Lumière !
Les livres numérisés dans IRIS permettent de parcourir l’histoire de la lumière.
La présente exposition décrit les effets lumineux perceptibles, puis les théories, corpusculaires ou ondulatoires, qui les expliquent.
Dans l’état actuel de nos connaissances, la première théorie corpusculaire fut énoncée par Ibn al-Haytham, peu après l’an 1000, grâce à la mise au point de la méthode expérimentale exposée dans son Discours sur la lumière. La première conception ondulatoire fut esquissée par Robert Grossetête au XIIIème siècle: ce franciscain, maître de méthode de la science médiévale, cherche alors explicitement à relier Foi et Raison. Depuis, les deux théories s’affrontent, s’améliorent, s’estompent et resurgissent autrement, au fil des découvertes et de la confirmation ou non de leurs prédicats.
Dans cette riche histoire, nous vous convions à fréquenter les auteurs dont nous possédons les œuvres, les Huygens, Newton, Biot, Fresnel, Arago, Faraday, Maxwell, ainsi que ces passeurs de science que furent, entre autres, Jean-Antoine Nollet et Camille Flammarion.
Nous y découvrons l’évolution des représentations de la lumière : chaque étape dépend de l’état de la science, du contexte de l'époque, des conceptions scientifiques, philosophiques, voire théologiques des différents auteurs. Nous y voyons la marque des affrontements, qui révèlent les passions humaines, tant celles tournées vers la recherche du sens des choses que celles qui opposent les personnalités.
La science nous y apparaît comme une œuvre collective. Les actuelles conceptions, qui unissent matière et lumière dans une même description, portent, à notre insu, les traces du passé.
Loin de détenir une vérité, nous savons que nos connaissances sont provisoires, que le travail de recherche les fera évoluer, que la science n’est pas un livre écrit une fois pour toutes… ce qui nous invite à la modestie, à ne pas nous contenter de nos savoirs, à remettre sans cesse notre ouvrage sur le métier…
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Conclusion
L’analogie mécanique ayant permis de mathématiser, elle devient inutile. En 1873, Maxwell n’en parle plus et ne retient que les équations. Il peut calculer que la vitesse de l’onde électromagnétique est la même que celle de la lumière. Sautant le pas, il affirme que la lumière est un champ électromagnétique qui se propage dans l’éther, simple support.
Heinrich Hertz (1885) vérifie les prédicats de Maxwell. Dans le même temps, il découvre l’effet photoélectrique qui contredit ces prédicats : la lumière peut éjecter des particules chargées négativement de la matière. Albert Einstein (1905) abandonne l’éther, devenu inutile dans sa théorie de la relativité. Il explique l’effet photoélectrique en supposant l’existence de corpuscules lumineux : ses travaux sont initialement rejetés.
Avec Albert Einstein et Max Planck naît la physique quantique: ils montrent que l’énergie lumineuse ne peut posséder que des valeurs discrètes. Ceci est expliqué par Niels Bohr (1913) : l’émission et l’absorption de la lumière correspondent à des transitions des électrons entre des niveaux énergétiques quantifiés des atomes.
Une relation est posée entre matière et lumière. Louis de Broglie (1924) les inclut dans une même description. Les prédicats d’Einstein sur l’effet photoélectrique et ceux de Louis de Broglie sur la matière sont confirmés : la lumière devient constituée de photons, les électrons diffractent.
On considère aujourd’hui que la matière est constituée de quantons (électrons, photons, quarks…). Les photons, comme tous les quantons, ne sont NI ondes, NI corpuscules : ils sont discrets en nombre (on peut les compter), continus en extension.
Sources (dans leur ordre d'apparition):
NOLLET, Jean-Antoine. Leçons de physique expérimentale. Tome 5. 4ème éd. Paris : Durand, 1768.
LEVY, Albert. Curiosités scientifiques . 2ème éd. Paris : Hachette, 1884.
HAUY, René-Just. Traité élémentaire de physique. Tome 2. 3ème éd. Paris : Vve Courcier, 1821.
FLAMMARION, Camille. L'atmosphère : description des grands phénomènes de la nature. 2ème éd. Paris : Librairie Hachette, 1873.
HUYGENS, Christiaan. Traité de la lumière, où sont expliquées les causes de ce qui luy arrive dans la réflexion et dans la réfraction et particulièrement dans l'étrange réfraction du cristal d'Islande, avec un Discours de la cause de la pesanteur. Leipzig : Gressner et Schramm, s.d..
BIOT, Jean-Baptiste. Précis élémentaire de physique expérimentale. Tome 2. 2ème éd. Paris : Deterville, 1821.
FRESNEL, Augustin. Oeuvres complètes d'Augustin Fresnel. Tome 1. Paris : Imprimerie impériale, 1866.
MAXWELL, James Clerk. A treatise on electricity and magnetism. 2 tomes. Oxford : Clarendon Press, 1873.
MAXWELL, James Clerk. On physical lines of force. Philosophical Magazine [en ligne], mars-mai 1861, 4ème série. Disponible sur Wikimedia Commons.
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Bibliographie :
MAITTE, Bernard, La lumière, Paris : Seuil, Points-Sciences, 1981, nouvelle édition revue et augmentée 2015.
MAITTE, Bernard, Histoire de l’arc-en-ciel, Paris : Seuil, Science-Ouverte, 2005.
Lumière! de Marie-Madeleine Géroudet, Bernard Maitte et Olivier Vermaut est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International.