Nous avons déjà vu l’artifice presque incompréhensible de la réflexion de la lumière, que l’impulsion connue ne peut causer. Celui de la réfraction, dont nous allons reprendre l’examen, n’est pas moins surprenant.
Commençons par nous bien affermir dans une idée nette de la chose qu’il faut expliquer. Souvenons-nous bien que, quand la lumière tombe d’une substance plus rare, plus légère, comme l’air, dans une substance plus pesante, plus dense, comme l’eau, et qui semble lui devoir résister davantage, la lumière alors quitte son chemin, et se brise en s’approchant d’une perpendicule qu’on élèverait sur la surface de cette eau.
M. Leclerc, dans sa Physique, a dit tout le contraire, faute d’attention. En son livre V, chapitre viii : « Plus la résistance des corps est grande, dit-il, plus la lumière qui tombe dans eux s’éloigne de la perpendicule. Ainsi le rayon s’éloigne de la perpendicule en passant de l’air dans l’eau. »
Ce n’est pas la seule méprise qui soit dans Leclerc ; et un homme qui aurait le malheur d’étudier la physique dans les écrits de cet auteur n’aurait guère que des idées fausses ou confuses.
Pour avoir une idée bien nette de cette vérité, regardez ce rayon qui tombe de l’air dans ce cristal (figure 24).
Vous savez comme il se brise. Ce rayon A E fait un angle avec cette perpendiculaire B E en tombant sur la surface de ce cristal. Ce même rayon, réfracté dans ce cristal, fait un autre angle avec cette même perpendiculaire qui règle sa réfraction. Il fallut mesurer cette incidence et ce brisement de la lumière. Il semble que ce soit une chose fort aisée ; cependant le géomètre arabe Alhazen, Vitellio, Kepler même, y échouèrent. Snellius Villebrod est le premier, au rapport d’Huygens, témoin oculaire, qui trouva cette proportion constante dans laquelle la lumière se rompt dans des milieux donnés. Il se servit des sécantes. Descartes se servit ensuite des sinus, ce qui est précisément la même proportion, le même théorème, sous d’autres noms. Cette proportion est très-aisée à entendre de ceux qui sont les plus étrangers dans la géométrie.
Plus la ligne A B que vous voyez est grande, plus la ligne C D sera grande aussi. Cette ligne A B est ce qu’on appelle sinus d’incidence. Cette ligne C D est le sinus de la réfraction[1]. Ce n’est pas ici le lieu d’expliquer en général ce que c’est qu’un sinus. Ceux qui ont étudié la géométrie le savent assez. Les autres pourraient être un peu embarrassés de la définition. Il suffit de bien savoir que ces deux sinus, de quelque grandeur qu’ils soient, sont toujours en proportion dans un milieu donné. Or cette proportion est différente quand la réfraction se fait dans un milieu différent.
La lumière qui tombe obliquement de l’air dans du cristal s’y brise de façon que le sinus de réfraction C D est au sinus d’incidence A B comme 2 à 3 : ce qui ne veut dire autre chose, sinon que cette ligne A B est un tiers plus grande dans l’air, en ce cas, que la ligne C D dans ce cristal.
Dans l’eau cette proportion est de 3 à 4 . Ainsi il est palpable que, dans tous les cas, dans toutes les obliquités d’incidence possibles, la force réfringente du cristal est à celle de l’eau comme 9 est à 8 ; il s’agit non-seulement de savoir la cause de la réfraction, mais celle de toutes ces réfractions différentes. C’est là que les philosophes ont tous fait des hypothèses, et se sont trompés.
Enfin Newton seul a trouvé la véritable raison qu’on cherchait. Sa découverte mérite assurément l’attention de tous les siècles : car il ne s’agit pas ici seulement d’une propriété particulière à la lumière, quoique ce fût déjà beaucoup ; nous verrons que cette propriété appartient à tous les corps de la nature.
Considérez que les rayons de la lumière sont en mouvement ; que s’ils se détournent en changeant leur course, ce doit être par quelque loi primitive, et qu’il ne doit arriver à la lumière que ce qui arriverait à tous les corps de même petitesse que la lumière, toutes choses d’ailleurs égales.
Qu’une balle de plomb A (figure 25) soit poussée obliquement de l’air dans l’eau, il lui arrivera d’abord le contraire de ce qui est arrivé à ce rayon de lumière : car ce rayon délié passe dans des pores, et cette balle, dont la superficie est large, rencontre la superficie de l’eau qui la soutient.
Cette balle s’éloigne donc d’abord de la perpendiculaire B ; mais lorsqu’elle a perdu tout ce mouvement oblique qu’on lui avait imprimé, elle tombe alors, à peu près suivant une perpendiculaire qu’on élèverait du point où elle commence à descendre. Elle retarde, comme on sait, sa chute dans l’eau, parce que l’eau lui résiste ; mais un rayon de lumière y augmente au contraire sa célérité, parce que l’eau ne résiste pas à ceux des rayons qui la pénètrent.
