THÉORIE DE L'ÉMISSION

«iix, c'est une force répulsive qui s'exerce à partir de la surface ^'incidence, et qui tend à renvoyer loin de cette surface un cer- ^in nombre des particules dont se compose chaque rayon lumineux incident. Arrivées à une faible distance de la surface, ces psirlicules subissent l'action de cette force, et leur route, d'abord •'ectiligne, s'infléchit, décrit une courbe dont la convexité est tournée vers la surface réfléchissante, pour reprendre, à partir ^u point oii elle s'en approche le plus, une marche précisément iSTf métrique de la première moitié de la trajectoire (fig. 170)*. Sa j-cprésentant, en grandeur et en direction, la vitesse de la mo/ecule lumineuse

Fig. 170. — Théorie de la réflexion dans le système

de rémission.

41/ xiraoment où covaiûe jii d^e la sphère d'ac- ^ivilcS de la force répiilisi "^e, on peut dé- ^^^^^^ Ji> oser cette vitesse en €id^ -ux autres : l'une *^^^ ^ \^ arallèle à la surfaces ^ «l'est point altérée ; l'autre S;;, normale au plan de réflexion, est d i l'ectement opposée à la force répulsive, et par conséquent eilG ^cra détruite progressivement par elle. La molécule S va ^oxxc^ décrire une courbe SM en s'approchant de la surface jus- 4^^ ^^\i point M où la résultante de la composante normale et de \^ *^<^vce répulsive sera nulle. A partir de ce point, la compo- ^ ^^*-^ parallèle et la force répulsive réunies vont peu à peu V^^^^îre à la molécule lumineuse sa vitesse initiale : cette molé- ^^■^^ décrira en s'éloignant du plan réfléchissant une courbe ^^^étrique de SM, MS', de sorte (jue la direction nouvelle fera ^^'^c la normale un angle de réflexion précisément égal à Vangle d'incidence.

Quant à la réfraction, elle est due, dans le système de l'émis-

1. La composante normale Sjp de la molécule S est progressivement diminuée par Vin- 0ii€nce croissante de la force répulsive, tandis que la composante parallèle Sm reste invariable. En M la première est annulée; mais k partir de ce point la force répulsive restitue 0a s^ns contraire à la molécule sa vitesse normale. La loi de Tégalité des angles d'iuci- Jence et de réflexion s'explique par cette symétrie d'action de la force répulsive.

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blent être repoussées par le corps réflecteur, au lieu d'en attirées. »

e là la nécessité de faire une nouvelle hypothèse, suggérée

Heurs à Newton par le besoin d'expliquer d'autres phénc-

es, ceux des anneaux colorés dans les lames minces, phé-

ènes que nous décrirons bientôt. Cette hypothèse est celle

accès de facile transmission et des accès de facile réflexion.

5 consiste en ce que toute molécule lumineuse se trouve, pen-

t tout le cours de sa propagation, dans des dispositions

jrnativcs et périodiques. A chaque retour de l'une de ces

ositions, la molécule peut être aisément transmise; et dans

^ue intervalle, elle se trouve au contraire dans la disposi-

d'être aisément réfléchie^

n quoi consistent ces dispositions singulières, qui font que \^ mrm. tôt c'est la force répulsive, tantôt la force attractive qui agit

les molécules lumineuses au moment oii elles entrent dans \^ sphère d'activité de ces forces ()|)[)()sées, c'est sur quoi les ç-3i m* t isans du système de rémission et Newton lui-même ne se sc>i-E t pas expliqués d'une manière positive. Au reste, ce n'est pas \e lien d'exposer dans son intégrité une théorie qui a eu jusqu'au milieu du siècle actuel des partisans illustres et qui longlemj)s à suffi à rendre compte de presque tous les phénomènes de Ja lumière. Aujourd'hui, la théorie des ondulations a prévalu définitivement : les magnifiques travaux de notre grand Fresnel l'ont édifiée sur la solide base du calcul, appuyé lui- ^^ncxc^ par les vérifications expérimentales.

§ 5. THÉORIE DES ONDULxMIONS.

