Eloge

s. J'espère que vous m'en excuserez en remarquant que cela m'a permis de donner à un exposé nécessairement fort abstrait une allure un peu plus vivante et, en puisant dans ma mémoire et en rassemblant des textes épars, d'apporter une contribution plus intéressante à l'histoire du problème qui a constitué la plus grande crise de la Physique de notre temps.

* * *

Avant

de

parler

des

mémorables

travaux

d'Einstein

sur

l'effet

photoélectrique et les quanta de lumière, il est nécessaire de rappeler rapidement pour quelles raisons les propriétés de la lumière avaient été interprétées alternativement au cours des siècles précédents par des hypothèses corpusculaires et par des hypothèses ondulatoires. L'idée que la lumière est constituée de grains en mouvement rapide avait été familière aux penseurs de l'Antiquité pour lesquels les hypothèses du type

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atomique avaient toujours possédé un grand attrait. N'était-il pas d'ailleurs bien naturel de concevoir une source lumineuse comme projetant autour d'elle en tous sens des corpuscules qui, une fois émis, se déplaceraient en ligne droite dans le vide et les milieux homogènes, leurs trajectoires rectilignes matérialisant alors l'idée de « rayon de lumière » qu'imposait l'observation la plus superficielle ? Pouvait-on éviter de comparer la réflexion de la lumière sur un miroir au rebondissement élastique de corpuscules sur un obstacle ? Presque instinctivement ces images s'imposèrent à l'esprit de ceux qui, pendant de longs siècles observèrent constamment autour d'eux les

phénomènes de l'optique sans savoir en faire une étude méthodique et véritablement scientifique. C'est au XVIIe siècle, au moment où toutes les branches de la science moderne commençaient à se développer, que débuta l'étude scientifique de la Lumière. Entre 1620 et 1670, les découvertes s'accumulèrent : découverte des lois quantitatives de la réflexion et de la réfraction par Snell et par Descartes, observation de la double réfraction du spath d'Islande par Bartholin, première description de certains phénomènes de diffraction par Grimaldi, découverte par Newton de la décomposition spectrale de la lumière blanche par le prisme et des anneaux colorés des lames minces… Tous ces remarquables progrès des connaissances scientifiques sur la lumière ne pouvaient pas ne pas donner naissance à un grand mouvement d'idées. Aussi ne doit-on pas s'étonner qu'aient paru, dans le demi-siècle qui suivit, deux ouvrages fondamentaux qui sont restés classiques dans l'histoire de l'optique : le Traité de la Lumière de Christian Huygens et le Traité d'optique d'Isaac Newton. Dans ces deux livres que, malgré tous les progrès effectués par la science depuis deux siècles, on ne saurait relire aujourd'hui sans le plus vif intérêt et la plus grande admiration, on voit pour la première fois s'opposer d'une façon nette l'hypothèse des ondes lumineuses et celle des corpuscules de lumière. Huygens, esprit d'une remarquable clarté, auteur de grandes découvertes

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théoriques et pratiques dans le domaine de la Mécanique, développe sous une forme géométrique qui est restée classique l'idée que la lumière est formée d'ondes en propagation dans un milieu subtil, l'éther, qui imprégnerait tous les corps matériels et qui remplirait ce que nous appelons le vide. Par des raisonnements qui figurent encore aujourd'hui dans nos traités de Physique, il en tire les lois de la réflexion et de la réfraction, la description de la propagation de la lumière dans les milieux anisotropes et l'interprétation de la double réfraction dans les cristaux comme le spath. Cette œuvre remarquable, peut-être mal comprise de ses contemporains, restait incomplète sur des points importants puisque, par exemple, elle n'expliquait pas clairement la propagation rectiligne de la lumière dans les milieux isotropes sous forme de rayons, mais elle constituait la pierre d'attente sur laquelle allait s'appuyer, un siècle et demi plus tard, l'œuvre géniale de Fresnel. Quant au livre de Newton, un peu postérieur en date, il est assez différent. Contenant de pénétrantes et minutieuses analyses des découvertes

