De Lacis \alura, Amsterdam, 1G

2. Cf. De LucisNalura, p. 29: « Sed lux, sonus, anima, odor, vis magnetica, quamvis incorpora, sunt lanien atiquid. Ut ilaque fafemur non posse moveri corpus nisi corpu.s pra?sens sit , ita vicissim censemus rcs incorporeas, sive ilko de potentiacorporis procédant, sive sua sponte subsistant, posse moveri in vacuo. »

sait passer par un second diaphragme, et constatait qu'après le diaphragme le rayon allait en s'élargissant comme il s'était élargi dans la première expérience. De là Grimaldi concluait d'abord qu'il existe un quatrième mode de propagation de la lumière, la propagation par diffraction, distinct des trois modes connus avant lui, la propagation directe, la propagation par réflexion et par réfraction^. Ensuite il montre que le concept classique du « rayon lumineux » est insuffisant. Ce concept peut servir dans les cas de propagation rectilignc, mais il est en défaut dans tous les cas où intervient la diffraction.

Si l'on veut comprendre ce dernier phénomène, il convient de se représenter la lumière comme un fluide « qui se meut extrêmement vite et parfois sous forme ondulatoire à travers les corps transparents-». Les alternances d'ombre et de lumière qui se produisent au voisinage d'une ouverture très petite sont de tous points comparables aux hauts et aux bas qui accompagnent la propagation des ondes liquides. La distinction des corps transparents et opaques se ramène à celle de corps as.sez poreux pour que la substance lumineuse puisse les traverser sans dévier sensiblement de la ligne droite, et de corps compacts qui rejettent la lumière sur le côté, conformément aux lois de la diffraction. La lumière se propage comme le son, mais en un temps imperceptible, non toutefois nul à la rigueur. Une preuve de la vitesse immense avec laquelle se propagent les ébranlements lumineux est la difficulté qu'il y a de les faire dévier de la ligne droite : la lumière se comporte comme un corps lancé avec une force très grande et qui tend spontanément à poursuivre sa course rectiligne. Mais c'est un corps qui ne ressemble pas aux autres, tant par son extrême ténuité, que par son mode de génération. La lumière n'est vraiment comparable qu'au son. Elle est produite comme lui par l'agitation rhythmique d'une substance, et vient frapper les organes des sens après avoir traversé un milieu invisible '■''.

Après Grimaldi, les théories de la lumière revinrent aux

1. V. Physico-Mathesis (le Lumine, Coloribus et Irlde, Bologne, 1665, p. 1.

2. Ibid. p. 12. Pro]). II. « Lumen videli!re.sse quid {luidumperquani colerrime et saltem aliquando etiam undulatim fusum par corpora diaphana. »

3. Pour la théorie des couleurs de Grimaldi, voir ce qui a été dit ch. viii, et aussi F. /{osenAe/-r/er, op. cit. p. 30-iJ;5.

explications mécaniques. L'idée dun fluide distinct de la matière, d'un éther luminifère, fut remplacée par celle d'un iluide matériel. A vrai dire, il ne faut pas croire qu'il y ait eu là un recul de l'optique. La conception extrêmement vague d'un éther lumineux analogue aux milieux sonores ne pouvait se développer utilement dans les conditions où se trouvait la science à cette époque. L'état d'enfance où était l'Acoustique, l'incertitude qui régnait en Hydrodynamique, empêchaient que la comparaison de la lumière avec les mouvements ondulatoires pût être tout de suite féconde. Il fallait attendre que les mouvements ondulatoires connus fussent étudiés, analysés, mis sous forme mathématique, pour qu'ils pussent donner lieu à des analogies précises. II fallait surtout attendre que les lois du pendule fussent découvertes, et qu'on y reconnût le type de tous les mouvements vibratoires. Or c'est seulement par les travaux de Newton que ce progrès devait être accompli. Il était utile qu'avant cela on risquât des comparaisons grossières soit entre la lumière et la matière proprement dite, soit entre la lumière et la matière subtile, remplissant les pores des corps ordinaires. En voulant faire du « milieu lumineux » un milieu identique aux autres, des théories comme celles de Ifooke et de Boy le préparèrent indirectement la voie aux théories abstraites de l'éther.

