PAR ÉMILE VERDET

La présente édition n'a pas seulement pour objet de réunir les écrits de Fresnel dispersés dans divers recueils (1>, dont quelquesuns sont devenus aujourd'hui d'un accès difficile; à ces œuvres déjà publiées et connues de tous ceux qui ont fait de la théorie de la lumière une élude tant soit peu approfondie, elle ajoute une série considérable de pièces inédites, que la mort prématurée

,J l^s Mémoires de l'Académie des de Genève, le Bulletin de la Société x iences, les Annales de chimie et de philomathique et le Bulletin de Féphyeique, la Bibliothèque universelle russac

*' Publication posthume d'après un manuscrit que l'auteur n'a pas pu revoir. — On a distingué par des crochets les mots suppléés ou douteux. (Voyei l'Avertissement ci-dessus.)

x INTIIODICTION.

de l'auteur ne lui a pas permis de faire imprimer lui-même, et que la piété' d'un frère a scrupuleusement recueillies el conservées, jusqu'au jour où le Gouvernement impérial a décidé que les Œuvres «le Fresnel seraient comprises dans la grande collection d'histoire scientifique nationale qui s'est ouverte par les Œuvres de Laplace et continuée par celles de Lavoisier w.

On peut être surpris de l'étendue de ces œuvres inédites, qui forment plus de la moitié de la présente édition; mais si Ton réfléchit aux principales circonstances de la vie de Fresnel, à la prodigieuse activité scientifique qu'il a déployée de 18 1 ô à 1 8 a 3 , aux travaux d'ingénieur et aux maladies qui ont rempli les quatre années suivantes, les dernières de sa vie, on comprendra que le temps lui ait manqué pour s'occuper de la publication de ses écrits, et qu'en dehors du Mémoire couronné en 1819 par l'Académie des sciences, et de l'article Lumière du Supplément à la Chimie de Thomson, il n'ait jamais fait imprimer lui-même que de courts extraits des Mémoires qu'il présentait à l'Académie des sciences, ou des éclaircissements, sur certains points de ces Mémoires, rendus nécessaires par les objections des partisans de l'ancienne doctrine. Quant aux Mémoires eux-mêmes qui contenaient l'exposé détaillé de ses découvertes, un très-petit nombre seulement a été mis au jour depuis sa mort, principalement par les soins d'Arago et de Biot : ce sont le Mémoire sur la double réfraction, inséré au tome VII des Mémoires de l'Académie des sciences; le Mémoire sur les modifications que la réflexion imprime à la lumière polarisée, retrouvé en i83o dans les papiers de Fourrier, el publié à la fois dans les Mémoires de l'Académie et dans les Annales de chimie et de physique; le Mémoire sur la réflexion de la lumière et le Mémoire sur la coloration des fluides homogènes, publiés

*' Voyex l'Avcrliiwcmcnt ci-dessus.

INTRODUCTION. xi

eo. 1866 dans les mêmes recueils par les soins de Biot, qui en avait emprunté les manuscrits à M. Lëonor Fresnel

Ce sont là, à vrai dire, les plus importantes des œuvres de Fresnel, et quiconque les a sérieusement étudiées ne trouvera aucune nouveauté essentielle dans les nombreux écrits qui paraissent ici pour la première fois. C'est au contraire dans ces pièces inédites seulement qu'on rencontre l'indication exacte du développement progressif des conceptions théoriques et des découvertes expérimentales «r qui forment aujourd'hui les bases fondamentales de 1 optique '3). n Elles rectiûent en bien des points les opinions qu on s'était formées sur la marche des travaux de Fresnel; elles éclairassent tout ce qui a rapport à l'influence directe et indirecte des travaux de Young et à la collaboration d'Arago; quelquefois même elles modifient la signification qu'on doit attacher à certaines recherches théoriques et en font mieux comprendre la véritable portée et le degré de certitude (3). Aussi croit-on ne pas faire une chose

1 Le passage suivant de la Note que Biot lut à cette occasion devant l'Académie des sciences, dans la séance du 9 mars 1 866 , fait connaître suffisamment l'histoire de ces manuscrits et en général de tous ceux qui sont aujourd'hui publiés pour la première fois :

* Fresnel, dit Biot, était un inventeur infatigable. Dans la voie qu'il s'était ouverte, un mémoire terminé devenait pour lui l'instrument indispensable de nouvelles recherches et de travaux ultérieurs. Il est naturel qu'il sentît le besoin de s'en conserver longtemps la possession, se bornant à prendre date par des extraits publiés. Lorsque la mort vint le saisir dans sa trop courte carrière, son frère, alors absorbé dans

le service des phares, auquel il venait d'être attaché, confia tous ses papiers scientifiques, et jusqu'à ses moindres notes, a Savary, leur ami commun, qui conserva ce précieux dépôt avec toute la fidélité de l'affection. Après le décès de Savary, ils furent recueillis encore . avec dos soins non moins scrupuleux, et remis aux mains de \L Léonor Fresnel, désormais fixé dans la capitale. L'est ainsi qu'ils se sont conservés complets , intacts, sans que la science ait rien à en regretter. -

<*> Voyei la letlre de M. de Senarmonl insérée dans l'Avertissement.