Oiï. fait ordinairement remonter jusqu'à Descartes l'origine du système des ondulations. Verdet, dans ses Leçons d'optique

*• . ^*^i la définition donnée par Newton dans son Traité (V optique : « Les retours de la disposmtion d'un rayon quelconque à être réfléchi, c'est ce que j'appellerai ses accès de facile »^^^f » Comme j'appellerai les retours de sa disposition à être transmis, ses accès de facile

transn^,

^*«o>i; et respace qui se trouve entre chaque retour et le retour suivant, je le nom- • '•^erra/te de tes accès. » (Traduction Caste,)

physique, combat cette assertion , qui a été surtout accréditée p Euler et qui est assurément erronée. Nous avons vu déjà, effet, que Descartes considérait la transmission de la lumiè comme instantanée. Le seul point commun entre la théorie dL ondes et celle de Descartes est l'hypothèse d*un milieu transmet la lumière; mais pour lui ce milieu est le pi absolu. Il regarde bien la lumière comme due à un certc^^ 5^ mouvement vibratoire des particules des corps, mais ce mou ment n'est pas transmis par des ondes successives ; c'est p Descaries l'origine d'une impulsion qui se communique à to^^^z^^ distance sans aucun intervalle de temps.

Bien que l'on retrouve quelque trace de la théorie des on lations dans les écrits de Léonard de Vinci, de Galilée, dans ouvrage d'Ango, en réalité c'est à Iluygens que revient l'honn de l'avoir véritablement fondée. Euler, Thomas Young et er Fresnel ont complété les vues d'IIuygens et établi sur des ba. inébranlables la véritable théorie de la lumière. Essayons (■ donner une idée.

Le premier principe sur lequel elle repose est l'exislem^ dans tout l'espace, dans ce qu'on nomme le vide interplanét ou intersidéral comme entre les molécules de tous les cor^ d'un fluide éminemment élastique qui a reçu le nom d'éth^ Dans le vide de toute matière pondérable, l'éther est répa d'une manière absolument uniforme, de sorte que sa densité est constante, et que son élasticité est la même dans tous sens. Au contraire, dans les milieux pondérables, c'est-à dans les corps solides, liquides, ou gazeux, il est possible la densité de l'éther soit différente de celle qu'il possède dan vide ; mais elle y est pareillement constante ainsi que son él ticité, si ces corj)s sont homogènes et non cristallisés. Dans cristaux dont la forme primitive n'est pas un polyèdre réguli l'élasticité varie suivant la direction.

Les sources lumineuses sont des corps dont les molécules trouvent (dans des conditions spéciales, telles qu'un cert degré de température, des combinaisons chimiques, etc.) a

re

rnées de mouvements vibratoires périodiques d'une excessive

j*apidité. Ces vibrations se communiquent à l'éther et s'y pro-

j:^agent sous la forme d'ondes qui sont sphcriques dans le vide

c^ 11 dans les milieux homogènes non cristallisés, mais qui peu-

-v^^nt affecter d'autres formes, être ellipsoïdales par exemple,

cï-^ns les milieux où l'élasticité de l'éther varie avec la direc-

f i'^Dn, comme dans certains cristaux.

Pendant qu'une molécule d'éther effectue une oscillation

plète correspondant à la vibration d'origine, son mouvement

llatoire se communique de proche en proche à une file de

m ^i>I Seules semblables situées dans la direction d'un rayon de la

s |> Wtm, o^re. Le temps nécessaire au mouvement d'aller et de retour

do lia. molécule éthérée est la durée de la vibration, et la dis-

taïTMC^cB à laquelle il s'est propagé pendant ce temps, c'est-à-dire

la distance entre deux molécules animées de la môme vitesse

d^ ^'ibration et dans la même phase oscillatoire, est ce qu'on

rtoxx^me la longueur d'ondulation ou la longueur d'onde. Enfin

la> 'Sterface de Vmde est l'ensemble des points où l'ébranlement

lu^iXTiineux arrive au même instant; elle est sphérique quand,

^a^rts le milieu où la lumière se propage, l'éther a la même

^'^^sticité dans tous les sens; à une grande distance de la

^^^^^i*ce, il est clair que la surface de l'onde peut être considérée

^^■^^^xine plane.