Hooke était partisan d'une théorie cinétique de la lumière. Dans ses Leçons sur la Puissance RestHutive *, il expliquait que le monde observable se compose exclusivement de deux réalités, la matière et le mouvement. Jusqu'ici llooke est cartésien et on pourrait le confondre avec un physicien comme RohaaU. Mais il ajoute presque aussitôt que le mouvement et la matière ne sont pas dans la relation de qualité à substance, qu'ils peuvent se remplacer l'un l'autre, et qu'au fond ils sont peut-être identiques. L'étendue des corps, leur impénétrabilité et leur énergie sont autant de formes de leur mouvement vibratoire. Il existe une matière extrêmement Une dans laquelle les corps nagent comme dans un fluide et qui leur donne la force et le mouvement. La distinction des corps a son fondement dans la ■différence des vibrations élémentaires qui caractérisent leurs

1. Lectures de Polentia Resliluliva (167S) insérées dans les Lectiones Calherianae or a collection of Lectures by Robert Hooke (1675).

particules. La lumière, comme tous les mouvements, est essentiellement ondulatoire. Elle a sa source dans l'ébranlement régulier d'un milieu uniforme {uniforme médium). Elle se propage par des pulsations ou ondulations simples et uniformes, d'ailleurs perpendiculaires à la direction de propagation. La réflexion, la réfraction et la coloration, sont dues à l'inégale orientation des vibrations correspondantes dans différents corps transparents. On voit que Hooke cherchait à concilier les théories régnantes du cartésianisme avec les vues si originales de Grimaldi. La théorie de la lumière est faite à la fois de l'idée que la lumière se propage dans un milieu purement matériel, comme le pensait Z)esc«r/es, et de l'idée que son mode de propagation est toujours le mode vibratoire, comme Grimaldi l'avait pressenti. En cherchant à montrer comment le mouvement en général, le mouvement lumineux en particulier, peuvent s'effectuer par ondes uniformes, Hooke ouvrait la voie aux hypothèses nouvelles qui, partant du caractère vibratoire de la lumière, admettent un milieu dont la seule délinition est d'être susceptible de vibrer.

De tous les précurseurs de Newton, celui qui a le plus fait pour préparer les théories de VOptique, c'est Robert Boyle, le contemporain et l'ami de Newton. Il n'y a pourtant dans les ouvrages de Boyle rien qui soit une allusion à la théorie de l'éther. L'œuvre de Boyle est purement négative. Elle consiste à faire voir l'insuffisance pratique de toutes les théories de la lumière émises avant lui. Dans ses Expériences et Considérations sur les Couleurs^, il critique successivement les théories d'Aristote, de Platon, de Descartes, etc. Les péripaléticiens ontcommis l'erreur de considérer les différentes couleurs comme des propriétés inhérentes à la matière, propriétés qui apj)artiennent aux corps dune manière latente même en l'absence de la lumière, et que la lumière a pour unique effet de manifester. Les Platoniciens attribuent les couleurs à une émanation de corpuscules incandescents, et les atomistes, choqués du néant de cette explication, cherchèrent l'origine de la lumière dans le choc des atomes. Les uns et les autres se sont trom-

1. Robert Beyle, op. varia. Genève, 1680. Expérimenta et comiderationes de colorihus et speciatim de naturel albedinis cum observalionibus de adain tenebris lucente.

pés, ainsi que l'ont fait voir les chimistes, en démontrant que les propriétés optiques des corps dépendent non seulement de leur mouvement, mais encore de leur nature chimique. L'hypothèse cartésienne est défectueuse elle aussi, car en attribuant les particularités de la lumière à l'inégale rotation des molécules, elle fait une supposition que rien ne légitime. A la place de ces différentes hypothèses, Boyle ne propose pas d'en substituer une nouvelle. Il faudrait pour le faire en connaissance de cause « savoir d'abord ce qu'est la lumière, si réellement elle est un corps, ou s'il ne faut pas l'appeler plutôt un mouvement des corps; si elle se propage avec une vitesse finie et par des rotations tourbillonnaires ». Ce sont là autant de questions que Boyle laisse irrésolues. L'esprit de prudence scientifique qu'il partage avec Newton l'empêche de feindre des hypothèses là oii il n'est point de vérification possible.