,! Voyez en particulier ce qui est dit ci-après à l'article X de la théorie de la double réfraction.

v„ INTRODUCTION

inutile en essayant de raconter, d'après ces précieux documents, l'histoire d'un des progrès les plus mémorables que la philosophie naturelle ait accomplis.

On établit facilement dans l'œuvre scientifique de Fresnel trois divisions principales, liées ensemble par une évidente dépendance logique, et correspondant assez exactement à l'ordre chronologique de ses divers travaux.

Dans une première série de recherches, Fresnel suppose simplement que la lumière est produite par des vibrations périodiques de durée très-courte, se propageant avec une vitesse immense qui varie d'un milieu à l'autre, et capables d'interférer, c'est-à-dire décoinposables d'une infinité de manières en demi-vibrations exactement contraires l'une à l'autre : sans rien spécifier sur la forme et l'orientation de ces vibrations, il épuise la suite des conséquences qui peuvent se déduire de ce postulatum fondamental , et c'est ainsi qu'il rend compte des lois de la diffraction et de la formation des ombres, de celles de la réflexion et de la réfraction, les ramenant toutes à dépendre du fécond principe des interférences. Ses raisonnements, en apparence restreints aux milieux uniréfringents, ont, pour qui sait les comprendre, une portée plus générale et sont applicables, sauf d'évidentes modifications dans les calculs, aux milieux où la vitesse de propagation n'est pas la même en tous sens, pourvu que la loi de cette vitesse soit connue. Ils ne sont pas moins indépendants d'une hypothèse sur la nature des vibrations lumineuses, dont Fresnel adopte le langage dans ses premiers écrits; comme tous ses devanciers et tous ses contemporains il admet qu'il n'y a dans ces milieux élastiques

(" On verra plus loin jusqu'à quel point il y aurait lieu d'excepter Young de cette assertion générale.

INTRODUCTION. xn.

d'autres vibrations que «les vibrations normales à la surface des ondes, accompagnées de dilatations et de condensations alternatives ; mais le fond de sa théorie est si peu lié avec cette niunière de s'exprimer, qu il n'a pas eu dans la suite un seul détail à y changer, lorsqu'il les a reproduits dans l'article Lumière du Supplément à la Chimie de Thomson, après avoir reconnu la différence essentielle qui existe entre les vibrations du son et celles delà lumière.

L'établissement de cette difl'éreoce, la démonstration du principe des vibrations transversales, l'étude des phénomènes qu'il suffit à expliquer, les conditions de l'interférence des rayons polarisés sont d'abord déterminés par des expériences aussi variées que rigoureuses; de ces conditions Fresnel dédui! que, dans la lumière polarisée, les vibrations sont parallèles à la surface des ondes, rectilignes et parallèles ou perpendiculaires au plan de polarisation. Comme toute espèce de lumière peut être obtenu»' par la combinaison de lumières polarisées dans divers plans, la généralité du principe des vibrations transversales esl complète, et, par une conséquence facile à apercevoir, tous les phénomènes qui dépendent du partage de la lumière entre les rayons réfléchis et les rayons réfractés et entre deux rayons réfractés différemment, et de la réunion ultérieure de ces rayons, sont ramenés aux lois mécaniques de la décomposition et de la composition des mouvements. La simplicité de cette théorie nouvelle contraste étrangement avec la complexité des hypothèses où les partisans du système de l'émission avaient à peine trouvé un semblant d'explication tles phénomènes; la confirmation expérimentale de l'infinie variété de ses conséquences est une seconde démonstration du principe de la transversalité des vibrations.

