ONDES LUMINEUSES

appelé rétine. La rétine peut être excitée de différentes manières, qui toutes produisent la sensation de la lumière; elle peut, comme nous l’avons dit, être excitée par l’action mécanique et violente d’un coup donné sur l’œil.

Dans l’état de santé, l’œil ne saurait créer spontanément de lumière. Pour produire la vision, il faut que la rétine soit frappée par quelque chose venant du dehors. Quelle est cette chose? De façon ou d’autre, les corps lumineux peuvent agir sur la rétine — mais comment le font-ils?

On a longtemps supposé que ces corps émettaient, avec une rapidité inconcevable, une matière d’une ténuité également inconcevable, qui volait à travers l’espace, passait par les pores que l’on supposait exister dans les humeurs de l’œil, frappait la rétine au fond de l’œil, et, par ce choc, éveillait la sensation de la lumière.

Cette théorie, soutenue par les plus grands physiciens, et, entre autres, par Newton, permit d’expliquer un grand nombre des phénomènes de la lumière, mais elle ne put suffire à expliquer tous les phénomènes. A mesure que s’accroissaient l’habileté et les connaissances des expérimentateurs, des faits nombreux se révélaient que l’on ne peut expliquer qu’en admettant que la lumière est produite, non par des particules matérielles très-ténues, qui traversent l’espace et viennent frapper la rétine, mais par le choc de petites ondes sur la rétine.

Trempez le doigt dans une cuvette d’eau, et faites-le vibrer rapidement. Du centre de mouvement partent de petites ondulations qui sont propagées par l’eau, et qui finissent par venir frapper les bords de la cuvette. Ainsi le doigt qui vibre est une source de mouvement; l’eau est le milieu dans lequel ce mouvement se propage; et

enfin les bords de la cuvette reçoivent le choc des petites ondulations.

De même, selon la théorie des onde s lumineuses, la source de mouvement se trouve dans la vibration des atomes ou particules très-petites du corps lumineux; le milieu par lequel se transmet ce mouvement, est une substance que l’on suppose exister partout dans l’espace, ainsi que dans les humeurs de l’œil ; et enfin la rétine reçoit les chocs successifs des ondes. C’est à ces chocs que l’on attribue la sensation de la lumière.

Ici, nous nous trouvons presqu’uniquement en présence d’hypothèses. Nous n’avons jamais vu les atomes d’un corps lumieux, ni les mouvements de ces atomes. Nous n'avons jamais vu le milieu qui transmet ces mouvements, ni les ondulations de ce milieu. Comment donc sommes-nous arrivés à en admettre l’existence?

Avant qu’une pareille conception pût véritablement prendre racine dans l’esprit humain, il était nécessaire que cet esprit fût instruit et préparé par l’observation et le calcul de mouvements ondulatoires ordinaires. Il fallait connaître le mode de formation et de propagation des ondes liquides et des ondes sonores. Surtout, il était indispensable de connaître l’action mutuelle des ondes qui traversent le même milieu. Avec ces connaissances, l’esprit était en état de saisir les points de ressemblance qui pouvaient se présenter entre l’action de la lumière et celle des ondes.

On remarqua donc un grand nombre de phénomènes optiques qui s’expliquaient de la manière la plus complète et la plus satisfaisante par le système des ondulations, et qu’aucun autre système ne pouvait expliquer. C’est parce qu’elle suffit à expliquer tous les phénomènes

de la lumière que la théorie des ondes est maintenant admise par tous les savants.

Qu’il me soit permis de faire ici une comparaison. Nous admettons que les silex taillés, que l’on a récemment trouvés en si grand nombre en Angleterre et dans d’autres pays, ont été taillés par des hommes; nous admettons également que les pyramides d’Égypte ont été construites par des hommes, parce que l’expérience nous apprend que des hommes seuls ont pu travailler ces silex ou construire de telles pyramides. De même, les phénomènes de la lumière nous font admettre l’existence des ondes lumineuses, parce que, autant que nous pouvons le savoir, aucune autre cause n’aurait pu produire ces phénomènes.

