VIBRATIONS DE L ETHER

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• Note 189.

fSeCt. XX.] ANNEAUX DE NEWTON. . 225

sent être expliqués par les deux hypotlù^s, il existe entre elles cette différence essentielle, que d’ares la théorie des ondes, les intervalles qui séparent les anneaux doivent être absolument noirs, ce que l’expérience confirme ; tandis que dans l’hypothèse de l'émission, ils doivent être à moitié éclairés, ce qui se trouve démenti par l’expérience. M. Fresnel, dont l’opinion est si imposante en cette matière, jugea cette épreuve décisive. L’on peut donc conclure que les anneaux proviennent entièrement de l’interférence des rayons: la lumière réfléchie de chacune des surfaces en contact apparent, arrive à l’œil par des routes de longueurs différentes , et produit alternativement des anneaux colorés et noirs, suivant que les ondulations réfléchies s’ajoutent ou se détruisent. Les largeurs des anneaux sont inégales : ils deviennent moins larges, et les couleurs se serrent davantage, à mesure ' qu’elles s’éloignent du centre. Les anneaux colorés sont aussi produits en transmettant la lumière à travers le même appareil; mais les couleurs sont moins vives, et sont complémentaires de celles réfléchies; conséquemment, le point central est blanc.

La grandeur des anneaux augmente avec l’obliquité de la lumière incidente, la même couleur exigeant une plus grande épaisseur, c’est-à-dire un espace plus grand entre les verres pour la produire, que lorsque la lumière tombe perpendiculairement sur eux. Si l’appareil est placé dans une lumière homogène, au lieu d’être placé dans une lumière blanche, les anneaux seront tous de la même couleur que celle de la lumière employée; c’est-à-dire, que si la lumière est rouge, les anneaux seront rouges, séparés par des intervalles noirs. La grandeur des anneaux varie avec la couleur de la lumière. C’est dans la lumière rouge qu’ils sont le plus grands, et dans la lumière violette qu’ils sont le plus petits, diminuant de grandeur dans l’ordre des couleurs prismatiques. » • < î •:

ANNEAPX DE NEWTON.

[Sçct. XX.]

L’un des vcruM^ étant plan, et l’autre sphérique, il est évident qu’à parnr du point de contact, l’espace qui les sépare augmente graduellement, de sorte qu’une certaine épaisseur d’air correspond à chaque couleur, qui, dans le système ondulatoire, sert à mesurer la longueur de l’onde qui la produit'. A l’aide d’une mesure directe, Newton trouva que les carrés des diamètres des parties les plus brillantes de chaque anneau sont comme les nombres impairs, i , 3, 5, 7, etc.; et que les carrés des diamètres des parties les plus obscures sont comme les nombres pairs, o, 2 ; 4 , G, etc. Conséquemment, les intervalles compris entre les verres à ces divers points sont dans le même rapport. .Si donc l’épaisseur de l’air correspondante à une couleur ■ quelconque pouvait être trouvée, son épaisseur pour toutes les autres serait connue. Or, comme Newton connaissait le rayôn de courbure de la lentille et la largeur exacte des anneaux en fractions de pouce, il lui lut aisé de calculer l’épaisseur de l’air à la partie la plus sombre du premier anneau, laquelle est égale à la 89000* partie d’un pouce (la 0,000026' partie d’un centimètre); cette épaisseur une fois connue, les autres en furentdéduites.Commedans l’hypothèse desondes, ces intervalles déterminent les longueurs des ondulations, il parait que la longueur d’une onde de l’extrême rouge du spectre solaire est égale à la 0,0000266' partie d’un pouce (la 0,0006756'' partie d’un millimètre); que celle d’une onde de l’extrême violet est égale à la 0,0000167' partie d’un pouce (la 0,0004242 partie d’un millimètre); et comme la durée d’une vibration d’une particule d’éther produisant une couleur particulière quelconque, est directement comme la longueur d’une ondulation de cette couleur, et inversement comme la vitesse de la lumière, il en résulte que les molécules d’éther qui produisent

> Note 190.

[Sect. XX.] LONGUEUR DES ONDULATIONS. 225

l’extrême rouge du spectre solaire, accomplissent 458 millions de millions de vibrations par seconde, et que celles qui produisent l’extrême violet, en accomplissent 727 millions de millions dans le même espace de temps. Les longueurs des ondulations des couleurs intermédiaires et le nombre de leurs vibrations étant intermédiaires entre celles du rouge et du violet, la lumière blanche (pii se compose de toutes les couleurs est par conséquent un mélange d’ondulations de toutes les longueurs, entre les limites de l’extrême rouge et de l’extrême violet. La détermination de ces infiniment petites portions de temps et d’espace, dont chacune a une existence réelle, étant le résultat d’une mesure directe, fait autant d’honneur au génie de Newton , que celle de la loi de la gravitation.

