DE LA LUMIÈRE NON POLARISÉE

SL. — Introduction.

Sommaire. — Les corps sont classés en opaques et en lumineux par eux mêmes. — Les corps opaques deviennent lumineux en présence d’un corps lumineux. — Les corps opaques interceptént la lumière. — La lumière se transmet en ligne droite, — dans toutes les directions , — et de chaque point physique «d’une surface Iumineuse. — Vitesse de Ja lumière. — Aberralion de la lumière, — La vitesse de la lumière est constante ; — elle est rendue appréciable par des comparaisons.

1. — Nous nous proposons , dans cet ouvrage, d’exposer les propriétés de la lumière, lés lois physico-mathématiques qui règlent sa direction, son intensité, son état de polarisation, sa coloration, les interférences de ses rayons; de faire connaître les théories que l’on a imaginées pour rendre compte des phénomènes brillants, mais souvent compliqués, de l’optique ; d’exposer les lois de la vision, et le parti qu’en a su tirer le génie du physicien et de l'artiste pour perfec-

tionner l'organe de la vue, et nous faire apercevoir et mesurer des objets qui, par leur éloignement ou leur ténuité, auraient échappé à nos sens,

2. — La vue est le plus parfait de nos sens, celui quinous donne les notions les plus nombreuses ct les plus exactes, et dont l’exercice nous procure leplus de jouissances. En faisant abstraction de toute idée d'utilité, la seule perception de la lumière est en elle-même une source de plaisirs. Nous pourrions citer l’exemple d’une foule d'individus, privés dès l’en-

fance de l’usage de leurs yeux par une infirmité uaturelle,

chez qui la sensation de plaisir la plus vive élait produite par la faible lueur que les rayons du soleil faisaient pénétrer dans leur organe imparfait. Mais si nous joignons à cette simple perception de la clarté celle des formes et dumouvement, si nous songeons à la richesse et à la variété étonnante des couleurs, et à l'espèce d’ubiquité dont nous sommes doués par l’appréciation exacte des situations et des distances, nous

devons être pénétrés d'admiration et de reconnaissance.

5. — Par quel mécanisme jouissons-nous de cet avaniage inestimable ? La curiosité seule nous porterait à cette recherche, si un intérêt plus direct ne nous engageail à nous y livrer.

Tel est le pouvoir de la science , que l’examen attentif des moyens par lesquels la vision s'opère dans notre œil a conduit les physiciens à la découverte des instruments qui augmentent la puissance de cet organe d’une manière extraordinaire, en donnant à l’homme le regard perçant de l'aigle et la finesse de vue de l’insecte. Par eux les infirmités de la vicillesse sont retardées ou diminuées ; bien plus, ils peuvent rendre la vue à celui qui l’a perdue, et faire jouir des douceurs de lalumière linfortuné qui en a été privé pendant des années ou même depuis sa naissance.

La nature nous offre une foule d’objets dont les uns échappeut à nos sens par leur extrême délicatesse, et les autres

surpassent notre imagination par leur grandeur.

C’est par suite des propriétés singulières que l’on découvre dans la lumière, suivant ses divers degrés de polarisation , que les idées du philosophe sur la constitution intime des corps ct la nature du monde matériel sont tout-à-fait distinctes et indépendantes des impressions de forme, de couleur, de distance, qu’elles font naître éhez le vulgaire.

Ces notions, à la vérité, s'adressent plutôt à l'intelligence qu'aux sens; mais elles n’en sont pas moins réelles ni moins dignes d'attention. Entre les mains du physicien, la lumière polarisée n’est pas seulement un moyen de voir, c’est un instrument à l’aide duquel il parvient à toucher, pour ainsi dire , les dernières molécules de la matière : il découvre et il étudie des forces et des lois dont il ne peut s’assurer que par cet unique moyen, et qui se rattachent aux recherches les plus importantes et les plus dificiles que présente l’étude de la nature.

