Une autre espèce dr phénomènes optiques

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qui avaient commencé defixerrattenlion quelt|ue temps avant que Newton parut , et que l'une des théories n'explique pas mieux que l'autre, est celle des couleurs que présentent les couches minces , qu'elles soient liquides, comme dans le cas des bulles de savon, ou gazeuses comme dans celui de deux glaces qui ne sont séparées que par un peu d'air. Ces couleurs furent étudiées par Newton avec un soin , une attention dont !a philosophie expérimentale n'avait pas encore d'exemple à cette époque. Ces soins furent portés si loin qu'aujourd'hui même il y a peu de recherches qui pussent soutenir la comparaison à cet égard. Le résultat de cette pénible investigation fut une théorie d'une nature singulière , qu'il basa sur ce qu'il appelle accàs de facile transmission et de Jacile réflexion, et qui suppose que chaque rayon lumineux passe périodiquement dans son trajet par une suite d'états tels qu'ils le disposent alternativement à pénétrer la surface du corps sur lequel il tombe , ou à rebrousser et se réfléchir. La manière la plus simple de concevoir cette hypothèse est de considérer chaque molécule de lumière comme un petit aimant qui tourne sur luimême, tout en fesant son trajet, et présente ainsi alternativement son pôle attractif et son pôle répulsif. Quand c'est par celui-ci qu'il approche dt^ la surface d'un corps , il y a répulsion ou réflexion. Quand c'est, au contraire, par celui-là qu'il vient en contact , il y a attraction. Newton , cependant , évita soigneusement d'énoncer sa

théorie sous cette forme ou sous toute autre de ce genre. Il se borna à des termes généraux ; aussi ses partisans ont-ils assuré confidemment que la doctrine des accès de facile réflexion et de facile transmission, telle qu'il l'avait présentée, n'est au fond autre chose que l'énoncé des faits Au surplus , s'il en était ainsi , toute autre théorie qui rendrait compte des mêmes phénomènes, devrait, en définitive, se confondre avec celle de Newton. Mais , comme nous venons de le dire, ce n'est pas le cas, et cet exemple doit nous rendre extrêmement réservés dans Fexposition des lois physiques surl'emploi des termes qui peuvent envelopper dans leur signification la moindre chose de théorique, si nous ne voulons pas que de nouvelles recherches viennent détruire ou tout au moins modifier cette exl)osition.

279. Une troisième espèce de phénomènes qui 1 ut également découverte pendant que Newton était encore engagé dans ses recherches d'optique, est celle que présententles cristaux doués de la double réfraction. Nous avons exposé en quoi elle consiste. Le fait observé par Erasme Bartolin, dans le spath d'Islande, fut étudié par Huyghens, qui en déterminales lois, et le rapporta avec une adresse, un succès rares à sa théorie de la lumière. Il lui suffit, pour cela, d'ajouter une nouvelle hypo'.hèse à celle qu'il avait déjà faite, de donuer à son milieu éthéré , contenu dans le cristal, une constitution telle qu'il pût transmettre une impulsion plus promp<

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tement dans un sens que dans un autre ; comme si , par exemple , nous supposions un son qui serait propagé avec divers degrés de vitesse dans une direction verticale et horizontale.

280. La double réfraction produite par le spath d'Islande est accompagnée de quelques circonstances remarquables. Elles furent observées par Bartolin , par Huyghens et par Newton , et conduisirent celui-ci à cette idée singulière , qu'un rayon de lumière, après son émergence d'un cristal de cette espèce, acquiert des faces , c'est-à-dire , qu'il contracte des propriétés qui tiennent à l'espace environnant, et qu'il les conserve pendant Je reste de sou trajet. C'est à ces propriétés que doivent être rapportés tous les phénomènes aussi compliqués que curieux, que l'on désigne aujourd'hui sous le nom de polarisation. Ces résultats semblaient si extraordinaires et se présentaient sous un jour si peu favorable aux recherches, qu'on les négligea comme d'un commun accord. Newton paraissait satisfait d'avoir établi qu'ils sont incompatibles avec la théorie d'Huyghens, sans chercher à prouver qu'ils s'expliquent avec la sienne.