^ I-os ondes lumineuses et les ondes sonores présentent, à cer-

^^^^s points de vue, des analogies que les définitions qui pré-

^^ent font aisément découvrir : les unes et les autres sont

^^^s aux vibrations des molécules des sources de l'ébranlement ;

^ Vibrations étant isochrones, il en est de même des ondes,

»^^*Xt\^ elles viennent d'un son ou d'une lumière simple. L'onde

re se propage uniformément, comme les ondes lumineuses.

^ Aribralions sonores plus ou moins rapides produisent des

^ ^^^ dont la hauteur musicale va en croissant avec le nombre

*^ Ondes que l'oreille reçoit dans un même intervalle d'une

Onde. De même, il y a des ondes lumineuses dont la période

opposée , qui a liai par remporter. D'après cette théorie, les images qui se forment dans l'œil sont, au contraire, une éirziianation des objets. Platon essaya de concilier les deux théorf! es, en expliquant la vision par la rencontre des rayons partant de l'œil avec les rayons émanant de l'objet. » (Hœfer, Histoire dz la Physique.) En quoi consistait cette double émanation, et comment la sensation de la lumière pouvait-elle résulter d^ la rencontre de rayons qui se choquaient hors de l'œil? Il est b i^^^û difficile de se rendre compte de la pensée qui avait suggéré -^e telles hypothèses.

L'opinion d'Arislote n'est pas moins singulière. Ce gi»ai,-^d philosophe « expliquait la nature de la lumière en suppos^iKJil qu'il y a des corps transparents par eux-mêmes, par exempt ISe, l'air, l'eau, la glace, etc., c'est-à-dire des corps qui ont la j>mt^opriété de rendre visibles ceux qui sont derrière eux; lo^^v^îs comme dans la nuit nous ne voyons rien au travers de ces cor il ajoute qu'ils ne sont transparents que potentiellement ou puissance, et que dans le jour ils le deviennent réellement, actuellement; et d'autant qu'il n'y a que la présence de la 1 mière qui puisse réduire cette puissance en acte, il définit cette raison la lumière Vacte du corps transparent comme lel. 11 ajoute que la lumière n'est point le feu ni aucui- m^c autre chose corporelle qui rayonne du corps lumineux, et ^^ transmet à travers le feu, ou de quelque autre corps lumine'i*-^» au corps transparent. » [Encyclopédie.)

Il faut arriver jusqu'aux temps modernes, oii la métho ^^ d'observation expérimentale a été sérieusement inaugurée, po rencontrer, en ce qui touche la question posée en tête de chapitre, autre chose que des vues purement spéculatives, c'e^^^*" à-dire pour trouver des hypothèses véritablement scieiitifiqa Nous ne passerons pas en revue toutes celles qui ont été p posées; toutes d'ailleurs se ramènent plus ou moins à de théories principales : la théorie de V émission et celle des ùndiÊ^^' lations. Connnençons par l'exposé de la première, qu'on nomm^ aussi théorie de V émanation .

THfiORIE DE L'ÉMISSION. S73

g 2. THÉORIE DE l'ÉMISSIOH.

Suivant Newton, qui a le premier réduit en système la

IhE^^^rie de l'émission, la lumière serait formée de molécules

irm ^^m^ sérielles d'une excessive ténuité, que les sources lumineuses

éwrmnm sellent à tout instant, et qu'elles projettent dans l'espace avec

UMTi ^E^ vitesse uniforme : c'est le choc de ces projectiles sur la

rt^ C: m jie qui, ébranlant les nerfs optiques, déterminerait la sen-

s£^ «: j£on de la lumière. Ces particules, quand leur mouvement

1^* 2^ iiniène dans le voisinage des molécules des corps, sont sou-

"^ ^ ss.es à l'action de forces tantôt attractives, tantôt répulsives,

n^-^ *^ produisent : les forces attractives la réfraction et la ré-

"^^^^^ion intérieure, les forces répulsives la réflexion extérieure.

** ^^ a autant d'espèces de particules que de couleurs, et chaque

^^'*'^^ce est douée d'une réfrangibilité particulière.