4. — Les anciens croyaient que la vision se faisait par une espèce d’émanation partant de l’œil vers l’objet. S'il en était ainsi, il n’y aurait pas de raison pour que les objets ne fussent pas visibles dans l'obscurité. Il faut évidemment quelque chose de plus que la présence de l’objet pour qu’il frappe notre vue; il doit encore être dans un certain état que nous exprimons éu disant qu'il est lumineux. Parmi les corps de la nature, les uns possèdent par eux-mêmes la propricté d’exciter dans notre œil la sensation de la clarté: tels sont le soleil, les étoiles, une lampe, un fer rouge, etc. De tels corps sont dits lumineux par eux-rnémes ; mais cette classe est la moins nombreuse. Les autres restent invisibles dans l’obscurité, quoique nos yeux se dirigent directement vers eux, et ils sont en conséquence appelés obscurs , non lumineux, Où opaques, quoique ce mot soit encore employé quelquéfois pour exprimer le défaut de transparence, Tous les corps, cépendant, quoique non lumineux par eux-mêmes, et

incapables d’exciter quelque sensation dans notre œil, ac-° | quièrent celte facullé lorsqu'ils sont placés en présence d’an

corps lumineux par lui-même, Quand on apporte une lampe dans une chambre obscure, nous voyons non seulement la lampe, mais encore tous les corps qui l’entourent ; ils sont tous, aussi long-temps que la lampe reste dans la chambre, devenus lumineux, et capables de rendre tels à leur tour les autres Corps.

Ainsi, un rayon solaire introduit dans une chambre obscure rendra lumineuse et par conséquent visible une feuille de papier sur laquelle il' tombera , et celle-ci, à son tour, éclairera tout l’appartement, et reudra visibles tous les objets qui s’y trouveront, aussi long-temps qu’elle continuera à rece- - voir le rayon solaire. La lune et les planètes sont des corps opaques; mais la partie de ces astres qui se trouve éclairée par le soleil devient lumineuse à son tour, et produit les mêmes effets queles corps lumineux par eux-mêmes : par-là nous voyons que la transmission de la lumière ne se fait pas seulement entre les corps lumineux et nos yeux, mais encore entre les corps lumineux et les corps opaques , ou entre les corps

lumineux qui s’éclairent mutuellement.

5. — Plusieurs corps possèdent la propriété d’intercepter cette communication entre les corps lumineux et nos yeux ou les autres corps. Un écran métallique interposé: entre le soleil ét nos yeux nous empêche de voir cet astre; s’il est placé entre le soleil et une feuille de papier blanc ou un autre objet, i/ projetteraune ombre sur cet objet, c’est-à-dire qu’il le rendra non lumineux. Cette propriété des corps d’intercepter la lumière nous apprend que cette transmission se ‘fait en ligne droite. Nous ne pouvons voir à travers un tube métallique courbé, ni recevoir le moindre rayon de lumière à travers trois petits trous percés dans des plaques de métal placées les unes derrière les autres, à quelque distance que cesoit , à moins que les trous ne soient exactement en ligne droite. De plus, les ombres d’un corps, lorsqu'elles sont reçues sur des plans perpendiculaires à la direction des rayons émanés du corps lumineux, sont semblables à ‘la section du

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corps qui les produit ; ce qui ne saurait être si la lumière ne se transmettait en ligne droite entre les contours du corps et ceux de l’ombre. Nous énonçons cette loi en disant que la lumière est émanée, ray'onne ou se propage en ligne droite. Cependant on ne doit regarder ces locutions que comme l’expression d’un simple fait, sans rien préjuger sur la manière dont se fait cette émanation.

On observe encore que la lumière est émanée des corps lumineux dans toutes les directions, car nous les voyons toujours , quelle que soit la position de notre œil, pourvu qu'aucun obstacle ne se trouve interposé. Telle est la distinction essentielle entre un corps lumineux et des images optiques quine transmettent la lumière que dans de certaines directions , ainsi que nous le verrons bientôt. Nous examinerons plus loin si cette transmission a lieu avec une égale intensité dans toutes les directions.

6. — Ainsi la lumière rayonne de chaque point ( du moins de chaque point physique) d’un corps lumineux. On pourra peut-être regarder ceci comme une vérité triviale , car tous les points d’un corps lumineux d’où il n’émane point de lumière ( comme les taches du soleil) sont effectivement non lumineux, et le corps est seulement lumineux en partie: On n’aperçoit la forme d’une tache que parce qu’elle est la même que celle de la surface lumineuse qui J’entoure. Néanmoins cette forme se peint à notre esprit par des raisons que nous développerons plus loin en parlant de la formation des images.

