L'OPTIQUE ET L'ÉLECTRICITÉ

La lumière et l'électricité sont restées longtemps deux domaines entièrement distincts. Le génie du grand physicien anglais Maxwell sut établir un rapprochement entre ces deux régions de la science. Maxwell repousse, comme Faraday, toute action à distance. Pour lui, tout corps électrique ou magnétique agit seulement sur les parties qui l'avoisinent immédiatement d'un milieu remplissant l'espace; ces actions se transmettent de proche en proche jusqu'à un autre corps. Dans cette théorie, les iso-

lants ou diélectiques jouent un r61e prépondérant ; ils sont pénétrés par un fluide élastique hypothétique, analogue à Téther, qui, en optique, transmet les radiations lumineuses. Maxwell est amené ainsi à étudier comment se propagent les perturbations provenant des variations périodiques d'un champ magnétique. En s'appuyant sur les lois connues de Télectricité et du magnétisme, et sur quelques hypothèses complémentaires, il trouve que les perturbations électromagnétiques doivent se propager avec une vitesse égale au rapport des unités absolues électrostatique et électromagnétique, et Texpérience lui montre que cette vitesse est celle de la lumière. U est naturel alors de regarder comme identiques Téther et le fluide que l'on suppose présider aux actions électromagnétiques, et d'envisager la lumière comme un phénomène électromagnétique : résultant des perturbations d'un champ magnétique : c'est la théorie électromagnétique de la lumière. Dans cet ordre d'idées, une onde lumineuse est produite par une suite de courants alternatifs qui se propagent par induction dans le vide ou dans les diélectriques et qui changent de sens un nombre immense de fois par seconde. Nous ne pouvons, d'ailleurs, nous faire aucune idée du procédé par lequel est entretenue, dans un corps lumineux, cette perturbation magnétique excessivement rapide.

Les vues géniales de Maxwell devaient conserver longtemps un caractère hypothétique; dans aucune expérience, on n'avait jamais mis en évidence la propagation d'une onde électromagnétique. C'est en

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1888 que le physicien Hertz réalisa les expériences, à jamais mémorables, sur la propagation des ondes appelées aujourd'hui ondes hertziennes, en utilisant les décharges oscillantes d'un condensateur comme source de courants alternatifs à périodes extrêmement courtes. Depuis Hertz, de nombreux expérimentateurs ont apporté d'importants perfectionnements à ses méthodes. Il est d'un grand intérêt d'obtenir des longueurs d^onde les plus courtes possible dans une perturbation électromagnétique. On est arrivé à des longueurs d'onde de 2 millimètres, ce qui correspond à 150 milliards de vibrations par seconde. Nous sommes encore loin du nombre de vibrations correspondant aux rayons du spectre visible; il suffirait cependant de multiplier le nombre précédent par 13.000 pour obtenir un nombre de vibrations impressionnant la rétine et correspondant à la couleur orangée du spectre. En multipliant par 30, on rejoindrait à peu près les radiations que nous avons rencontrées tout à l'heure en parlant du spectre infra-rouge.

On a élargi le nouveau champ d'études, pour voir si l'analogie entre les deux ordres de phénomènes électrique et optique se poursuivait. Ainsi est née une sorte d'optique des oscillations électriques, dans laquelle on a cherché à imiter avec les radiations électriques les phénomènes depuis longtemps connus pour les radiations lumineuses, les uns et les autres ne différant, au point de vue de Maxwell et de Hertz, que par la longueur des périodes. On doit s'attendre à ce que, plus la longueur d'onde des

oscillatioDs électriques sera petite, plus l'imitatioD sera satisfaite. Il en a bien été ainsi dans les nom* breuses expériences faites depuis vingt-cinq ans; interférences, réfraction et réflexion, diffraction,, double réfraction se retrouvent comme dans l'optique de la lumière. Dans les expériences électriques, les corps conducteurs et les électrolytes jouent, en général, le rôle des corps opaques en optique, et les corps isolants sont les analogues des corps transparents; ainsi, les métaux arrêtent comme un écran les ondulations électriques, au moins celles d'assez courtes périodes. Tous ces résultats paraissent confirmer l'identité entre les phénomènes lumineux et certains phénomènes électriques; ils sont d'une importance capitale pour la philosophie naturelle.

Nous avons donc, en résumé, pour la lumière^ deux théories : une théorie élastique et une théorie^ électrique. Ces théories apparaissent comme bien différentes dans leurs points de départ; cependant, si, du moins, nous nous bornons à un milieu diélec^ trique et non magnétique, les équations différentielles traduisant analytiquement les phénomènes sont identiques. Les grandeurs qui y figurent n'ont évidemment pas la même signification. Dans la théorie élastique, tel vecteur représentera la vitesse d'une molécule d'éther, tandis que, dans l'autre théorie, il représentera la force électrique. Pour employer le langage dont nous nous sommes servi dans le chapitre précédent, nous pouvons dire que nous avons là deux images différentes, et cet exemple vient à l'appui de ce que nous avancions.

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«ur la possibilité d'images diverses pour expliquer une même catégorie de phénomènes.