Des ondes calorifiques qui produisent la vapeur d'eau de notre atmosphère et qui fondent nos glaciers. — Voilà donc, d’une manière générale et avec les motifs sur lesquels elle se fonde, la conception d’après laquelle la lumière est regardée comme résultant d’un mouvement ondulatoire; mais il faut aller plus loin, et suivre cette conception dans quelques-uns de ses détails. Nous avons tous vu les ondes liquides, et nous savons qu’elles n’ont pas les mêmes dimensions : elles diffèrent à la fois en longueur et en hauteur. Si donc l’on nous dit que les atomes du soleil, et ceux de presque tous les autres corps lumineux, vibrent avec des vitesses différentes, et produisent des ondes de grandeurs différentes, notre expérience des ondes liquides nous permettra de nous former une idée assez nette du sens qu’il faut attacher à ces mots.

Comme nous l’avons déjà dit, nous n’avons jamais vu les ondes lumineuses, mais nous jugeons de leur exis-

tence, de leur position et de leur grandeur d’après leurs effets. C’est ainsi qu’on a pu en déterminer la longueur :

elle peut varier de gç qqq à gQQQQ de P ouce (de 8466 à

4233 dix millionièmes de millimètre).

Mais outre ces ondes qui produisent la lumière, le soleil fournit sans cesse une multitude d'ondes qui ne donnent pas de lumière. Les ondes les plus grandes auxquelles le soleil donne naissance, sont des ondes obscures, bien qu’elles possèdent la puissance calorifique la plus grande.

Un rayon de soleil ordinaire contient des ondes de toute espèce; mais l’on peut tamiser ce rayon de manière à en intercepter toute la lumière, et à laisser passer sans obstacle toute la chaleur obscure. En effet, nous connaissons des substances qui, pour ainsi dire, complètement opaques pour les ondes lumineuses, sont d’une transparence presque parfaite pour les autres. D’un autre côté l’on peut, à l’aide de substances convenablement choisies, intercepter presque entièrement les ondes purement calorifiques, et laisser passer librement les ondes purement lumineuses. Néanmoins, cette dernière séparation n’est pas aussi complète que la première.

Nous apprendrons tout à l’heure à détacher les ondes d'une espèce de celles de l’autre, et à démontrer que des ondes capables d’enflammer des corps, de fondre des métaux ou de produire des brûlures comme le ferait un solide à une température élevée, peuvent exister dans un endroit parfaitement obscur

Supposons donc que nous interceptions d'abord les grandes ondes calorifiques, pour ne laisser passer que les ondes lumineuses. Ces dernières peuvent être con-

centrées à l’aide de lentilles convenables, et projetées sur une masse d’eau sans l’échauffer d’une manière appréciable. Interceptons maintenant les ondes lumineuses, et concentrons de même les grandes ondes calorifiques; elles pourront faire bouillir l’eau presque instantanément.

C’est là le point où je voulais vous amener, et que je n’aurais pu vous faire comprendre sans cette explication préliminaire. Vous voyez maintenant le rôle important que jouent dans le travail de l’évaporation ces grandes ondes obscures. Lorsqu’elles pénètrent dans les mers, les lacs et les rivières, elles sont arrêtées dans le voisinage de la surface des eaux, et en élèvent la température de manière à en déterminer l’évaporation ; en même temps, les ondes lumineuses pénètrent à de grandes profondeurs sans échauffer sensiblement les couches d'eau qu’elles traversent. Ainsi l’évaporation est produite nonseulement par le feu du soleil, mais même par un élément particulier de ce feu, dont vous ne soupçonniez probablement pas même l’existence.

Mais allons plus loin. Ce sont ces mêmes ondes obscures qui, en tombant sur les glaciers des Alpes, fondent la glace et produisent tous les cours d’eau qui sortent des glaciers; car je vous démontrerai tout à l’heure que les ondes lumineuses, même au plus haut degré de concentration, ne sauraient fondre la gelée blanche la plus légère; à plus forte raison ne peuvent-elles pas déterminer les liquéfactions abondantes que nous observons sur les glaciers.

Ces grandes ondes obscures du soleil, aussi bien que les ondes calorifiques que produisent les corps chauds non lumineux, sont souvent désignées sous le nom de chaleur obscure ou invisible.