281. Depuis l'époque de Newton jusqu'au commencement du siècle qui s'écoule , si l'on excepte une découverte, on a peu ajouté aux notions que l'on avait déjà sur la nature de la lumière. Il est vrai que , d'après son inappréciable application , on ne saurait assigner à cette découverte une pla ce assez élevée dans les annales,soit de l'art, soit de

la science. Je veux parler du principe du télescope achromatique que l'on doit à une discussion qui s'était élevée au sujet de quelques recherches théoriques entre le célèbre Euler, le savant suédois Klingenstiern et l'opticien DoUon. Le premier avait été conduit à admettre que l'instrument était possible; le troisième l'exécuta, exemple mémorable , quoique ce ne soit pas le seul de la puissance du génie. Un géomètre isolé, perdu dans ses abstractions, jette au monde, dont il est en quelque sorte séparé , d'inappréciables aperçus (1).

*282. L'explication du mécanisme de l'œil et de la manière dont s'opère la vision que nous fournit la connaissance des lois optiques , est aussi complète , aussi satisfesante que celle de la sensation du son que nous percevons à l'aide de la transmission du mouvement par le moyen de l'air. La chambre obscure , inventée, en 1560 , par Baptiste Porta, donna la première idée de la manière dont les images des objets extérieurs parvenaient à l'œil; mais ce ne fut que long-temps après que Kepler, auquel on doit l'immortelle découverte de ces grandes lois qui régissent les périodes et les mouvemens des planètes, expliqua clairement les fonctions que remplit chaque partie de l'œil dans

(1) Il ne paraît pas douteux néanmoins qu'un amateur du nom de Hall, n'eût construit un télescope achromatique avant qu'Euler ni DoUon ne s'occupassent de rçi instrument.

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Tacte de la vision ; de là à l'invenlion du télescope, du microscope il semblait n'y avoir qu'un pas; mais ce pas fut fait bien plus par hasard que i)ar dessein prémédité. Et la réinvention que (it Caillée du télescope sur la simple description qu'on lui donna de ses effets , fournit une nouvelle preuve que nous avons toujours devant nous un vaste champ d'applications pratiques; souvent il suffit , pour les faire , d'être convaincu qu'elles sont possibles, comme l'établit encore la découverte du télescope achromatique.

Îi83. Le petit instrument avec lequel Galilée fit ses belles découvertes avait au plus la force d'un télescope ordinaire tel qu'on les fait aujourd'hui ; il fut bientôt perfectionné , et atteignit , dans les mains d'Huyghens , une puissance très-considérable, mais aussi des dimensions gigantesques. Ce fut pour les réduire , pour diminuer l'énorme longueur qu'exigeaient ces sortes d'instrumens, sans néanmoins atténuer leur puissance, que Grégorv , que NevNton imaginèrent le télescope réflecteur, dont la force dépasse sans doute l'idée que s'en étaient faite les inventeurs.

284. Le télescope, tel qu'on l'exécute aujourd'hui, peut assurément être rangé parmi les plus hautes, les plus délicates productions de l'art, comme celle où l'homme est en quelque sorte parvenu à rivaliser avec la nature , et si , par l'invention de cet instrument, il n'a pas conquis un nouveau sens, il a du moins donné à un de ceux qu'il possédait déjà une puissance telle, qu'on peut le considérer coni

me nouveau. Le télescope , cependant , ne paraît pas avoir atteint la dernière perfection. Il est du reste difficile d'assigner des limites à celle-ci, quand on considère les immenses progrès que fait chaque industrie , et la délicatesse qu'on apporte dans la mise en œuvre, ainsi que les inventions, les combinaisons que chaque jour voit éclore (1).

285. Après être restée long-temps stationnaire, l'optique reprit son cours vers la fin du dernier siècle, et ne s'est pas ralentie depuis. L'impulsion fut donnée par le célèbre AYollaston , qui soumit à un nouvel examen, et vérifia les lois de la double réfraction dans le spath d'Islande annoncées par Huyghens. L'attention avait été rappelée sur ce sujet. Laplace lui appliqua la théorie de Newton, dissipa une partie du mystère qui enveloppe ce phénomène singulier. Ce résultat, qui était tout-àfait inattendu à cette époque, peut être considéré comme un des plus heureux travaux qu'il ait faits. Ces recherches avaient pris de l'intérêt. L'institut voulait les encourager, et ce fut dans un Mémoire, couronné en 1810, qu'un officier du génie. Malus, annonça la découverte de la polarisation de la lumière par la réflexion ordinaire à la surface d'un corps transparent.

(1) Nous voulons parler des combinaisoas achromatiques récemment imaginées par MM. Bai'low et Rogers, et des verres denses dont Faraday vient de fah'e connaître la fabrication. Yoy. Trans. Phil., Par. 1830.