Il est possible, et même probable, qu’une surface lumineuse, telle que celle de la flamme d’une chandelle, soit composée uniquement d’un nombre immense, mais limité, de points lumineux environnés d’espaces non lumineux. Mais la vue est impuissante pour s'assurer de la vérité de cette proposition; et nous nous contenterons de regarder chaque point

.physique d’une surface lumineuse comme une source spontanée êt indépendante de lumière, en nous rapportant au Lé-

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moignage de,nos sens. Nous pouvons grossir.dans un télescope l’image du soleil, et n’embrasser qu’une très petite portion du disque (abstraction faite des taches } sans quetla wisibilité de cette portion soit aucunement affaiblie par l’exclu: sion du reste. Dans ce sens notre proposition n’est pas une vérité triviale , mais un faitimportant dont.nous allons bientôt tracer les conséquences.

7. — Quand un rayon solaire; /passant-ätravérs un petit trou , est reçu sur un écran blanciplacé derrière àume grande distance, nous voyons: un cercle/lumineux qui's’élargit d'autant plus que l’écran s'éloigne davantage de l'ouverture; Si l’on mesure le diamètre de Pimage à ‘différentes distances du trou, on trouvera, énnégligeant quelques légères différences dont nous ne nous occupérons pas pour lé moment, que l’angle sous-tendu par l’image,et aboutissant au centre de l’ouverture, est constantiet égalau diametre apparent du soleil. La raison en est évidente. Lies rayons partis de chaque point de l’astre traversent/letrou ÿ et; continuent leur route en ligne droite jusqu’à ce qu’ils atteignent l’écran : ainsi chaque point du disque a sur l’écran son point correspondant ; le cercle qui se peint sur l’écran est réellement l’image ou la représentation. du soleil. On peut se convainere de la vérité de cette explication en faisant l’expérience pendant une éclipse de soleil : alors l’image, au lieu de paraître ronde , paraît échancrée'comme le soleil (1). De même, si l’on tient une carte dans laquelle on a percé un trou avec une épingle, entre une chandelle et un morceau de papier blanc placé dans une chambre obscure; on verra une représentation fidèle mais renversée de la flamme venir

(1) Pendant l’éclipse du 7 septembre 1820, cette forme échancrée se montrait d’une manière vraiment frappante dans les interstices lumineux laissés entre les ombres de petits objets irréguliers, comme les feuilles des arbres; etc. Ce fait fut remarqué par des personnes qui n’en saupconnaient pas même la cause,

se.peindre sur le papier »et:s’agrandir si l’on:éloigne davantage le papier de; la: carte. En plaçant un: écran blanc dans une chambre.obscure, à quelques! pieds d’une petite ouverture circulaire, on verra: les:objets extérieurs:se: projeter sur. l’écran avec leurs: formes et. leurs couleurs ; à l’état de mouvement ou de repos: (Voy.fig: 62)

Pour comprendre ceci, nous devons nous rappelerquetous les objets exposés à la lumière deviennent lumineux; que la lumière, rayonne.dechaque point physique: dans/toutes les directions, set.qu'’ainsi. chaque point;sur Vécran reçoiten même,temps la Jumière,de tous les; points de l'objet: On peut dire Ja même, ichose-de l'ouverture ;::mais la: lumière: qui y tombe la irayerse.et continue «sa march&en digne: droite : ainsi l’ouverture devient lessommet d’un-cône: qui s'étend dans les deuxsens, et quid’unepart.a pour base:l’objet et de l’autre l’écran. La section.de ce cône parle plan de Pécran est.limage que nous-voyons projetée, et qui doit nécessairement: être semblable à l’objet et, dans une situation

renversée, d'après les premières règles dela géométrie.

