TRANSVERSALITÉ DES VIBRATIONS LUMINEUSES

207. Hypothèse de Fresner. — Pour expliquer certains phénomènes dont nous allons nous occuper, Fresnel a été obligé de faire une seconde hypothèse et d'admettre que, dans le mouvement qui constitue la lumière, les molécules d'éther ne vibrent pas longitudinalement, c'est-à-dire parallèlement à la direction suivant laquelle le mouvement se propage, comme cela a lieu dans l'air pour les vibrations sonores, mais bien transversalement, c'est-à-dire perpendiculairement à cette direction. Dans un milieu isotrope, les molécules cVéther décrivent des trajectoires qui sont contentœs dans des plans perpendiculaires au rayon

^ Fresnel, Mémoire sur Vinfluence de la polarisation dans Vaction que les rayons lumineux exercent les uns sur les autres (1816), Œuvres, I, 394, et YouNG, Miscell. Works, I, 333 et 380(1817), conçoivent Pidée d*un mouvement transversal accompagnant le mouvement longitudinal principal. Fresnel, dans sa Note sur le calcul des teintes que la polarisation développe dans les lames cristallisées, Ann, de ClUm. 1821, XVII, 179; Œuvres, I, 629, finit par rejeter complètement l'idée d'une composante longitudinale. Yerdet a démontré, Amu de Chim. 1851, XXXI, 377, plus rigoureusement que ne l'avait fait Fresnel, que l'hypothèse des vibrations transversales est seule compatible avec le fait découvert par Fresnel et Araqo, Œuvres de Fresfiel, I, 385 (1816), que les rayon» polarisés à angle droit sont incapables d'interférer.

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lumineux. Ce mouvement a donc une certaine analogie avec le mouvement vibratoire transversal d'une corde tendue.

Ces trajectoires elles-mêmes peuvent d'ailleurs être des lignes droites orientées d'une manière quelconque dans le plan normal au rayon, des circonférences de cercles, ou des ellipses plus ou moins allongées, décrites de gauche à droite ou de droite à gauche.

Dans les milieux anisotropes, on admet le plus souvent que la vibration peut ne pas être exactement perpendiculaire au rayon lumineux, mais qu'elle est toujours parallèle à l'onde plane qui correspond à ce rayon (§ 205). Ce parallélisme n'est pas une conséquence générale et nécessaire de la théorie des mouvements vibratoires ; il est très difficile à vérifier expérimentalement; mais il est certainement réalisé, au moins approximativement^ car tous les cristaux connus se comportent à l'égard des phénomènes lumineux comme s'ils avaient une structure presque isotrope.

208. Polarisation de la lumière. — Si les trajectoires des molécules d'éther ne varient pas avec le temps, et sont les mêmes pour les différentes molécules qui sont ébranlées par le rayon, on dit que la lumière est polarisée.

Le rayon sera polarisé rectilignement, si toutes les molécules effectuent constamment des vibrations rectilignes parallèles. Dans ce cas, le mouvement est défini par l'orientation de ces vibrations. Le plan mené par le rayon et par la vibration est appelé plan de mbration.

Si les trajectoires sont toutes semblables, mais elliptiques ou circulaires, on aura un rayon polarisé elliptiquement ou circulairement. Pour qu'il soit complètement défini, il faudra connaître la forme et l'orientation des ellipses et le sens dans lequel elles sont parcourues. Comme nous l'avons déjà remarqué

(§ 182), un pareil mouvement peut être regardé comme résultant de la superposition de deux vibrations rectilignes s'effectuant dans deux directions perpendiculaires entre elles. Un rayon polarisé elliptiquement est équivalent à la superposition de deux rayons polarisés rectilignement dans des plans rectangulaires quelconques, et ayant des rapports convenables de phase et d'intensité.

209. Lumière naturelle. — Habituellement, la lumière n'est pas polarisée. Les diverses molécules qui sont ébranlées dans le rayon ont des trajectoires différentes, dont la forme et l'orientation se modifient constamment et très rapidement. On a alors de la lumière naturelle. Nous pouvons remarquer que le mouvement de chaque molécule est décomposable en deux vibrations rectilignes rectangulaires entre elles; le nombre de ces mouvements irrégulièrement orientés étant très grand, il y aura en moyenne autant de composantes dans un sens que dans l'autre : le rayon de lumière naturelle peut être regardé comme équivalent à deux rayons polarisés rectilignement à angle droit, égaux en intensité, mais dont la différence de phase varie constamment et irrégulièrement.

210. Définition expérimentale du plan de polarisation. — On conçoit que s'il existe des rayons lumineux dont la constitution soit celle que nous venons de définir sous le nom de polarisation rectiligne, de tels rayons puissent avoir des propricHés différentes parallèlement et perpendiculairement à la « direction de leurs vibrations. On conçoit, par exemple, que, -, venant tomber sur la surface polie d'un milieu transparente quelconque, ils puissent se réfléchir avec une intensité diffé — rente suivant que leurs vibrations sont parallèles ou perpendi — culaires au plan d'incidence.

Or on peut en effet, par divers procédés dont nous verrons plus loin les principaux, obtenir des rayons qui manifestent des particularités de ce genre*, et auxquels nous sommes ainsi fondés à attribuer une polarisation rectiligne.

Si l'on reçoit un tel rayon, sous une incidence convenable, sur une glace de verre noir, par exemple, et si Ton fait tourner la glace autour d'un axe parallèle à la direction du rayon incident, on observe que, pour une certaine position du plan d'incidence, le rayon réfléchi disparaît complètement, tandis que pour une autre position à 90° de la première il a une intensité maximum. La symétrie du phénomène montre que la structure du rayon doit elle-même être symétrique par rapport à deux plans rectangulaires entre eux, mais non équivalents, qui coïncident avec ces positions particulières du plan d'incidence.

On convient de définir expérimentalement l'état de polarisation du rayon, en donnant le nom de plan de polarisation au plan, mené par le rayon, qui coïncide avec le plan d'incidence quand le rayon réfléchi est maximum. Si, par exemple, le rayon incident chemine horizontalement, et si le rayon réfléchi est maximum quand la glace est placée de telle sorte que le plan d'incidence soit vertical, on dira que le rayon incident est polarisé dans un plan vertical.

Quant aux vibrations elles-mêmes, elles doivent être ou bien parallèles ou bien perpendiculaires au plan de polarisation; mais l'expérience ne permet pas de décider entre les deux interprétations*.

' HuYGENS, Traité de la lumière, chap. V, avait observé les propriétés des rayons réfractés par le spath d'Islande, qui obligent à considérer chacun de ces rayons comme n'ayant pas la même constitution par rapport à deux plans rectangulaires parallèles à sa direction. L'influence de la polarisation sur la réflexion a été découverte par Malcs, Mém. d'Arciœil, 1808, II, 113: Mém. de nmtitut, 1810, XI, 112.

' Parmi les travaux récents relatifs à ce point controversé, voy. Wiener, Wied, Ann,, 1890. XL, 203; — Drvde. ibid., XLI, i:)4.

280 PB0PBIÉTÉ8 OFTiaDES.

Not4s admeftrom, avec Fresnel, que sur un rayon jidarisérectiligmmi'nt le plan de vibration est perpendiculaire ait plan ih polarisation.