Enfin, après avoir ainsi défini la nature des vibrations lumineuses, Fresnel cherche à pénétrer le secret de leur origine, et

My INTRODUCTION.

tente de découvrir comment est constitué le milieu qui les propage, non-seulement en lui-même, mais en tant qu'il est modifié par les corps pondérables à l'intérieur desquels il est engagé. Les Mémoires sur la double réfraction, dont la série complète parait ici pour la première fois, sont l'œuvre principale de cette nouvelle tendance: mais on y doit aussi rattacher les dernières recherches sur la loi des modifications que la réflexion (ou la réfraction) imprime à la lumière polarisée, les travaux relatifs à la double réfraction particulière du cristal de roche et de certains fluides homogènes, l'explication de l'influence du mouvement de la terre sur les phénomènes d'optique, et enfin quelques indications sommaires sur la théorie de la dispersion et de l'absorption, jetées comme en passant dans plusieurs de ces Mémoires

On étudiera séparément ces 'trois groupes de recherches, en faisant précéder chaque étude d'une esquisse rapide des progrès que la science avait pu accomplir avant Fresnel.

Les devanciers de Fresnel n ont guère dépassé ce premier point de vue, où l'on considère la lumière comme un système d'ondes à

' Ces divisions correspondent à peu près, mais non tout à fait exactement, à la première, la seconde et la quatrième section de cette édition. Pour la commodité du lecteur, on a placé dans la deuxième section tous les Mémoires relatifs à la polarisation chromatique et à l-t réflexion de ia lumière , soit que Fresnel y développe simplement lescon- *équfnres du principe des vibrations transversales, soit qu'il essaye d'y re-

monter jusqu'aux causes mécaniques des phénomènes. L'article Limirrr du Supplément à la Chimie de Thomson, qui est comme un résumé des deux premières sections, joint à quelques pièces de controverse, u formé une troisième section; dans une cinquième et dernière section on a réuni des écrits d'impor taure très-inégale, où Fresnel a traité des sujets qui ne paraissent l'avoir occupé que d'une manière incidente.

INTRODUCTION. u

vibrations indéterminées, ou plutôt ils ont admis comme e'vident que ces ondes ne différaient des ondes sonores que par la période des vibrations et la vitesse de propagation. L'idée même d'ondulations et de vibrations périodiques ne s'est formée que par degrés. Le fondateur de la théorie, Huygbens n'a jamais

(|; Ni Hnyghens, ni aucun des auteurs qui, au xvh* siècle, out considéré la lumière comme un mouvement, ne présentent cette idée comme une invention personnelle; ils la traitent comme une de ces hypothèses courantes tjui n'appartiennent à personne, mais que chacun est tenu de discuter, il serait bien difficile d'ailleurs d'assigner le moment où cette hypothèse a été énoncée pour la première fois : on I a trou ve , à ce q u'il parait , dans les manuscrits de Léonard de V inci ( voyez Libri , Histoire des mathématique» m Italie, 1. 111, p. 43 en note), et il est à croire qu'elle est beaucoup plus ancienne ; si , dès l'origine de la philosophie grecque, le feu a été considéré tantôt comme une matière, tantôt comme un mouvement, ces deux explications ne pouvaient manquer d'être éteudues jus qu'à la lumière, qui est un des effets sensibles du feu. Mais le véritable fondateur de la théorie des ondes n'est pas l'alchimiste ou le scolastique chez qui l'on parviendra à en découvrir le premier aperçu plus ou moins explicite; ce titre devra toujours appartenir à celui qui , le premier, a su tirer un corps de doctrine scientifique de ce qui n'était avant lui qu'une vague hypothèse, et personne, à notre avis, ne pourra le disputer à Huyghens.

Descartes, qu'on» l'habitude de citer comme le premier inventeur avant Huyghens, ne considère pas ta lumière comme un mouvement propagé par ondes successives, mais comme une pression transmise instantanément par l'intermédiaire du second élément; il ne peut d'ailleurs de cette étrange notion déduire l'explication d'aucun phénomène : il ne sait que comparer la réflexion et la réfraction à la réflexion d'une bille qui rencontre un plan solide et à la déviation d'un projectile qui. Ira versant une surface résistante, comme celle d'une toile bien tendue, conserve la même vitesse de propagation parallèlement à cette surface, tandis que la com|K>sante normale de la vitesse est modiGée. Il est diflicile de concevoir comment Euler a pu trouver dan» «Mie vaine doctrine une première esquisse de la théorie des ondes, et comment l'assertion d'Euler a pu être répétée par tout le monde; Huyghens, qui probablement avait lu Descaries avec plus d'attention que ses successeurs, présente lui-même son propre système comme entièrement opposé au système cartésien. (Voyei le Traité de la lumière, ch. i". )

Young et Arago ont souvent cité Hooke a côté de Huyghens, comme un des fondateurs de la théorie des ondes.

xvi INTRODUCTION.