L'astronomie, ainsi que l'optique, avait suscité chez certains précurseurs de Newton une hypothèse voisine de celle de l'éther. Déjà Kepler avait attribué les actions planétaires à certaines émanations très fines issues des masses matérielles et se propageant à traversl'espace. Ces émanations sont distinctes de celles qui produisent la lumière et comparables plus exactement à celles que nous appelons « force magnétique ». Les unes et les autres sont d'ailleurs matérielles, et Kepler les décrit comme des tentacules très déliés s'étendant de la surface d'un corps à celle des corps environnants.

Bouilkm, en s'opposant à la conception de Kepler comme à une fiction inutile, était arrivé à celte conclusion que les révolutions des planètes peuvent s'opérer sans l'intervention d'un milieu. De même que le feu possède par lui-même la puissance de brûler, et que cette puissance s'exerce directement sans qu'il soit besoin d'un fluide intermédiaire, les planètes ont en elles-mêmes le principe de leur mouvement. Tout astre, par sa structure intime, possède une forme qui lui est propre, et les \ scholastiques avaient raison de faire appel à celte forme i)our expliquer, sans secours extérieurs, les mouvements apparents.

Plus voisin de Kepler que de Bouillau, le Florentin Borelll envisage l'hypothèse que les corps célestes sont reliés entre

^',0 L\ PniLOSOPHÎE BE SEWTON

€ux par des attaches matérielles. Cette hypothèse lui semble par certains côtés défectueuse, et il lui oppose l'hypothèse des •courants éthérés qui transportent autour du soleil les planètes nageant dans un océan d'éthcr. Mais cette conception ne le satisfait pas encore, et il lui préfère l'idée d'une attraction naturelle exercée sur tous les astres par le soleil. Nous voyons ici <listingués pour la première fois deux points de vue qui étaient ^auparavant confondus et dont l'opposition va être pour Newton une source de difilcultés sans fin. A partir de Borelli on ne pourra plus assimiler, sans explication préalable, l'action d'un .astre sur un autre, action produite par une force directe, et l'action d'un astre sur un milieu immatériel qui transmet des réactions à un autre astre. L'opposition de la théorie de léther et de la théorie des actions à distance a son origine dans les remarques de Borelli.

Hooke avait appliqué à l'astronomie comme à l'optique sa théorie des vibrations élémentaires. L'action de la terre sur les planètes comme laction des corps sur la lumière a son origine dans des mouvements vibratoires. Supposons que toutes les parties de la terre effectuent des vibrations très courtes et très rapides, toutes orientées vers le centre de la terre. Le globe terrestre dans son ensemble subira des contractions et des dilatations, qui se communiqueront d abord, sous forme de pulsions, à léther emprisonné dans la matière du globe et ensuite à léther ambiant '. De là des ondes sphériques progressives, qui s'étendront du centre de la terre à des distances aussi grandes qu'on voudra. Ce rayonnement se propage sans altération tant qu'il traverse les espaces vides. A la rencontre des masses matérielles, par exemple des planètes, il sera id)sorbé sous forme cinétique et donnera lieu aux mouvements qu'on attribue à la gravitation. On voit que par son astronomie, bien plus que par son optique, Hooke préparait la voie aux théories de 1 éther. Assurément, il laissait dans l'ombre la