8..— Maintenant si dans notre écran qui recoit l'image du soleil nous perçons un autre petit trou, et quernous placions un nouvel écran, derrièreule premier, la lumière va traverser ce trou.et atteindre: le dernier écran 5»maislil est clair que les rayons,ne subiront pas unenouvélle divergence dans ce passage, et qu’ils ne peindront plus une nouvelle inage du. soleil entier, mais seulement de la petite portion du disque-correspondante: à la partie de lPimage qu'’occupait la surface du trou sur le premier écran, Les génératrices de la surface du cône divergeront, beaucoup.moins dans ce cas; ct, si les trous sont suffisamment petits et éloignés les uns des autres , elles approcheront de la ligne physique d’autant plus que les trous seront plus petits et à une plus grande distance les-uns des autres. ( Voy. fig. 7.) Si nous conceyons les trous réduits à de simples points physiques, ces lignes formeront ce

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que nous appelons des rayons de lumière. Mathématiquement parlant, un rayon de lumière.est une pyramide ayant pour sommet un point lumineux ; et pour base:une portion

infiniment petite. d’une surfacei éclairée par ce point et supposée couverte, par; cette émanation lumineuse, quelle que soit sa nature. Cétte pyramide, dans des:milieux homogènes, et quand la direction du rayon ne change point, a pour arètes des lignes droïtes, comme, nous l'ayons déjà vu. Dans les cas où le rayon ést infléchi, ou brisé, subitement dans sa marche;nous pouyons toujours :concevoinune-pyramide correspondante dont les arètes soient des courbes ou des lignes brisées; ou, pour abréger, nous substituerons à cette pyramide-des lignes purement, mathématiques, dipites , courbes ou brisées, suivant les circonstances.

g. — La lumière exige un;:certairitempspour sapropagation. Deux spectateurs-placésià des’distances différentes d’un

objet lumineux: que l’on découvriraittout à coup ne commenceraient point àle-voir dans le même instant mathématique; le plus proche.le verrait javant le plus éloigné :. de même que deux ‘personnes, placées à des distances inégales d’une arme à feu entendent le bruit,de l'explosion dans des moments différents: Pareillementun objet lumineux pourrait être éteint subitement, que le spectateur continuerait encore à le voir quelque temps après comme s’iln/avait pas cessé d’être lumineux, et ce tempsiserait d'autant plus long que le spectateurserait plus éloigné. T/intervalle dontnous parlons est cependant excessivement petit pour des distances telles qu’on les rencontre à la surface de la terre, et on peut même le regarder alors comme absolument insensible. Mais il n’en est pas de même pour l’immense étendue des régions célestes. Les éclipses et les émersions des satellites de Jupiter sont visibles beaucoup plus tôt (presqu’unquart d'heure) quand la terre est dans son plus grand voisinage de cet astre que lorsqu’elle s’en trouve le ples éloignée. J1 faut donc à la lumière

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un certain temps pour (traverser l'espace. Sa vitesse est finie, quoique immense, et égale près de 192,500 milles (69,244 lieues communes de France }par seconde.

Cette conséquence a été déduite, par le caleul, du phéno= mène dont nous venons! de parler: Cette excessive vitesse pourrait nous étonnér. ét nous porter à attribuer à une autré

cause la différence observée, si cette explication n'était pleinement confirmée par un autre phénomène astronomique , l’aberration de la lumière ; que nous allons essayer d’expliquer, sans entrer dans aucune discussion sur la manière dont se fait la/vision:

10. — Supposons qu'unrayon de lumière émané de l’étoile S (voy. fig. 1 ), assez éloignée pour que tous ses rayons puissent être regardés, comme parallèles, soit reçu sur un petit écran A ; au milieu duquel. est percée une très petite ouverture ; que dé plus cerayon, après avoir traversé cette ouverturé, soit reçu à unéicertaine distance AB sur un‘écran B, perpendiculaire-àtsa direction: INommons B le point d’incidence ; tout l'appareil étant supposé en repos: Si nous'concevons une droite qui joigne les points À et B, cette droite indiquera la direction que le rayon à réellement suivie , et dans laquelle se trouve l'étoile; l’angle entre cette direction et'une autre droite donnée de position, tel qu’un filà plomb par exemple, nous donnera le lieu de l'étoile par rapport à cette droite fixe. Pour plus de simplicité, nous supposerons cet angle égal à zéro , ou l'étoile exactement-dans la verticale. Alors le point B, où tombele rayon, sera marqué par la perpendiculaire abaissée du point A; et la direction dans laquelle nous jugerons que doit se trouver l’étoile sera précisément celle de la gravité : c’est là ce Qui arriverait si la terre; le spectateur et tout l'appareil, étaient en repos.