égard dans ses raisonnements qu a Tonde produite par une impulsion unique des molécules du centre lumineux; il la conçoit bien précédée et suivie d'ondes pareilles se propageant avec la même vitesse et douées des mômes propriétés, mais comme il ne suppose pas qu'il y ait aucune relation générale entre les mouvements de ces ondes successives il n'en combine jamais les effets, et en particulier la notion de l'interférence constante de deux ondulations qui apporteraient sans cesse en un même point

et lui ont même attribué la découverte «lu principe des interférences. Il est bien vrai que llooke définit la lumière comme « un mouvement rapide de vibrations de très-petite amplitude,-» a mocrtnent quiet* , vibratile, of extrême shortness. (Sficrographia, p. 55.) Mais ce mouvement aurait, suivant lui, l'inconcevable propriété de se propager instantanément à toute distance et ne différerait guère par conséquent de la pression de Descaries, llooke revient sans cesse sur cette notion d'une propagation instantanée; il essaye même dans ses Lecture* on l.ight (p. 76 des Œuvres posthumes) de réfuter, par des objections aussi vagues que peu concluantes, les conséquences que Rœmer a tirées de l'observation des satellites de Jupiter. Il est bien évident que l'idée d'une propagation instantanée est incompatible avec celle des interférences, et en effet, si on lit awc attention l'explication des anneaux colorés, où I on a voulu trouver le {ferme de la grande découverte de Voung {Micrographie, p. 64), on n'y reconnaît que le développement d'une théorie des couleurs asser analogue

à celle que plus tard Goethe a vainement tenté de substituer à la théorie de Newton.

Le seul auteur qu'on puisse raisonnablement mentionner comme un devancier d'Huygbens est le jésuite Pardies , connu dans l'histoire de la philosophie par son Discours de la connaissance des bêtes, où il réfute l'opinion cartésienne. Le P. Pardies n'a rien publié luimême sur la théorie de la lumière:

mais Huyghens a vu ses manuscrits, et le jugemeut qu'il en porte dans son Traité de la lumière (p. 18) autorise à penser que les idées du P. Pardies ont été exactement reproduites par le P. Ango, dans son Optique, imprimée en 168a. Dans cet ouvrage, comme dans le Traité de la lumière, il n'est jamais question que d'ondes indépendantes, et les difficultés résultant de celte manière d'envisager les choses, que Huyghens n'a pas su résoudre entièrement, ne paraissent pas même être soupçonnées.

Il dit même précisément le contraire à la page tfi du Traité de la lumière.

INTRODUCTION. wn

des mouvements opposés l'un à l'autre, lui est absolument étrangère. De là une grande lacune dans sa théorie. Lorsque , considérant deux positions successives d une même onde, il cherche à faire voir (jue la deuxième onde résulte de la combinaison de toutes les ondes élémentaires qui ont pour centre les divers points de la première, il n'a pas de peine à établir que ces ondes élémentaires ont une enveloppe commune, qui est Tonde dont il s'agit , et qu'au delà de celle enveloppe il ne saurait y avoir de mouvement, mais il ne prouve pas d'une manière suffisante qu'à l'intérieur de cette enveloppe le mouvement soit insensible. Le lecteur admet volontiers que les ondes élémentaires doivent être constituées de manière que cetle condition soit satisfaite, parce qu'il est impossible que deux modes de raisonnement également légitimes conduisent à des conséquences contradictoires; mais cette justification indirecte lui fait défaut lorsque Huyghens traite de la même manière la réflexion et la réfraction, prenant, sans aulre démonstration, pour surface de l'onde réfléchie ou réfractée, l'enveloppe des ondes élémentaires qui ont pour centres les divers points de la surface réfléchissante ou réfringente La formation

(i; Hutghens se contente de dire que le mouvement qui peut exister sur chacune des ondes élémentaires ne peut être qu'infiniment faible par rapport à celui qui existe sur l'onde enveloppe -à la composition de laquelle toutes les -autres contribuent par la partie de -leur surface qui est la plus éloignée - du centre. » {Traité de la lumière , p. 1 8.) A l'inspection de la figure jointe à ce passage et des figures relatives à la réflexion et à la réfraction , l'assertion peut sembler évidente, mais en réalité ces ligures ne représentent que la com-

binaison d'ondes circulaires situées dans un même plan , et si à ces ondes circulaires on substitue par la pensée les ondes »i>hériques par lesquelles la lumière est propagée, on voit, en approfondissant le sujet, qu'à une distance finie de l'onde enveloppe, l'intensité des mouvements est moindre que sur l'enveloppe, mais non pas infiniment moindre.