1. Il est intéressant de comparer celle théorie de Iloo/ce à la tliéurie des « sphères puisantes » de Bjevknes (Cf. Rap|)orts du Congrès de Physique. Gaiithier-Villars. l'JOO). L'effort t(>nté par ce i)l)y.-<ici('n consiste à donner de la notion d'élher une interprétation hydrodynamiiiue et à montrer que les pulsations de sphères Infininient petites, plongées dans un fluide parfait, suffisent à rendre compte de la pr()|)agation de forces variant conmu" l'inverse du carré di; la distance et salisfai.sant d'ailleurs aux équations de lierz.

question de savoir si le milieu cosmique à travers lequel se communiquent les actions planétaires est matériel ou non. Malgré cela, en insistant sur le fait que la force d'attraction ne peut s'exercer à distance, qu'elle doit se propager dans un temps fini à travers un milieu partout répandu, Hooke allait plus loin que Borelli, et montrait que Ihypothèse de réther est rendue nécessaire par l'absurdité des actions à distance.,

II pourrait sembler, d'après ce qu'on vient de dire, que la théorie de l'éther se trouvait à l'état latent chez un grand nombre de précurseurs de Newton, et que celui-ci, dans la mesure où il s'en sert, n'avait qu'à l'emprunter soit aux physiciens, soit aux astronomes de son temps. Lorsqu'une idée a fait son chemin dans la science, nous avons une tendance excessive à ne voir, avant le moment où elle réussit, que les indices de son succès, de même qu'après la chute d'une hypothèse, nous trouvons partout les signes avant-coureurs de sa décadence. En réalité, l'évolution des idées scientitiques se fait d'une façon plus irrégulière. Les allusions à un éther cosmique, à un éther luminifère, qui nous frappent dans les ouvrages de Grimaldi ou de Hooke, demeurent en somme à l'état sporadique. Aucun des savants qui ont précédé Newton n'avait su donner à l'hypothèse de l'éther la forme positive qui lui convient, ni y rattacher des théorèmes systématiques.

Parcontre, la supposition d'un fluide répandu dune manière continue dans les espaces qui semblent vides, fluide qui servirait de substrat aux manifestations de la lumière et de la gravité, était directement contraire au système le plus répandu au XVII'' siècle, à la physique cartésienne. Il faut comprendre que le mécanisme cartésien, malgré les distinctions qu'il établit entre les différentes sortes de matière, était hostile par nature à 1 hypothèse de l'éther. Il est facile de s'en rendre compte, si l'on se rappelle comment Descartes introduit dans la science physique l'idée de la « matière subtile ». Son but est de découvrir des lois qui expliquent la commuiBcation des mouvements. Mais le mouvement, comme il a été dit, ne se transmet dans le système de Descartes que par le choc des corps. Descartes n'admettait pas d'autres mouvements que ceux dont est suscoplihle un solide pjirfait, c'est-à-dire des translations et des

rotations. Ces mouvements restent invariables tant que le corps est à labri des chocs. Au moment de la rencontre avec un autre corps, il se fait entre les masses un partage de mouvement régi par des lois cinématiqucs. Or le bon sens nous fait connaître journellement des mouvements qui ne sont ni des rotations ni des translations. Nous connaissons les déformations élastiques dont un corps mou est susceptible ; nous connaissons les dilatations continues que présente une barre de métal chauffée ; nous connaissons la propagation du son et celle de la lumière. Expliquer ces différents phénomènes, cela signifiait, aux yeux de Descartes, les ramener à une combinaison de chocs sopérant entre corps solides. Mais pour cela il est nécessaire de faire intervenir, à côté des solides qui tombent sous nos sens, d'autres particules ou molécules identiques aux solides parleurs propriétés, mais en différant par la petitesse de leurs dimensions.