2f)4 DISCOURS SUR l'étude

2SG. Malus reconnut qu'un rayon de lumière, lorsqu'il est réfléchi par un corps semblable et sous un angle donné , acquiert précisément les propriétés singulières qu'il contracte dans la double réfraction, et que Newton avait exprimées en disant qu'il possède des accès. Ce fut la première circonstance qui dévoila le rapport qui lie ces phénomènes jusque là si mystérieux avec ceux que produisent les modifications ordinaii'es de la lumière. Elle fit aussi soupçonner qu'il n'était pas impossible de ramener les uns et les autres dans les limites, si ce n'est d'une entière explication, du moins dans celles d'une théorie plausible ; ce qui prouve combien est juste la remarque de Bacon , qu'il n'y a pas de phénomène naturel qui puisse s'expliquer isolément d'une manière satisfesante , que tous se tiennent, que tous s'éclairent les uns par les autres.

287. Ces phénomènes furent aussitôt étudiés en France par Malus et Ara go ; en Angleterre , par Brewster, et les lois qui les régissent furent recherchées avec un soin proportionné à leur importance.On découvrit alors une autre classe de phénomènes non moins extraordinaires ; c'était une série de couleurs les plus belles et les plus vives, tout-à-fait semblables à celles qu'avait observées Newton dans des couches minces, gazeuses ou liquides, mais infiniment plus développées, plus éclatantes que présentaient certaines substances cristallisées lorsqu'elles étaient divisées en lames minces , suivant des directions particulières, et exposées à un rayon

de lumière polarisée. Un examen attentif de ces couleurs , fait par Wollaston, Biot et Arago, mais surtout par Brewster, fit presque aussitôt découvrir une série de phénomènes optiques si variés , si brillans, si évidemment liés avec tout ce qui tient à la structure intime des corps cristallisés , qu'ils excitèrent une attente générale. On éprouvait cet intérêt que l'on éprouve lorsqu'on sent qu'on est sur la voie de quelque grande découverte, et qu'on se promet de voir incessamment jaillir quelques-uns de ces faits éclatans qui portent la lumière sur ce qui est obscur, rangent sous les lois générales , ce qui paraissait en être une exception.

288. Cette attente ne fut pas trompée. Young avait établi, vers 1801, un principe qui , envisagé comme loi physique, est d'une beauté, d'une simplicité, d'une étendue d'applications qui n'a pas d'égale. Considérant la manière dont les vibrations de deux sons de musique, qui arrivent simultanément à l'oreille , affectent cet organe, et produisent une impression de son ou de silence suivant qu'ils coïncident ou sont opposés dans leurs effets; il pensa que la même chose devait avoir lieu pourlalumière, si la théorie, qui l'assimile au son, est fondée. Il conclut , en conséquence , que de deux rayons qui émanent du même corps, s'échappent au même instant, et arrivent au même point par des routes différentes , l'un doit renforcer ou détruire en totalité ou en partie les effets que l'autre produit, suivant que le trajet qu'ils

266 DISCOURS SUR l'étude

ont parcouru est pjus ou moins long : que deux lumières puissent se combiner dans quelques circonstances, de manière à produire de l'obscurité, c'est une chose qui semble étrange , et qui est cependant littéralement vraie. Elle a même été depuis long-temps constatée par Grimaldi comme un fait singulier, et dont on ne peut rendre compte. Les expériences de Young qui ont établi ce principe, qui est connu en optique sous le nom d'interférence des rayons de lumière , sont aussi simples, aussi satisfesantes que le principe lui-même est beau ; mais les déductions qui le mettent hors de doute , comme tiré de l'explication qu'elles donnent de phénomènes qui semblent avoir si peu de rapport avec eux , le sont plus encore. Les couleurs des couches minces de Newton furent les premiers phénomènes dont l'auteur chercha à rendre compte, à l'aide de son principe; le succès fut complet. Il l'appliqua à ceux de la diffraction, dont un habile géomètre français, Fresnel, a aussi donné une explication convenable, même pour les cas que l'hypothèse de Newton semblait hors d'état de résoudre.