Il y a donc une force, telle qu’elle soit, qui agit entre les corps et la lumière.
Que cette attraction, que cette tendance existe, nous n’en pouvons douter : car nous avons vu la lumière, attirée par le verre, y rentrer sans toucher à rien : or, cette force agit nécessairement en ligne perpendiculaire, la ligne perpendiculaire étant le plus court chemin.
Puisque cette force existe, elle est dans toutes les parties du corps qui l’exerce. Les parties de la superficie d’un corps quelconque éprouvent donc ce pouvoir avant qu’il pénètre l’intérieur de la substance, avant qu’il parvienne au point où il est dirigé (figure 26). Ainsi, dès que ce rayon est arrivé près de la superficie du cristal ou de l’eau, il prend déjà un peu en cette manière le chemin de la perpendicule.
Il se brise déjà un peu en C avant que d’entrer : plus il entre, plus il se brise, parce que plus il s’approche, plus il est attiré. Il a encore une raison importante pour laquelle le rayon s’infléchit nécessairement par une courbure insensible avant que de pénétrer en ligne droite dans le cristal : c’est parce qu’il n’y a point d’angle rigoureux dans la nature ; un mouvement continu ne peut changer de direction qu’en passant par tous les degrés possibles de changement ; il ne peut donc, de la ligne droite, passer tout d’un coup en une autre ligne droite sans tracer une petite courbe qui joigne ces deux lignes ensemble. Ainsi le principe de continuité, établi par Leibnitz, et l’attraction de Newton, se réunissent dans ce phénomène. Ce rayon ne tombe donc pas tout à fait perpendiculairement, et ne suit pas sa première ligne droite oblique, en traversant cette eau ou ce verre ; mais il suit une ligne qui participe des deux côtés, et qui descend d’autant plus vite que l’attraction de cette eau ou de ce cristal est plus forte. Donc, loin que l’eau rompe les rayons de lumière en leur résistant, comme on le croyait, elle les rompt en effet, parce qu’elle ne résiste pas, et, au contraire, parce qu’elle les attire. Il faut donc dire que les rayons se brisent vers la perpendiculaire, non pas quand ils passent d’un milieu plus facile dans un milieu plus résistant, mais quand ils passent d’un milieu moins attirant dans un milieu plus attirant. Observez qu’il ne faut jamais entendre par ce mot attirant que le point vers lequel se dirige une force reconnue, une propriété incontestable de la matière, laquelle propriété est très-sensible entre la lumière et les corps. Que l’on considère que, depuis l’an 1672 que Newton fit voir cette attraction, aucun philosophe n’a pu imaginer une raison plausible de ce brisement de la lumière.
Les uns vous disent : Le cristal réfracte les rayons de lumière parce qu’il leur résiste ; mais, s’il leur résiste, pourquoi ces rayons y entrent-ils plus facilement et avec plus de vitesse[2] ? Les autres imaginent une matière dans le cristal qui ouvre de tous côtés des chemins plus faciles ; mais si ces chemins sont si faciles de tous côtés, pourquoi la lumière n’y entre-t-elle pas sans se détourner ?
Ceux-ci inventent des atmosphères ; ceux-là des tourbillons ; tous leurs systèmes croulent par quelque endroit : il faut donc, je crois, s’en tenir aux découvertes de Newton, à cette attraction visible dont ni lui, ni aucun philosophe, n’ont pu trouver la raison.
Vous savez que beaucoup de gens, autant attachés à la philosophie, ou plutôt au nom de Descartes, qu’ils l’étaient auparavant au nom d’Aristote, se sont soulevés contre l’attraction. Les uns n’ont pas voulu l’étudier, les autres l’ont méprisée, et l’ont insultée après l’avoir à peine examinée ; mais je prie le lecteur de faire les trois réflexions suivantes :
1° Qu’entendons-nous par attraction ? Rien autre chose qu’une force par laquelle un corps s’approche d’un autre, sans que l’on voie, sans que l’on connaisse aucune autre force qui le pousse.
2° Cette propriété de la matière est établie par les meilleurs philosophes en Angleterre, en Allemagne, en Hollande, et même dans plusieurs universités d’Italie, où des lois un peu rigoureuses ferment quelquefois l’accès à la vérité. Le consentement de tant de savants hommes n’est-il pas une preuve ? Sans doute ; mais c’est une raison puissante pour examiner au moins si cette force existe ou non.