Le phénomène des anneaux colorés a Heu dans le vide aussi bien que dans l’air; ce qui prouve que c’est la dis tance seule comprise entre les lentilles, et non l’air, qui produit les couleurs. Cependant, si l’on interpose entre elles de l’eau ou de l’huile, les anneaux se contractent , mais il n’en résulte aucun autre changement; et Newton trouva que l’épaisseur des divers milieux, correspondante à une teinte déterminée, est en raison inverse de leurs indices de réfraction, de sorte que la couleur des lames fournit le moyen de connaître leur épaisseur, qui ne pourrait être mesurée autrement; et comme, dans les anneaux, la position des couleurs est invariable, elles forment un étalon fixe de com[>araison , connu sous la dénomination de l’échelle descouleursdeNewton; chaque teinte étant calculée, à partir du point central inclusivement, selon l’anneau auquel elle appartient. Non seulement les couleurs périodiques que nous avons décrites, mais celles encore que l’on aperçoit dans les lames épaisses des substances transparentes, les nuances changeantes des plumes de certains oiseaux, .des ailes des insectes, de la nacre et des substances striées • t " v • * v ' . ’ • •

226 *, DIFFUACT10N t)E I.A LbMIKRE. [SeCt.XX.]

les franges colorées qui accompagnent les ombres de tous les corps éclairés par un rayon de lumière extrêmement petit, et les anneaux colorés qui entourent le petit rayon lui-même, lorsqu’il est reçu sur un écran, sont autant de phénomènes dus au même principe.

Quand un rayon solaire extrêmement délié est introduit dans une chambre obscure par une ouverture de la grandeur d’un petit trou d’épingle, et qu’il est reçu sur un écran blanc, ou sur une plaque de verre dépoli, le point lumineux que l’on aperçoit sur l’écran , est, à la distance d’un peu plus de six pieds (2 mètres environ) , plus grand que le trou d’épingle; et au lieu d’être entouré par une ombre, il est environné par une suite d’anneaux colorés séparés par des intervalles obscurs. Les anneaux sont d’autant plus distincts que le rayon est plus petit1. Quand la lumière est blanche, il n’y a que sept anneaux, qui se dilatent ou se contractent, suivant que l’écran est plus ou moins éloigné de l’ouverture qui donne passage au rayon. A mesure qu’on rapproche l’écran de cette ouverture, le point blanc central se contracte de plus en plus, et finit même par disparaître entièrement. Si on l’en approche encore davantage, les anneaux le recouvrent gradüellement, de sorte que les nuances les plus vives et les plus intenses se manifestent successivement vers le centre. Quand la lumière est homogène, comme le rouge, par exemple, les anneaux sont rouges et noirs alternativement, et plus nombreux; leur largeur varie avec la couleur : c’est dans la lumière rouge, qu’ils sont le plus larges, et dans la violette qu’ils sont le plus étroits. Les teintes des franges colorées provenant de la lumière blanche, et leur disparition après le septième anneau , sont dues à la superposition des différentes suites *de franges de tous les rayons colorés. Les ombres de toute

* Note 191,

* ISeCt. XX.l/ DIFFRACTION DE LA LUMIÈRE. 227

espèce d’objets sont aussi terminées par des franges colorées, quand ces objets sont présentés à la lumière du rayon délié. Si l’on place dans sa direction le tranchant d’un couteau, ou un cheveu, les rayons, au lieu de s’avancer en lignes droites le long de la limite de l’ombre, vont en divergeant, et s’avancent sur l’écran en suivant des lignes courbes, qu’on appelle hyperboles; l’ombre de l’objet se trouve ainsi agrandie; et, au lieu d'être terminée par de la lumière, elle est entourée ou bordée de franges colorées, alternant avec des bandes noires, qui sont d’autant plus distinctes que l’ouverture est plus petite*. Les franges sont tout-à-fait indépendantes de la forme ou de la densité de l’objet, et sont exactement les mêmes, soit que l’objet soit rond ou pointu, qu’il soit de verre ou de platine. Lorsque les rayons qui forment les franges arrivent sur l’écran, ils se trouvent être de longueurs différentes, par suite de la direction courbe qu’ils suivent dès qu’ils ont dépassé le bord de l’objet. Les ondulations sont donc alors dans des phases ou états différents de vibration, et se combinent pour former des franges colorées, ou se détruisent réciproquement dans les intervalles obscurs. Les franges colorées qui bordent les ombres des objets furent découvertes en i665, par Grimaldi, qui, outre celles-là, en remarqua d’autres encore, situées dans l’intérieur de l'ombre du corps délié exposé à un rayon solaire. Ce phénomène, dont nous avons fait mention déjà, a fourni au docteur Young les moyens de prouver, d’une manière hors de doute, que les anneaux colorés sont produits par l’interférence de la lumière.