'ensemble des particules successives qui suivent la même *-^*^^ droite forme ce qu'on nomme un rayon lumineux; mais

^^^^^ particules peuvent être séparées par de grands intervalles.

effet, l'impression sur la rétine dure environ 1/10 de seconde ;

txiïirait donc que 10 particules lumineuses vinssent en une

c^iîde frapper notre œil, pour que l'impression causée par l'une

1 les ne fut pas effacée avant l'arrivée de la seconde, ou, ce qui

^""i^nt au môme, pour qu'il y eut sensation continue : en les

l^l^^osant également espacées, elles se suivraient à!29800 kilo-

— ti^-es ou 7450 lieues de distance les unes des autres. En sup-

qu'elles se succèdent au nombre de 100 par seconde, il

rail encore de l'une à l'autre !2980 kilomètres d'intervalle.

n conçoit donc, dans cette hypothèse, comment les rayons

ineux émanés de sources diverses peuvent se croiser dans

î^ les sens, sans se faire obstacle. Mais il faut supposer à la

^se de chacune d'elles une valeur si petite, que l'imagination

^^^3 la peine à s'en faire l'idée. J. Ilerschel fait à ce propos la

paraison suivante : « Si une molécule de lumière, dit-il.

^^^5»5iil un seul grain (0^',065), son eflbt serait égal à celui d'un

boulet de canon de plus de 150 livres (56 kilogr.) animé d'un vitesse de 505 mètres par seconde. Quelle doit donc être cet ténuité, si des milliards de molécules rencontrées par des len tilles ou des miroirs n'ont jamais pu communiquer le moindr mouvement aux appareils les plus délicats imaginés exprè pour ces expériences ! » {Traité de la Lumièi'e, 1. 1.)

Nous venons de dire que, pour expliquer les phénomèn de la réflexion et de la réfraction de la lumière, Newton su posait que chaque molécule est, soit repoussée, soit attirée p les molécules des cor})S. I/intensilé de ces forces, qui s'exerce dans des sphères infiniment pelifes, est prodigieuse : on a ca culé qu'elle surpasse rinfensité de la pesanteur à la surfac de la Terre au point qu'il faudrait, pour en exprimer la valei en nombres, nuiltii)lier cette dernière intensité par un nomb formé du chilfre 2 suivi de 44 zéros.

Newton ayant considéré la lumière comme formée de parlu culestrès ténues, lancées dans l'espace avec une vitesse énorm on pourrait croire qu'il expliquait les phénomènes de la r flexion en les assimilant à ceux (pi'ou observe quand un cor élastique vient à choquer la surface d'un plan dur et poli ; dans ce cas, le corps est renvoyé, comme le rayon lumineuen faisant avec le plan un angle de réflexion égal à l'angle d'i cidence. Pour les partisans du système de l'émission, les cho& ne se passent point ainsi; les molécules lumineuses n'ar vent pas jusqu'au contact des corj>s qui les r('fléchissent\ Sel

1 . En effet, Nowlon avait dû supjuisor que ces molécules sont d'une ténuité exccssi afin de faire conipnMuke conniit^nt elles peuvent traverser librement les musses des transparents, conmient encore elles peuvent venir à chaque instant frapper les membnfe. si délicates de nos yeux sans les déchirer. Comparativement aux dimensions des parlicu la lumière, les inégalités de la surface des coips les mi<Mix |)olis, les poussières qui scrv^ ^ à les polir en abattant b\s j»lus f«>rtes aspérités, sont des masses considérables. Dès lors, s;* lumière se réiléchissait à la façon des ccups élastiques, en touchant réellement la surface miroir, les molécules huniiieuses s«Maient détournées dans tous les sens par les aspéi^ de celte surface, et, connue le disait liiot, « la réllexion sur les coi*j)s les mieux polis notre art ne devrait guère être moins grossière que sur les corps les plus raboteux, puisque, au contraire, elle y est incomparablement jdus abondante, plus régulière et parfaite, c'est une preuve que les choses ne se j)assent point connue dans la réflexion nique des corps élasticpies, et que les i)articules lumineuses qui se réÛéchissent n'arri pas jusqu'au contact des cor]>s. »