expérimentales de son auteur, il ne se prononce pas très nettement sur la nature de la lumière, mais on sent cependant, en le lisant, que Newton penche vers la conception granulaire de la lumière et que pour lui un rayon lumineux est essentiellement la trajectoire d'un corpuscule. Mais l'esprit puissant de Newton ne pouvait pas ne pas apercevoir que le phénomène de la coloration des lames minces qu'il avait découvert et qui porte son nom ( anneaux de les Newton) impliquait l'existence dans la lumière d'un élément de périodicité dont l'image simpliste des corpuscules de lumière indépendants ne pouvait rendre compte. C'est pourquoi, dans son Traité de la Lumière, Newton a esquissé cette remarquable « Théorie des Accès » d'après laquelle les corpuscules de lumière seraient accompagnés, au moins dans leur passage à travers la matière, par des ondulations qui réagiraient sur leur mouvement et les feraient passer périodiquement par des accès d facile transmission et des e accès de facile réflexion : l'espace parcouru par le corpuscule entre deux

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accès de même nature permettait à Newton de définir une « longueur d'accès » qui était étroitement apparentée à ce que Fresnel devait plus tard appeler la « longueur d’onde » d’une lumière monochromatique. Ainsi le savant génial qui avait découvert l'analyse infinitésimale et la gravitation universelle était parvenu à concevoir une théorie mixte de la lumière où, tout en conservant l'idée de grains de lumière décrivant des trajectoires, on lui associait l'idée d'une onde en propagation qui accompagnerait le mouvement des corpuscules et serait susceptible de réagir sur lui. Admirable idée, véritable préfiguration de la future Mécanique ondulatoire, mais qui, venue prématurément dans l'histoire de la science, ne fut pas développée et tomba dans l'oubli . Le XVIIIe siècle n'a guère contribué aux progrès de l'optique, ni du côté des connaissances expérimentales, ni du côté des interprétations théoriques. Mais le début du XIXe siècle a été marqué par la découverte de nombreux phénomènes nouveaux (les interférences par Young, la polarisation par Malus, etc.…) et par le fulgurant succès de la théorie ondulatoire de la lumière. On sait que ce succès reste pour toujours attaché au grand nom de notre compatriote Augustin Fresnel. La carrière scientifique de Fresnel émaillée d'incidents divers, sa grandiose œuvre scientifique ont été trop souvent évoquées pour qu'il soit utile d'y insister ici. Rappelons en deux mots que Fresnel, reprenant les idées de Huygens avec l'aide de moyens mathématiques beaucoup plus étendus que ceux dont disposait 150 ans auparavant son précurseur hollandais, a montré comment la conception des ondulations lumineuses permet d'expliquer non seulement la propagation rectiligne de la lumière, mais tout l'ensemble des phénomènes d'interférences et de diffraction jusque dans leurs aspects les plus inattendus. Rappelons aussi que dans la deuxième partie de son œuvre, Fresnel introduisant l'hypothèse nouvelle de la transversalité des vibrations lumineuses pour traduire l'existence de la polarisation, a pu développer, d'une manière beaucoup plus approfondie que n'avait pu le faire Huygens, la théorie de la propagation de la

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lumière dans les milieux anisotropes et constituer ainsi cette admirable optique cristalline que l'on trouve exposée presque sans modification, dans nos traités les plus modernes. Les succès accumulés de la théorie ondulatoire, la façon dont elle a permis de prévoir dans tous leurs détails les phénomènes les plus fins de l'optique physique, la confirmation apportée vers 1850 à la théorie des ondes par les mesures comparatives des vitesses de propagation de la lumière dans l'air et dans les milieux réfringents, assurèrent aux conceptions de Fresnel une victoire qui parut définitive. Un peu plus tard vint Maxwell qui, en considérant les radiations lumineuses appartenant comme à un des petit

perturbations

électromagnétiques

ondulatoires

intervalle de longueur d'onde, fit rentrer toute l'optique comme un chapitre particulier dans le vaste ensemble de la théorie électromagnétique . Sans entrer dans le détail de tous ces beaux développements de la Physique théorique du siècle dernier, cherchons à faire le point de la vision du monde physique qui en résultait. Tout d'abord toute idée