On peut conclure de ce qui vient d’être dit, que les substances matérielles tirent leurs couleurs de deux causes différentes; quelques unes, telles que les plumes de

' Note 191.

ABSOUPTION DK I.A Lt'MlKRE. [SeCt. XX. 1

paon, les métaux irisés, etc., de la loi d’interférence; et les autres, telles que le vermillon, l’outre-mer, le drap bleu ou vert, les (leurs et le plus grand nombre des corps colorés, de l’inégalité d’absorption des rayons de la lumière blanche. On a pensé qu’il était presque impossible de concilier ces derniers phénomènes avec la théorie des ondes, et les dissensions les plus vives se sont élevées sur la question de savoir ce que deviennent les rayons absorbés. Toutefois, cette question difficile a été résolue de la manière la plus satisfaisante par sir John Hersehel, dans un savant mémoire, intitulé : De l’absorption de la lumière par les milieux colorés. Nous pensons ne pouvoir mieux rendre compte de ses idées sur ce sujet, qu’en lui empruntant ses propres expressions. Mais nous observerons auparavant, que tous les corps transparents, donnant passage à la lumière, sont supposés perméables à i’éther. «Si, ne considérant», dit-il, » que le fait général de l’opposition et de l’extinction que «subit la lumière dans son passage à travers des milieux » denses, nous venons à comparer la théorie de l’émission » et la théorie ondulatoire, nous trouverons que la diffé- » rence qui existe dans leur manière de rendre compte des » phénomènes de l’absorption, est touL à Pavantagede cette » dernière. Car, si nous voulons essayer d’expliquer l’extinc- » tion de la lumière par le système de l’émission, obligés » que nous sommes alors de considérer la lumière comme « un corps matériel, nous sommes forcés d’admettre l’anéan- » tissement de la matière; or, qui ne sait que ce fait est » impossible? Mais rien ne nous empêche d’admettre une >< transformation de la lumière : auquel cas, il doit nous «être permis de Chercher parmi les agents impondérables, » tels que la chaleur, l’électricité, etc., ce que devient la » lumière, ainsi réduite à une sorte d’inertie. Le pouvoir calo- « rifique des rayonssolaires donne au premier abord unca- » ractère plausible à l’idée de la transformation de la lu-

[SeCt. XX.] ABSORPTION DE LA LLM1ÈRE.

» mière en chaleur par voie de l’absorption. Mais si l’on u vient à examiner la question de plus près, on la trouve » entourée de toutes parts des difficultés les plus grandes.

» L’on se demande, par exemple, comment il se fait que » non seulement les rayons les plus lumineux ne soient pas i< les plus calorifiques, mais qu’au contraire encore, l’é- » nergie calorifique soit réservée, dans sa plus grande in- » tensité, à des rayons qui, relativement à d’autres, ne pos- » sèdent que de faibles pouvoirs lumineux. Ces questions,

» ainsi que plusieurs autres de la même nature, pourront » peut-être un jour se résoudre; mais dans l’état actuel de >• la science, il est impossible d’y répondre d’une manière «satisfaisante. Ce n’est donc pas sans raison, que cette « question : « Que devient la lumière ?u dont les physi- » ciens du siècle dernier sc sont tant occupés, a été con- » sidérée comme une question tout à la fois de la plus » haute importance, et de la plus grande obscurité, par les « partisans du système de l’émission. D’un côté, la ré- « ponse à cette question, fournie par la théorie ondula- ' » toirc, est simple et directe. La question : o Que devient » la lumière? » se confond avec cette autre question plus '« générale : « Que devient le mouvement? » à laquelle les » principes admis en dynamique dounent pour réponse, « qu’il se perpétue à jamais. Rigoureusement parlant , «aucun mouvement n’est entièrement anéanti; mais il « peut être divisé, et les parties en lesquelles il a été di- « visé, peuvent se faire opposition , et par là même se dé- » truire.Un corps choqué, quoique parfaitement élastique, « ne vibre que pendant quelques instants, puis il parait re- .. venir à son état primitif de repos. Mais ce repos apparent, « même en ne tenant pas compte de cette portion du mou- » ventent qui peut être détruite par l’air ambiant, n’est » autre chose qu’un état de mouvement subdivisé et se dé-

TRANSMISSION DE LA LUMIÈRE. [Sect. XX.]

» truisant mutuellement, dans lequel toutes les molécules « se trouvent agitées par une multitude infinie d'ondulations » qui se réfléchissent intérieurement, et se propagent en « tous sens à travers le corps, étant sans cesse renvoyées par «tous les points de sa surface, qu’elles viennent frapper » successivement. L’on conçoit aisément que la superposi- « tion de ces ondulations doit produire à la fin leur des- « traction réciproque, et que cette destruction doit être «d’autant plus complète que la forme du corps est plus « irrégulière , et les réflexions intérieures plus nombreuses. « En rapportant ainsi l’absorption de la lumière à la subdivision et à la destruction mutuelle des vibrations d’éther dans l’intérieur des corps, sir John Herschel a ajouté une nouvelle classe de phénomènes à ceux déjà soumis aux lois de la théorie ondulatoire.