Les expériences sur la combinaison des ondes liquides décrite dans la WelUnlehre des frères Weber, qu'on a quelquefois citées à l'appui du raisonnement incomplet de Huyghens, se rapportent à

xvin INTRODUCTION.

des ombres n'est pas expliquée dune manière plus satisfaisante. Néanmoins, malgré" toutes ces difficultés non résolues, en substituant une onde au point lumineux qui en est le centre et décomposant cette onde elle-même en une infinité d'éléments donl chacun agit à son tour comme un point lumineux, Huyghensa donné à ses successeurs la méthode féconde qui devait les conduire aux plus importantes découvertes, lorsque la notion de la périodicité des vibrations lumineuses leur serait devenue familière.

C'est comme une conséquence nécessaire des découvertes de Newton que cette idée s'est introduite dans la science La démonstration de l'hétérogénéité de l'agent lumineux conduisait en effet à distinguer divers modes d'ondulation caractéristiques des diverses couleurs, et le phénomène des anneaux colorés impliquait si évidemment le retour périodique de quelques affections des rayons lumineux, que Newton lui-même a dû admettre quelque chose de semblable (a). Le premier qui, moins sensible à l'autorité de Newton qu'aux difficultés de son système, oserait revenir à la théorie des ondulations, ne pouvait manquer de considérer les ondes lumineuses comme se succédant périodiquement à des intervalles réguliers, dépendant de la couleur, ou, ce qui revient au même, de la réfrangibililé de la lumière. Euler l'a fait, et, bien qu'il ait considéré la durée des vibrations tantôt comme croissant

des ondes qu'où peut regarder comme circulaires, car elles n'ébranlent le liquide que jusqu'à une bien petite profondeur.

{i) On en trouverait cependant quelques traces dans l'Optique d'Ango, mais sans aucune des conséquences qu'on en a déduites plus tard.

21 On sait mèW que Newton avait cherché à rendre compte du phénomène

par des vibratious propagées dans un milieu spécial appelé éther. qui contrariaient ou favorisaient la réflexion des molécules lumineuses sur la deuxième surface de la lame mince, suivant qu'elles tendaient à les pousser vers celte surface ou à les en écarter. (Voyez l'Optique de Newton, livre 11, 3* partie, proposition xn, et les questions xvn .

xxi et xxix à la suite de l'Optique.)

INTRODUCTION. m

et décroissant avec la réfrangibilité, tantôt comme variable en sens inverse bien qu'il ait donné de la plupart des phénomènes connus de son temps les explications les plus inexactes (2), il ne mérite pas moins de conserver dans l'histoire de l'optique une place éminente pour avoir dit d'une manière expresse que les ondulations lumineuses sont périodiques comme les vibrations sonores, et que la cause des différences de coloration est au fond la même que la cause des différences de tonalité.

Toutes les vibrations sonores qui résultent du libre jeu des forces élastiques d'un corps primitivement ébranlé sont décomposables d'une infinité de manières en deux demi-vibrations exactement contraires Tune à l'autre, de sorte qu'à deux époques séparées par une demi-vibration , et plus généralement par un nombre impair de demi-vibrations, les vitesses des molécules sont égales

" La première opinion e#t adoptée par Euier en suite d'une théorie tout à fait inexacte de la dispersion , dans la .Votw theoria lucù et colorum imprimée à Berlin en 176a ; la seconde se trouve daus la Nouvelle explication physique des couleurs engendrées par des surfaces extrêmement minces (Mémoire» de f Académie de Berlin pour 1756); mais elle n'est appuyée que sur une explication très-imparfaite des anneaux colorés.

* On sait, par exemple, qu'Euler expliquait la coloration des coq>s par des vibrations de leur matière qui seraient entretenues par l'excitation continuelle des vibrations lumineuses in-

cidentes, line autre erreur, qui n'est guère moins surprenante, est d'avoir supposé qu'un rayon de lumière consistait en des impulsions périodiques extrêmement courtes, séparées par des intervalles de repos relativement trèslongs. C'était suivant lui le seul moyen de concevoir comment une infinité de rayons de directions différentes peuvent traverser, sans se troubler, un trou de petit diamètre. Huyghens avait cependant donné du phénomène l'explication mécanique la plus claire et la plus exacte. (Voyexle Traité de la lumière, page 1 6. )

« INTRODUCTION

et opposées. Si deux vibrations de ce genre, parties d'une même origine, viennent, après avoir parcouru des chemins ine'gaux, se réunir en un même point sous des directions sensiblement parallèles, elles devront se renforcer ou s'affaiblir réciproquement, suivant que la différence de leurs durées de propagation à partir de l'origine sera d'un nombre pair ou impair de demi-vibrations, et si la différence des chemins parcourus n'est qu'une petite fraction de ces chemins eux-mêmes, l'intensité des deux vibrations étant à peu près égale, il y aura repos presque absolu au point où elles seront en discordance complète. Si les vibrations lumineuses sont constituées d'une manière analogue, il sera possible, en ajoutant de la lumière à de la lumière dans des conditions convenables, de produire de l'obscurité.