De là cette matière subtile cartésienne dont la fausse analogie avec l'éthera pu frapper certains commentateurs. Elle s'en dislingue pourtant par deux traits essentiels. D'abord elle est discontinue par définition. Elle se compose d'éléments infinitésimaux, diversement figurés, mais isolés les uns des autres \ et ne pouvant avoir de relation entre eux, tout comme les corps finis, que parle choc. La matière subtile ne constitue donc pas, à proprement parler, un « milieu ». Elle nest pas le siège d'actions de contact se propageant d'une manière continue par un mécanisme sui generis On n'y constate que des actions mécaniques, identiques à celles de la matière vulgaire, et se transmettant d'instant en instant par une suite de chocs discontinus. C'est par le grand nombre de heurts réitérés que la matière subtile donne l'illusion de transformations continues. En réalité, pour un observateur dont les sens seraient beaucoup plus fins que les nôtres, elle présenterait un spectacle identi(jue à celui du monde mécanique : partout des translations et des rotations de solides invariables, jamais une dégradation continue des vitesses ou des efforts.

1. De nos jours, grâce aux progrès des mathématiques, et comme l'a fait voir M. II. Poincaré, il est devenu presque indifférent à la physique de faire appel à un fluide continu ou à un assemblage de molécules isolées. Il en était tout autrement à l'époque de Newton.

En second lieu, la matière subtile cartésienne ne sert jamais de véhicule à la force, mais seulement au « mouvement ». Il suffit de lire la théorie du magnétisme ou celle de la pesanteur, telle que la présentent les Principes, pour se convaincre que la matière subtile nest jamais conçue par Descartes que comme un engrenage cinématique. C'est parce que certaines parties grossières de la matière engrènent avec d'autres plus petites, celles-ci avec d'autres et ainsi de suite, qu'une transmission du « mouvement », c'est-à-dire de la vitesse, est possible dans l'univers. Mais dans cette transmission la matière subtile joue un rôle purement instrumental. C'est par elle que certains mouvements peuvent être augmentés ou diminués dans un rapport donné, c'est par elle que la quantité d'action émanée d'un centre matériel peut atteindre un autre centre matériel, mais jamais cette matière n'est le siège de forces, jamais elle ne produit par elle-même d'actions.

Les théories de l'éther supposent au contraire que le fluide hypothétique remplissant l'univers transmet non seulement le mouvement, mais la force. 11 y a plus, dans les théories modernes comme celle de Maxwell ou de Herz, c'est l'éther qui par ses tensions est la véritable source de l'énergie physique. Cette énergie se répartit ensuite à la surface des corps matériels ou pénètre à leur intérieur de façon à affecter nos sens. Il n'en est pas moins vrai que ces corps matériels ne sont pas la véritable origine de la force. Celle-ci préexiste dans un milieu invisible, sous forme potentielle ou virtuelle, et les corps visibles qui limitent ce milieu sont seulement une occasion pour elle de se manifester. En d'autres termes le rôle de l'éther n'est pas simplement de servir d'organe de transmission pour des propriétés cinématiques. Il est le réceptacle d'actions dynamiques, qu'il peut suivant les cas emmagasiner ou proj)ager. Assurément la théorie de l'éther n'a pu prendre dès le début la forme précise que lui donnent Maxwell ou Ilelmholtz. Mais dès le début elle s'est opposée au mécanisme superficiel de Descartes. 11 a été entendu que l'éther devait non seulement posséder la mobilité, mais l'énergie ([ui met les corj)S en mouvement. Pour rester lidèle au vocabulaire philosophique du xvii'= siècle, on dira (pie l'éther a été conçu dès d'abord comme la cause efficace des actions matérielles,

et non pas seulement comme leur cause instrumentale.

