à lutter pour la contrefaçon monétaire.
    Il y a aussi la querelle avec Leibniz au delà des mathématiques cette partie concernant le divin. Leibniz d’ailleur est mort oublié et dans la misère.

    1. Ces activités, certes moins connues que son oeuvre scientifique, sont cependant bien documentées dans plusieurs ouvrages. Ma propre biographie (certes romancée, mais historiquement documentée) en parle amplement : La perruque de Newton (ed. JC Lattès 2010 ou Livre de poche 2011)

  2. Bravo pour ce petit récit truculent ! je ne connaissais pas l’approche et le calcul fait par Newton ! je suis aujourd’hui moins bête !!! merci

  3. bjr je me nomme romane et je trouve que cette page sur newton et vraiment très instructive merci encore pour les belles descriptions établies sur cette page je pense que je reviendrai en cas de besoin
    PS: j’avais besoin de renseignements faits au collège en physique-chimie car nous travaillons sur la décomposition et moi qui ai soif de savoir j’ai voulu en savoir plus sur la vie de Isaac Newton. Et je trouve cela très intéressant malgré les bugs provoqués par mon ordinateur je souhaiterais juste pouvoir en apprendre plus sur la décomposition de la lumière, mais cependant je trouve que la page est très belles
    MERCI A VOUS

  4. qu’il me sois donné de féliciter M. LUMINET pour cette histoire de la pomme qu’il nous rapporte. ca me servira pour mon mémoire de master en histoire et épistémologie des sciences à l’Université de Lomé (TOGO)

  5. Je comprends maintenant mieux, l’histoire de la pomme et d’Adam et Eve… :
     » La force d’attraction est universelle et est proportionnelle à la masse des corps… »
    !!!

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