Telle est la substance des raisonnements qui ont conduit Thomas ^oung à l'expérience mémorable par laquelle le système de rémission a été définitivement réfuté, et l'existence des ondes lumineuses rendue, pour ainsi dire, aussi palpable que celle des ondes sonores (l . Sur, deux trous étroits et voisins, percés dans un

:!> C'est le phénomène des batte- de certaines marges anormales, obser-

inents qui parait avoir suggéré à Young vées par Halley dan» la mer de Chine,

la première idée de l'interférence des qui se trouve au troisième livre des

vibrations. Les ondulations d'où résul- Principes (prop. xm). Suivant Newton,

tent les battements ne sont ni de môme les ondes de la marée océanique péné-

origine ni de même période; mais si livraient dans cette mer par les deux

les périodes sont peu différentes, ces détroits situés au nord et au sud de l'ar-

vibrations se trouvent alternativement chipel des Philippines, et dans les ports

dans les conditions favorables à leur où ces deux ondes arriveraient avec un

renforcement et à leur affaiblissement retard de six heures Tune sur l'autre,

réciproques, et ces effets contraires sont elle» se détruiraient réciproquement,

sensibles à l'oreille. au moins lorsque, la lune étant dans le

Un principe de Newton a été souvent plan de l'équaleur, il y a égalité entre

mentionné par Young comme renfer- les deux marées consécutives d'un même

inant une première application du prin- jour, cipe des interférences; c'est l'explication

INTRODUCTION. xxi

écran opaque, Young a fait arriver le faisceau des rayons solaires transmis par un autre trou étroit pratiqué dans le volet de la chambre obscure ; les deux cônes lumineux qui se sont propagés au delà de l'écran opaque ont été dilatés par la diffraction, de manière à empiéter l'un sur l'autre, et dans la partie commune il s'est produit, au lieu d'un accroissement général de l'intensité lumineuse, une série de bandes alternativement obscures et brillantes, occupant exactement les positions où, d'après la théorie, les mouvements vibratoires devaient réciproquement se renforcer et s'affaiblir. Les bandes ont disparu lorsqu'on a fermé l'un des deux trous. Elles ont disparu également lorsqu'au faisceau unique originaire d'un trou étroit on a substitué la lumière solaire directe ou celle d'une flamme artificielle : il est facile de comprendre cet effet, vu que dans ce cas les conditions de maximum et de minimum d'intensité lumineuse ne sont pas satisfaites aux mêmes points par les divers groupes de rayons qu'on peut concevoir émanés des divers points de la source

Ilien de plus varié que la série des conséquences que Young a su déduire de sa découverte. Elle lui a d'abord expliqué, jusque dans leurs plus minutieux détails, ces couleurs des lames minces

<l> Grimaldi, à qui l'on a souvent attribut la première observation des interférences , recevait la lumière solaire directe sur deux trous très-étroits , percés dans le volet même de sa chambre obscure. Les deux cônes transmis étaient légèrement colorés sur leurs bords par la diffraction, et lorsque ces bords venaient à empiéter l'un sur l'autre, il en résultait des effets qui ont paru indiquer à Grimaldi que, dans certains cas, la lumière en «ajoutant à de la lumière produisait de l'obscurité. Lumen aii-

obscuriorem tuperficiem corporù alicunde tic yrm* ilttutratam. (Phytico mathetû de tumine, prop. xxit.) Mais il n'a rien décrit et n'a rien pu observer de semblable aux bandes alternée» que Young a obtenues un siècle et demi plus tard et qu'obtiennent sans dilliculté tous ceux qui répètent sou expérience. (Voyez la traduction de la xxn' proposition de Grimaldi dans les Annales de chimie et de physique, a* série, t. X, p. 3o6.)

xu. INTRODUCTION.