Tykdall. 2

Voilà bien un exemple de la liaison intime qui existe, dans le merveilleux système auquel nous doimons le nom de nature, entre des phénomènes en apparence étrangers l’un à l’autre. 11 est impossible d’étudier à fond un flocon de neige, sans être ramené pas à pas jusqu’à la constitution du soleil. Et il en est ainsi dans la nature entière : toutes ses parties sont dans un état de dépendance mutuelle, et l’étude complète de l’une quelconque d’entre elles entraînerait en réalité celle de toutes les autres.

La chaleur qui provient d’une source qui n’est pas portée au rouge , ne peut être concentrée de manière à produire les effets intenses dont nous venons de parler. Pour les obtenir, il faut employer la chaleur obscure d’un corps porté à l’état d’incandescence le plus élevé possible. Le soleil est dans cet état, et, par conséquent, sa chaleur obscure convient pour les expériences de ce genre.

Mais dans l'atmosphère de Londres, et pour des expériences comme celles que nous avons en vue, les ondes calorifiques que donne le coke porté au rouge-blanc intense par un courant électrique, sont bien plus commodes que les ondes solaires. La lumière électrique présente aussi cet avantage, que ses rayons obscurs forment une plus grande partie de son rayonnement total que la chaleur obscure du soleil. En effet, la force ou l’énergie, s’il m'est permis de me servir de cette expression, des ondes obscures de la lumière électrique, est égale à au moins sept fois celle de ses ondes lumineuses. C'est donc de la lumière électrique que nous nous servirons pour nos déj monstrations expérimentales.

; Cette chambre est traversée par un rayon puissant do i lumière électrique, dont la trace est rendue visible par les atomes de poussière qui flottent dans l’air ; sans ces ato-

mes, le rayon serait invisible. 11 tombe sur un miroir concave (un miroir de verre étamé suffit), et ce miroir le concentre en un cône de rayons réfléchis ; le sommet lumineux de ce cône, qui est le foyer du miroir, se trouve à environ quinze pouces (38 centimètres) de la surface réfléchissante. Nous marquons exactement ce foyer.

Et maintenant, plaçons sur le trajet du rayon une substance qui intercepte complètement la lumière. C’est de l’iode , dissous dans le bisulfure de carbone. La lumière du foyer disparaît dès que la solution opaque se trouve placée 3ur le trajet du rayon. Mais cette solution laisse passer toutes les ondes obscures, et le foyer de ces ondes subsiste dans l’air de la chambre, après que le foyer lumineux a disparu. On peut sentir avec la main la chaleur de ces ondes; on peut les recevoir sur un thermomètre qui en indique immédiatement l’existence; ou bien, ce qui vaut mieux encore, on peut les employer à produire un courant d’électricité qui fait dévier une longue aiguille aimantée. L’amplitude de la déviation donne la mesure de l’intensité de la chaleur.

Prenons maintenant une lampe plus puissante et un meilleur miroir, un miroir argenté à sa face antérieure, et ayant une distance focale moindre ; nous obtiendrons des résultats encore plus frappants. Comme tout à l’heure, le foyer est parfaitement visible, grâce aux atomes de poussière que la lumière vient éclairer. Nous tamiserons d’abord le rayon de manière à en intercepter les ondes obscures, et nous laisserons alors les ondes purement lumineuses agir avec leur plus grande puissance sur un peu de coton-poudre que nous mettrons au foyer.

L’effet est absolument nul : le coton-poudre pourrait rester une semaine au foyer lumineux sans prendre feu.

Cessons maintenant de tamiser le rayon, et laissons le agir sur le coton-poudre : nous obtenons une explosion immédiate . Cette expérience démontre que les ondes lumineuses ne peuvent enflammer le coton-poudre, tandis que celles du rayon à l’état naturel le font sur le champ ; nous pouvons donc en conclure que ce sont les ondes obscures qui déterminent réellement l’explosion.

Mais cette conclusion n’est que probable ; en effet, on pourrait dire que le mélange des ondes obscures et des ondes lumineuses est nécessaire pour obtenir ce résultat. Prenons donc notre solution opaque, pour isoler les ondes obscures et les concentrer sur le coton-poudre. L’explosion a lieu comme auparavant.

Ainsi ce sont les ondes obscures, et elles seules, qui agissent pour enflammer le coton-poudre.