L’on suppose que le milieu élhéré qui remplit l’espace, pénètre toutes les substances matérielles, et occupe les interstices qui séparent leurs molécules; mais, comparée à sa densité dans le vide, cette substance élhérée répandue dans l’intérieur des milieux réfringents, y existe dans un état d’élasticité moindre; et plus le milieu est réfringent, et moins l’éther qu’il renferme a d’élasticité. Par conséquent, les ondulations de la lumière sont transmises avec moins de vitesse dans des milieux tels que le verre et l’eau, que dans l’éther extérieur. Aussitôt qu’un rayon de lumière atteint la surface d’une substance réfléchissante diaphane, comme une lame de verre par exemple, il communique ses ondulations à l’éther voisin en contact avec la surface, qui devient ainsi un nouveau centre de mouvement, et deux ondulations hémisphériques se propagent de chaque point de cette surface: l’une s’avance dans l’intérieur du verre avec une vitesse moindre que l’ondulation incidente; et l’autre est renvoyée dans l’air, à travers lequel elle

[SeCt.XX.] TRANSMISSION DE LA LUMIÈRE. 234

s'échappe avec une vitesse égale à celle qu’elle avait en arrivant. Ainsi lorsque la lumière est réfractée, elle se meut dans l’intérieur du verre avec une vitesse moindre que celle qu’elle avait d’abord ; lorsqu’elle est réfléchie, les rayons viennent et s’en vont avec la même vitesse. Les particules d’éther qui sont en dehors du verre, et qui communiquent leurs mouvements aux particules de l’éther dense et moins élastique de l’intérieur du même verre, sont analogues à de petites balles élastiques qui en heurtent de grosses; car, dans ce cas, une portion du mouvement est communiquée aux grosses balles, tandis que les petites sont réfléchies. Les premières produisent l’ondulation réfractée; et les autres, l’ondulation réfléchie. Réciproquement, quand la lumière passe du verre dans l’air, l’action qui en résulte est semblable à celles de grosses balles qui en rencontrent de petites. Les petites balles reçoivent un mouvement égal à celui qui produirait le rayon réfracté, et la quantité de mouvement retenue par les grosses est égale à celle qui occasionerait l’ondulation réfléchie; d’où il suit que lorsque la lumière passe au travers d’une lame de verre ou de tout autre milieu d’une densité différente de celle de l’air, il s’opère une réflexion aux deux surfaces. Mais il existe cette différence entre les deux réflexions, savoir, que l’une est occasionée par une vibration qui se fait dans la même direction que celle du rayon incident, et l’autre, par une vibration qui se fait dans la direction opposée.

Une seule ondulation d’air ou d’éther ne suffirait pas pour produire la sensation du son ou de la lumière. Afin d’exciter la vision, les vibrations des molécules d’éther doivent être régulières, périodiques, et très souvent répétées; et , de même que l’oreille continue à être impressionnée pendant quelques instants après l’impulsion, qui seule peut

» Noie iÇ)T.

232 ACTION DE LA LUMIÈRE SUR LA RÉTINE. [SeCt.XX.]

rendre un son continu, de même aussi, suivant M. d’Arcey, les fibres de la rétine continuent à vibrer pendant environ la huitième partie d’une seconde, après <|uela cause excitante a cessé. Tout le monde doit avoir observé que lorsqu’une forte impression est produite par une lumière vive, l’objet qui vient de frapper la vue reste visible pendant quelques instants après qu’on a fermé les yeux. Ce phénomène est attribué à la continuation des vibrations des fibresde la rétine. II arrive quelquefois «pie la rétine devient insensible à la perception d’objets faiblement éclairés, quand ces objets lui sont présentésd’unemanière continue; maissi l’œil s’e.i détourne un moment, ils redeviennent visibles de nouveau. C’est probablement par cette raison que le hibou fait un mouvement de tète si singulier quand il veut fixer sa vue sur des objets éclairés par la faible lueur du crépuscule. Il est fort possible qu’un grand nombre de vibrations, incapables de produire des ondulations dans les fibres de la rétine humaine, puissent être excitées dans le milieu éthéré, et produire un effet puissant sur la rétine d’autres animaux ou insectes. Ainsi, tels pourraient par exemple recevoir des impressions lumineuses dont nous n’avons aucune idée, et être en même temps insensibles à la lumière et aux couleurs qui affectent nos yeux; leurs perceptions commençant là où les nôtres finissent.

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SECTION XXL