A uu point de vue purement électrique, on doit remarquer que les manifestations mises en jeu par les perturbations hertziennes sont très spéciales. Ainsi, les courants continus se propagent le long d'un fil d'une tout autre manière que les perturbations de périodes extrêmement courtes; ce n'est que pour celles-ci que la vitesse de transmission est égale à la vitesse de la lumière, comme le montrent les belles expériences de M. Blondlot. On ne peut dire que tous les phénomènes électriques puissent être regardés comme résultant des mouvements de réther.

Une application des perturbations hertziennes appelle aujourd'hui vivement l'attention, je veux parler de la télégraphie sans fil. Son point de départ a été une découverte faite par M. Branly : un tube renfermant de fines limailles métalliques est rendu conducteur quand on vient à produire dans son voisinage une ou plusieurs décharges électriques, et la limaille reprend sa résistance primitive quand on donne au tube une petite secousse. De la conductibilité intermittente des radio-conducteurs de M. Branly, MM. Marconi et Popof ont tiré la télégraphie sans fil, remarquable exemple, après tant d'autres, d'une application pratique, conséquence de spéculations, comme celles de Maxwell, dont le caractère, au début, avait été uniquement théorique. On peut dire de la télégraphie sans fil qu'elle est une télégraphie optique; seulement, les ondes, au

lieu d'être extrêmement courtes, ont les longueurs relativement considérables signalées plus haut.

Nous avons parlé, fplus haut, de Teffet Dôppler- Fizeau, qui constitue un changement apparept dans la longueur d'onde d'une source lumineuse en mouvement. On s'est préoccupé depuis longtemps de trouver des circonstances qui modifient réellement la longueur d'onde d'une source de lumière. Faraday espérait les trouver en faisant agir le magnétisme; dans son expérience classique, la direction de la vibration est modifiée, mais non sa lumière, et il en est de même dans les recherches relatives à la réflexion sur des métaux aimantés. La variation de la pression dans certaines vapeurs amène un changement dans la longueur d'onde. Quant au magnétisme, il était réservé à M. Zeemann d'établir d'une façon irréfutable, l'existence de son action directe sur l'émission lumineuse.

Les belles expériences de M. Zeemann nous intéressent ici d'autant plus que leurs résultats essentiels avaient été prévus par une théorie qui tend aufourd'hui à prendre une place considérable en optique et eq électricité, la théorie de M. Lorentz ; j'en dois dire quelques mots pour avoir passé en revue les idées théoriques essentielles développées récemment en optique et en électricité. Dans la théorie de M. Lorentz, l'électricité adhère à la matière et les phénomènes électriques sont dus à certaines petites particules matérielles très ténues et chargées d'électricité, se déplaçant dans Téther regardé comme immobile. Ces petits corps furent

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appelés électrons; en électricité, les mouvements des électrons expliquent les courants électrique» dans les conducteurs, résultat en accord avec les expériences de Rowland, qui a reconnu que le transport mécanique d'une charge électrostatique équivaut à un courant dirigé dans le sens du mouvement; dans les diélectriques, au contraire, les électrons ne peuvent s'écarter que peu de leurs positions d'équilibre. Pour la lumière, il existe dans chaque molécule rayonnante une ou plusieurs parties capables de vibrer autour d'une position moyenne; les électrons, ainsi vibrants, doivent donner lieu à des ondes électromagnétiques qui se propagent.

M. Lorentz a pu prévoir, dans le cas le plus simple, le phénomène observé ensuite par M. Zeemann, où le magnétisme agissant sur une source lumineuse monochromatique vient la modifier dans la durée de sa période et la polariser. D'après la théorie élémentaire, à la place d'une raie unique doivent apparaître, suivant la direction dans laquelle on observe, un doublet ou un triplet de raies. C'est ce qu'a montré l'expérience dans un grand nombre de cas; à la vérité, il y a parfois, comme l'ont trouvé MM. Cornu et Becquerel, un quadruplet, et les vues théoriques ont dû être un peu élargies, mais le phénomène de M. Zeemann n'en reste pas moins un mémorable exemple d'un fait d'une importance capitale annoncé d'abord par la théorie.

A un point de vue général, les idées de M.Lorentz^ appelleraient bien des réflexions. Au premier abord^

«lies ont quelque chose d'un peu singulier par la manière dont elles matérialisent l'électricité : la théorie de M. Lorentz est beaucoup plus que celle Kie Maxwell et Hertz une tentative d'explication mécanique, au sens où on croyait autrefois entendre ce mot. Elle explique certains phénomènes optiques dont ne rend pas compte l'autre théorie. Mais, pour le moment, il y a lieu de les conserver toutps deux; suivant les phénomènes, il est plus simple de s'adresser à l'une ou à l'autre. Pendant longtemps encore, dans cette physique de Téther, quand on tentera d'entrer dans le mécanisme des phénomènes, il sera utile d'avoir à sa disposition plusieurs systèmes de représentations. Nous reviendrons, d'ailleurs, plus loin sur cette notiop, si importante dans la physique moderne, des électrons.