Au même foyer obscur, nous portons au rouge-vif des feuilles de platine ; nous brûlons du zinc ; nous enflammons instantanément le papier; nous brûlons un fil de magnésium ; nous allumons un charbon placé dans un récipient plein d’oxygène ; nous allumons également dans 1 oxygène un diamant : il devient aussi brillant qu’une étoile, puis se consume peu à peu. Et, pendant tout ce temps, l’air qui est au foyer reste à la même température que dans le reste de ia chambre.

Pour isoler les ondes lumineuses, nous nous servons d’une solution limpide d’alun-, pour isoler les ondes obscures, nous employons la solution d’iode dont nous avons déjà parlé. Mais, nous l’avons déjà dit, l’alun ne fiiire pas aussi bien les rayons lumineux que l’iode, car il laisse passer une partie de la chaleur obscure.

Bien que les ondes lumineuses ne puissent, comme nous venons de le voir, enflammer le coton-poudre, elles

peuvent brûler un papier noir, ou même enflammer le coton-poudre préalablement noirci. Le coton blanc n’absorbe pas la lumière, et sans absorption il n’y a point élévation de température. Le coton noirci absorbe la lumière, il s’échauffe et fait explosion.

Au lieu d’une solution d’alun, nous prendrons pour notre prochaine expérience un vase d’eau pure, que la lumière traverse sans être absorbée. Au foyer se trouve une petite éprouvette qui contient aussi de l’eau : sur cette éprouvette se concentre toute la force de la lumière. L’eau n’est pas échauffée d’une manière appréciable par les ondes lumineuses concentrées. Nous ôtons maintenant le vase d’eau interposé entre le foyer et le miroir : il no se manifeste aucun changement dans le rayon lui-même, mais l’eau de l’éprouvette se met aussitôt à bouillir.

Puisque les ondes lumineuses ne produisent aucun effet calorifique, et que le rayon complet agit énergiquement, nous sommes en droit d’en conclure que c’est aux ondes obscures qu’appartient la puissance calorifique. Pour mieux justifier cette conclusion, servons-nous de notre filtre d’iode opaque. Si nous mettons cette solution sur le trajet du rayon, la lumière est complètement interceptée, mais l’eau se met à bouillir tout comme elle le faisait sous l’influence du rayon complet.

Notre conclusion était donc légitime.

Passons maintenant à la fusion de la glace. Sur la surface extérieure d’un flacon plein d'un mélange réfrigérant, nous obtenons une couche épaisse de gelée blanche. Après que le rayon a traversé un vase d’eau, ses ondes lumineuses sont concentrées sur la surface du flacon : pas une seule des petites aiguilles de glace ne fond. Nous enlevons le vase d’eau : en un instant on voit fondre une

plaque de gelée blanche un peu plus grande qu’une pièce de deux francs. Ainsi, puisque le rayon complet détermine la fusion de la glace, et que la partie lumineuse du rayon est impuissante, c’est aux ondes obscures que nous devons attribuer l’effet produit.

Comme vérification, nous pouvons, ainsi que dans le cas précédent, concentrer sur le flacon, les ondes obscures seules : la glace fond exactement comme sous l’influence du rayon complet.

Ces effets ressortiront d’une manière encore plus frappante, si nous noircissons, en y ajoutant un peu d'encre, le mélange réfrigérant du flacon. Dès que la mince couche de glace extérieure est fondue, la couleur noire du mélange réfrigérant tranche vivement sur la blancheur du reste de la surface. Si l’on noircit le flacon lui-même, et non le mélange réfrigérant, les ondes purement lumineuses, étant absorbées par le verre, l’échauffent ; le verre réagit sur la glace et la fait fondre. C’est pour cela qu’il vaut mieux noircir le mélange contenu dans le flacon, que le flacon lui-même.

Cette expérience démontre bien que ce sont les ondes obscures du soleil qui déterminent la fusion des neiges et des glaces des montagnes, et donnent ainsi naissance à tous les cours d'eau qui sortent des glaciers.

Certains écrivains semblent regarder la science comme une accumulation de faits, et, par suite, doutent de son efficacité comme exercice du raisonnement. Mais tout ce que nous venons de voir provient de la raison, appuyée, il est vrai, sur la base solide de l’observation et de l’expérience. Tel est aussi l’esprit dans lequel nous voulons poursuivre cette étude.