dont Newton avait déterminé les lois avec tant de soins et d'exactitude : les rayons réfléchis aux deux surfaces de la lame parviennent évidemment à l'œil en des temps inégaux, puisque les uns traversent deux fois la lame et que les autres n'y pénètrent pas. Suivant les valeurs diverses de cette inégalité des durées de propagation, c'est-à-dire suivant l'épaisseur et la nature de la lame, suivant l'inclinaison de la lumière incidente, ces deux groupes de rayons doivent alternativement se renforcer et s affaiblir; et comme les conditions de ces effets opposés, liées avec la durée des vibrations, ne sont pas les mômes pour tous les éléments de la lumière blanche, l'inégale modification d'intensité de ces divers éléments en un point donné de la lame a pour conséquence l'apparition des couleurs; et si, pour rendre un compte tout à fait exact des particularités du phénomène, il faut admettre une nouvelle propriété de la réflexion, l'expérience directe confirme l'existence de cette propriété. Les couleurs semblables à celles des lames minces, que Newton a obtenues avec des plaques épaisses, et qui lui ont semblé un corollaire de la théorie des accès, s'expliquent par les mêmes principes. Tandis que Newton était obligé de supposer, ce qui est contraire à l'ewpérience, que la deuxième surface de ces plaques possédait, à un degré très-sensible, la faculté de diffuser la lumière en tous sens, la théorie nouvelle attribue cette propriété à la première surface rencontrée par les rayons lumineux, et l'expérience confirme encore cette conclusion. Les phénomènes de diffraction, ces franges intérieures et extérieures à l'ombre des corps opaques, qui se montrent toutes les fois qu'on réduit suffisamment le diamètre de la source lumineuse, et qui. dans les conditions les plus habituelles des expériences, se cachent dans la confusion de la pénombre , résultent aussi de mouvements vibratoires qui, venant de divers côtés, et en suivant des chemins inégaux, concourir en un même point, tantôt se renforcent, tantôl

INTRODUCTION. xuu

s affaiblissent. Un grand nombre de phénomènes naturels doivent être rapportés aux mêmes principes, entre autres les arcs colores qui s'observent souvent au delà du violet de l'arc-en-ciel ordinaire, et dont les théories de Descartes et de Newton sont incapables de rendre compte, les couronnes qui, dans une atmosphère chargée de gouttelettes d'eau en suspension, apparaissent autour du soleil et de la lune, l'irisation superficielle des minéraux, le reflet chatoyant des plumes des oiseaux et, en particulier, de toute surface présentant de fines inégalités régulièrement espacées. Partout où fon peut distinguer deux groupes de rayons dont les durées de propagation sont inégales, soit parce qu'ils ont pénétré à des hauteurs inégales dans la goutte de pluie productrice de larc-en-ciel, soit parce que les uns ont cheminé dans l'air, les autres dans des gouttelettes aqueuses, soit parce que les uns se sont réfléchis sur le sommet, les autres sur le point le plus bas des stries d une surface, partout l'observateur reconnaît les alternatives de lumière et d'obscurité et les colorations variables caractéristiques de l'interférence. Enfin ces divers phénomènes déterminent les éléments numériques fondamentaux des vibrations lumineuses, et substituent des données précises aux vaines conjectures d'Euler. Us s'accordent tous à démontrer que les ondulations les plus réfrangibles sont aussi les plus rapides; d'ailleurs, même dans les ondulations les plus lentes, cette rapidité est de nature à confondre l'imagination : en une seconde il ne s'accomplit pas moins de quatre à cinq cents tri! lions de vibrations sur un rayon de lumière rouge, et de sept à huit cents trillions sur un rayon de lumière violette.

L'admiration qu'inspirent toujours les écrits où sont exposées ces immortelles découvertes {,) n'en doit pas dissimuler les imper-

" Ce sont les trois Mémoires lus à la venibre 1801 , le 1" juillet 1802 et le Société' royale de Londres le »s no- *U novembre i8o3, qui ont respective

xx.» INTHODICTION.