Si nous les supposons maintenant emportés dans l’espace dans une direction horizontale AC, B D, avec une vitesse uniforme et par conséquent insensible 6 le fil à plomb restera immobile, et coincidera toujours avec le même point de l’é-

cran, au moment où le rayon $S A traversera l’ouverture À, À ét B étant toujours les places respectives de l’ouverture et de $a projection orthogonale sur le second écran.

Quandile rayon aura traversé l'ouverture, ikcontinuera à suivre la direction, S A B comme auparayant , indépendamment du mouvement de l appareil ; et, après un temps égal à

distance À B

LR TTIIà Di Fe 14377 TTié vitesse de la lumiere “

il atteindra l’éeranbinférieur: Mais, pendant’ectemps, l’ouverture, les écraus’et:le filàplombi:auront| parcouru l’espace

ab: 4 Vitesse de translation

SUR vitesse de la terre ET visesse dela lumiere

A l'instant donc où ce rayon frappera l'écran infériéur,le fil à plomb ne sera plus suspendu/jentre A et B, mais'entre a.et 6. Et puisque a est louerture réelle: et B le véritable point d'incidence de la lumière sur L'écran, le spectateur, qui juge uniquement d’après ces deux points , sera naturellement porté à croire que le rayon a dévié de la: verticale, et s’est approché de la direction du mouvement de la terre:;,en faisant avec le-fil à plomb un angle dont la tangente

FNAC vilesse de la terre

ou ner AB vitesse de la lumiere

31. — Loi est un appareil semblable à celui que nous venons de décrire : sa rétine est l'écran sur lequel tombe la lumière de l’étoile ou du luminaire; et nous jugeons de leur posilion uniquement par le point de l’écran où l'impression se fait sentir dans ce moment. La pupille est l’ouverture. Si le corps entier était en mouvement avec une vilesse propor-

tionnée à eelle de la lumière, l'œit étant toujours dirigé dans

le même sens , la rétine aurait déjà changé deplace ivant que les rayons cussent'traversé l’espace qui la sépare de la pupille, et ‘letpoint'où-se produirait la sensation ne serait plus letmêème que si l'éil ét lé‘spectatedr fussent'restés en repos : c’est/celte déviation que on PREGIE Lace to de la lumière! a9} HA ess 89 € 1 D DEAR TOS EE: à :

12. — Chaque spectateur-sur la-terrerparticipe au mouvement général du globe, dont la grande vitesse de rotation annuelle autourdulsoleil ;:qifoiqueiloin:dégaler tcélle.désla lumière, n’est, pas péannioinéçcoiparativement insensible : de là vient que les étoiles, le soleil, les planètes, paraissent tous s’écarter de leur véritable position dans le sens du mou-

vement de la térre. :

15. — La direction delcemouvément changeant à chaque instant , puisque la terre décrit une orbite autour:du soleil; celle de’ cé déplaccniént äpparent des étoiles varie également, c’est-à-dire‘que leliét apparent dé chaque étoile décribune pelite orbite autour du lieu vrai : c’est à: ce phénomène que fait allusion le mot àbérration. Bradley remarqua le premier, comme un-faïtidont il ignorait encore la cause, que les'étoiles paraissent décriré dans le ciel de petites ellipses annuelles d'environ 40” de diametre. La découverte dela vilesse de la lumière parles éclipses des satellites de Jupiter, que Roemer venait de faire tout récemment, lui en donna bientôt l'explication. Des observations postérieures, spécialement celles de Brinkley et de Struve, nous ont mis en état d’assigner avec une grande précision la valeur numérique de cette inégalité, et d’en déduire la vitesse dela lumière, que cette méthode fait monter à 191,515 milles (66,890 lieues) par seconde ; résultat qui ne diffère de celui que nous avons donné précédemment que d’un deux-centième dé la valeur totale : le dernier chiffre est certainement préférable.