C'est pour celte raison que les Cartésiens sont demeurés obstinément hosliles à l'introduction dans la physique de iluides immatériels. Sur ce point ils étaient d'accord avec les Gassendisles, leurs ennemis ordinaires. Les uns et les autres se refusaient à admettre qu'en dehors de l'étendue ou des atomes put exister « quelque chose » d'objectif, un milieu où se propagent autrement que parle choc des actions physiques. C'est ainsi que Huygliens, et plus tard Bernouilli chercheront, même après le succès de la physique newtonienne, à revenir au choc des corpuscules comme à l'unique explication positive. Parmi lesatomistes, le géomètre Le'iage reprendra la tentative de Fatio de Duillers, et cherchera à déduire l'attraction newtonienne elle-même de la cinématique des corps solides. Leibniz et iVa/e6m«c/ie, à l'époque où écrit Newton, considèrent comme absurde l'hypothèse dun éther impondérable et veulent fonder sur la mécanique rationnelle tout ce que nous pouvons savoir de la physique. On voit que l'hypothèse de l'éthcr nétait pas, à l'époque de Newton, celle qui était le plus en faveur dans la science, et, même après que Newton aura expliqué dans quel sens on peut Tutibser, il restera des adversaires irréductibles qui se refuseront à suivre sa trace. Si Newton a fait dans sa physique une place restreinte, mais réelle, à la théorie de l'éther, ce n'est donc pas par imitation de ce qui se faisait autour de lui. Cela tient à ce que la physique atomistiquc présentait pour lui des vices irrémédiables, que le cartésianisme n'avait pas su éviter.

La théorie de Gaasendi comme celle de Descaries considèrele phénomène de la réflexion comme un cas particulier du choc des corps. Lorsque des corpuscules animés de mouvements extrêmement rapides rencontrent la surface d'un corps quelconque, deux phénomènes peuvent se produire. Ou bien les molécules incidentes seront assez petites et les pores de l'obstacle assez nombreux pour qu'il y ait passage des unes au travers des autres : c'est le cas de la réfraction ou de la transmission. Dans l'autre cas les ouvertures par où l;i lumière pourrait pénétrer sont trop rares ou trop étroites. Le rayon lumineux sera réfléchi par la réaction des particules solides contre lesquelles il vient se heurter. Dans les deux cas on i)eut se passer

de riiypothèse d'un milieu fluide uniformément répandu dans tout l'univers et qui serait le véritable lieu des perturbations lumineuses. Les lois mécaniques du choc suffisent à tout expliquer.

Newton réfute dans le second livre de l'Optique la théorie moléculaire de la réflexion ^ Cette théorie lui semble contraire au principe de continuité, lequel doit être observé en optique comme dans toutes les parties de la physique. D'abord, en ce qui concerne le pouvoir réflexif des corps, il est impossible de comprendre pourquoi le même corps est réfléchissant lorsqu'il est poli et non réfléchissant lorsqu'il est rugueux. Le nombre des corpuscules qui composent sa substance, la proportion relative des vides et des pleins, demeurent très sensiblement les mêmes. Pourtant dans le premier cas la lumière est totalement réfléchie, dans le second elle n'est diffusée qu'avec peine et le corps l'absorbe à peu près entièrement. Il est donc impossible que les chocs isolés de molécule à molécule soient la véritable cause de la réflexion. Il faut que la réflexion et la réfraction dépendent d'une action d'ensemble, d'une action demasse^ exercée par le corps réfléchissant sur le milieu qui propage la lumière. De plus les variations du pouvoir réflexif avec l'incidence sont incompatibles avec l'idée de la continuité si l'on se range aux hypothèses corpusculaires. « On ne peut arriver à feindre par l'imagination que la lumière tombant sous une certaine incidence rencontre dans l'air assez de passages pour permettre la transmission intégrale, alors que, sous une incidence différente, elle ne rencontre absolument plus que ses parties, solides et éprouve la réflexion totale-, m De quelque façon qu'on cherche à expliquer la propagation de la lumière en restant sur le terrain de Descaries ou de Gassendi, on arrive à mettre dans la nature une discontinuité inacceptable. Dans le cas de la

1. 11 importe de distinguer entre les théories moléculaires en général et la théorie de l'émission en particulier. Même à lépoque où Newton se rap|)r()che le plus des théories ondulatoires, nous verrons que la théorie de l'émission subsiste dans son Opticpie. Mais l'émission de particules lumineuses provenant des corps matériels laisse possible l'ébranlement continu du milieu, et est même concilia bie avec la propagation d'ondes i-Ihérécs. Au contraire, les théories molecidaires de Descartcs et des alomistes prétendent donner une explication intégrale par ie choc seul. C'est contre des théories de ce genre que s'élève Newton.