fections et les lacunes. Comme il arrive souvent aux génies qui se sont forme's eux-mêmes sans recevoir et sans se donner la forte discipline d'une élude régulière de la tradition scientiiique

ment pour lilres : On the theory of lÀght and Colours; — lu account of tome cote» of the production of Colours not hitherto tlesaibed; — Expérimenta and Calculations relative to phyrical optics. Le Mémoire plus, ancien qui a pour titre, Experiments and Inquiries respecting Sound and Light, ue contient guère qu'un examen comparatif des mérites du système do l'émission cl du système des ondulations, où il n'y a rien de très-nouveau. Seulement un pasnage sur l'analogie qui existe entre les lois des anneaux colorés et celles des tuyaux fermés, rapproché de l'explication qui est donnée de ces dernières lois , montre que Young était déjà en possession du principe des interférences et qu'il en connaissait toute la portée. Les Lectures on natural Philosopky, publiées en 1807, résument d'une manière systématique les idées de Young sur ia nature de la lumière, sans beaucoup ajouter à ce qu'on trouve dans les Mémoires déjà cités. Depuis cette époque jusqu'au moment où les travaux de Fresnel sont venus réveiller l'activité de Young, il a peu écrit et n'a rien publié sous son nom sur des matières scientifiques; il s'est contenté de défendre ses anciennes idées et d'y ajouter un petit nombre de développements nouveaux (dont il sera question plus loin), dans quelques ar-

i*> Il était quaker <k mimne*.

licles anonymes de la Quarterly Revit*.

où il faisait la critique des travaux inspirés aux savants contemporains par le système de rémission.

[,: Dès son enfance, Young avait montré les facultés les plus rares et surtout une souplesse d'esprit qui lui permettait de les appliquer, au même moment et avec un égal succès, aux études les plus diverses. A treize ans , au sortir d'une école privée où on lui avait enseigné les langues ancienne* et les premiers éléments des mathématiques, seul et sans maître, dans la maison paternelle, il tentait d'apprendre à la fois l'hébreu, la botanique et l'optique; à seize ans il étudiait en même temps Hésiode et Aristophane, Simpson et .Newton, Linnée et Boërhave, Lavoisier et Black, et lorsqu'à l'entrée de la jeunesse il sortait du cercle étroit où l'avaient d'abord confiné les opinions religieuses de sa famille '*', il attirait tout de suite sur lui l'attention des esprits les plus éminents et des plus grands personnages de l'Angleterre.

Porson l'admettait à discuter avec lui les points controversés d'archéologie et de philologie grecques; le duc de Bichmoud lui proposait d'entrer dans la carrière politique en devenant son secrétaire; Burke et Windham lui con-

INTRODUCTION

Young n'a jamais bien compris la différence qu'il y a entre un aperçu et une véritable démonstration, ainsi que Laplace le lui reprochait dans une lettre que l'éditeur des Œuvres de Youug a publiée (t. Ier, p. 37/1). Il ne faut pas entendre par là seulement que Young a ignoré ou négligé l'art de présenter ses découvertes sous cette forme classique qui les aurait fait accueillir plus promptement par les interprètes autorisés de la science contemporaine; il faut reconnaître que, dans bien des cas, il a passé à côté de difficultés déjà signalées, sans paraître les apercevoir, et que, d'autres fois, il ses! contenté d'expliquer en gros les phénomènes sans instituer entre l'expérience et la théorie cette comparaison minutieuse qui garantit seule la possession de la vérité Ainsi

seillaient le barreau et lui offrait- nt leurs directions pour l'étude des lois.

Mais personne ne paraissait soupçonner que lesaciences physico-mathématiques, la philosophie naturelle, comme on disait alors, fussent la vocation propre de re brillant et universel génie, et luimême l'ignorait probablement. Des considérations de famille, le désir de s'assurer lu bienveillance d'un oncle riche lui lirent embrasser la profession médicale; la nécessité d'un apprentissage régulier le conduisit successivement à Londres, à Kdimbourg, à Gccltinguc et à Cambridge, et c'est durant son séjour à Cœltingue que sa pensée commença à se fixer sur les objets qui ne devaient plus cesser de l'occuper. Pour le sujet de la thèse qu'il était tenu de composer, il choisit la théorie de la voix humaine; l'étude de la production et de la propa-

gation du son le conduisit bientôt à la théorie générale des ondes et à l'optique.

Bien des gens penseront que cette éducation tout individuelle et spontanée était la meilleure que pût recevoir une pareille nature. Peut-être Young en jugeait-il autrement, lorsqu'il prononçait cette parole mélancolique, couservée par la tradition de ses amis :

-Quand j'étais un enfant je me r croyais un homme; maintenant que je -suis homme, je vois que je ne suis -qu'un enfant '*'. ?

(,: Il a dit lui-même qu'il mettait sa gloire et son plaisir à se passer autant que possible de l'expérience.

-For my part, it is my pride and rpleasure, as far as I am able, to surpersede the necessity of expérimenta." (Lettre à M. Gurney, citée par Peacock, Life of ïoung. p. Û77.)

-When I wass boy, I tliought mjgdf » man; rww lhat Um«i Ujt oj Youny, p. 117.)