289. Une simple et belle expérience , faite par Arago et Fresnel sur les interférences de la lumière polarisée, mit ces savans à même d'étendre la loi de Young aux couleurs que produisent les lames cristallisées sur un rayon de lumière polarisée. Ils trouvèrent ainsi la clé des difficultés qui compliquent ces magnifiques phénomènes. Il ne manquait plus maintenant , pour établir une

DE LA. PHILOSOPHIE NATURELLE. '2t)7

théorie rationnelle de la double réfraction , que de trouver une hypothèse à l'aide de laquelle on put concevoir que la lumière se propage à travers le milieu élastique qu'on suppose la transmettre , d'une manière qui ne fût en contradiction ni avec les faits ni avec les lois générales de la dynamique. Cette idée essentielle , sans laquelle on n'eût rien fondé que d'incomplet, fut fournie par Young. Ce savant déclara , avec une sagacité qui eût fait honneur à Newton lui-même, que, pour adapter la doctrine d'Huyghens aux phénomènes de la polarisation, il fallait admettre que la propagation de l'impulsion du rayon lumineux à travers réther s'opérait d'une manière différente de celle dont lin rayon sonore se transmet dans l'air. Dans le dernier cas, les molécules d'air avancent et reculent, dans le premier, il faut supposer que l'éther éprouve des oscillations latérales.

290. Fresnel partit de cette idée , et réussit à établir une théorie de la polarisation et de la double réfraction si heureuse par la manière dont elle se plie aux faits , dont elle coïncide avec les résultats d'expérience auxquels on n'arrive que par l'analyse la plus délicate , qu'il est difficile de ne pas l'admettre pour véritable , si elle ne l'est pas. Elle présente au moins le système le mieux conçu que la science puisse offrir. Quoi qu'il en soit, du reste , tant qu'elle servira à grouper les faits les plus nombreux et les plus variés ; qu'elle permettra de chercher des analogies, de déduire des rapports, quelle que soit l'hypothèse sur laquelle elle

268 DISCOURS SUR l'étude

est basée, quelles que soient les présomptions que l'on pourra faire valoir sur la structure et le mode d'action, on l'envisagera toujours comme une conception qui tend à agrandir nos connaissances.

291. Il y a plus; il n'est pas impossible que la théorie de Newton, si on la combine avec celle d'Huyghens , ne conduise à quelque explication plausible de phénomènes dont elle ne peut encore assigner la cause. M. Biot pense que les molécules de lumière sont animées, ainsi que nous l'avons dit , d'un mouvement de rotation autour de leur axe. Il n'a fait usage de cette supposition que dans des limites très-bornées ; mais elle pourrait s'étendre, et , si l'on admettait seulement l'émission régulière de particules lumineuses à des intervalles de temps égaux , dans des états de mouvement semblables , à partir du point d'émission, ce qui n'est pas se mettre trop au large , on aurait une explication plausible de tous les phénomènes de l'interférence de la lumière , sans recourir à réther.

292. L'examen optique des substances cristallisées nous fournit un nouvel exemple de l'appui que les sciences se prêtent dans leur marche. Les infatigables recherches de Brevsster et autres ont montré que tous les phénomènes dus à la polarisation de la lumière, dans son passage à travers les substances cristallisées , fournissent des données précieuses sur la structure des cristaux eux-mêmes, et forment ainsi un des caractères les plus utiles pour s'assurer de leur organisation interne.

DE LA PHIIiOSOPHIE NATURELLE. 269

C'est Newton qui , le premier, indiqua de quelle importance pouvait devenir, comme caractère physique, comme indice d'autres propriétés , l'action d'un corps sur la lumière. Mais les données fournies parla polarisation comme moyen de recherches expérimentales, sont plus graves, plus importantes ; on peut dire qu'elles nous ont dotés d'une espèce de sens intellectuel qui nous met à même de scruter les dispositions de ces admirables structures que la nature élève avec une délicatesse qui échappe à nos conceptions, une symétrie et une beauté qui excitent toujours l'admiration. L'optique n'est pas moins utile, sous ce point de vue , à la minéralogie, à la cristallographie, qu'elle ne l'a été à l'astronomie par l'invention du télescope , à l'histoire naturelle par celle du microscope. Les rapports qu'on a découverts entre les propriétés optiques des corps et leurs formes cristallines , leurs propriétés chimiques ont fourni de beaux , de nombreux exemples des lois générales qu'on a établies à l'aide d'une induction laborieuse et pénible. Elles fournissent une nouvelle preuve de la simplicité de la nature qui se manifeste lentement à travers une masse confuse de faits particuliers dans lesquels on n'entrevoyait d'abord ni ordre ni liaison.