3° L’on devrait songer que l’on ne connaît pas plus la cause de l’impulsion que de l’attraction. On n’y a pas même plus d’idée de l’une de ces forces que de l’autre : car il n’y a personne qui puisse concevoir pourquoi un corps a le pouvoir d’en remuer un autre de sa place. Nous ne concevons pas non plus, il est vrai, comment un corps en attire un autre, ni comment les parties de la matière gravitent mutuellement, comme il sera prouvé. Aussi ne dit-on pas que Newton se soit vanté de connaître la raison de cette attraction. Il a prouvé simplement qu’elle existe : il a vu dans la matière un phénomène constant, une propriété universelle. Si un homme trouvait un nouveau métal dans la terre, ce métal existerait-il moins parce que l’on ne connaîtrait pas les premiers principes dont il serait formé ? Que le lecteur qui jettera les yeux sur cet ouvrage ait recours à la discussion métaphysique sur l’attraction, faite par M. de Maupertuis, dans le plus petit et dans le meilleur livre qu’on ait écrit peut-être en français, en fait de philosophie : on y verra, à travers la réserve avec laquelle l’auteur s’est expliqué, ce qu’il pense et ce qu’on doit penser de cette attraction dont le nom a tant effarouché.
On dit souvent que l’attraction est une qualité occulte.
Si on entend par ce mot un principe réel dont on ne peut rendre raison, tout l’univers est dans ce cas. Nous ne savons ni comment il y a du mouvement, ni comment il se communique, ni comment les corps sont élastiques, ni comment nous pensons, ni comment nous vivons, ni comment ni pourquoi quelque chose existe : tout est qualité occulte.
Si on entend par ce mot une expression de l’ancienne école, un mot sans idée, que l’on considère seulement que c’est par les plus sublimes et les plus exactes démonstrations mathématiques que Newton a fait voir aux hommes ce principe qu’on s’efforce de traiter de chimère.
Nous avons vu que les rayons réfléchis d’un miroir ne sauraient venir à nous de sa surface. Nous avons expérimenté que les rayons, transmis dans du verre à un certain angle, reviennent au lieu de passer dans l’air ; que, s’il y a du vide derrière ce verre, les rayons qui étaient transmis auparavant reviennent de ce vide à nous : certainement, il n’y a point là d’impulsion connue. Il faut de toute nécessité admettre un autre pouvoir ; il faut bien aussi avouer qu’il y a dans la réfraction quelque chose qu’on n’entendait pas jusqu’à présent.
Or quelle sera cette puissance qui rompra ce rayon de lumière dans ce bassin d’eau ? Il est démontré (comme nous le dirons au chapitre suivant) que ce qu’on avait cru jusqu’à présent un simple rayon de lumière est un faisceau de plusieurs rayons qui se réfractent tous différemment. Si, de ces traits de lumière contenus dans ce rayon, l’un se réfracte, par exemple à quatre mesures de la perpendiculaire, l’autre se rompra à trois mesures. Il est démontré que les plus réfrangibles, c’est-à-dire, par exemple, ceux qui en se brisant au sortir d’un verre, et en prenant dans l’air une nouvelle direction, s’approchent moins de la perpendiculaire de ce verre, sont aussi ceux qui se réfléchissent le plus aisément, le plus vite. Il y a donc déjà bien de l’apparence que ce sera la même loi qui fera réfléchir la lumière, et qui la fera réfracter.
Enfin, si nous trouvons encore quelque nouvelle propriété de la lumière qui paraisse devoir son origine à la force de l’attraction, ne devrons-nous pas conclure que tant d’effets appartiennent à la même cause ?
Voici cette nouvelle propriété, qui fut découverte par le P. Grimaldi, jésuite, vers l’an 1660, et sur laquelle Newton a poussé l’examen jusqu’au point de mesurer l’ombre d’un cheveu à des distances différentes. Cette propriété est l’inflexion de la lumière[3]. Non-seulement les rayons se brisent en passant dans le milieu dont la masse les attire ; mais d’autres rayons, qui passent dans l’air auprès des bords de ce corps attirant, s’approchent sensiblement de ce corps, et se détournent visiblement de leur chemin. Mettez (figure 27) dans un endroit obscur cette lame d’acier, ou de verre aminci, qui finit en pointe ; exposez-la auprès d’un petit trou par lequel la lumière passe ; que cette lumière vienne raser la pointe de ce métal : vous verrez les rayons se courber auprès en telle manière que le rayon qui s’approchera le plus de cette pointe se courbera davantage, et que celui qui en sera le plus éloigné se courbera moins à proportion. N’est-il pas de la plus grande vraisemblance que le même pouvoir qui brise ces rayons quand ils sont dans ce milieu, les force à se détourner quand ils sont près de ce milieu ? Voilà donc la réfraction, la transparence, la réflexion, assujetties à de nouvelles lois. Voilà une inflexion de la lumière qui dépend évidemment de l’attraction. C’est un nouvel univers qui se présente aux yeux de ceux qui veulent voir.
Nous montrerons bientôt qu’il y a une attraction évidente entre le soleil et les planètes, une tendance mutuelle de tous les corps les uns vers les autres. Mais nous avertissons encore ici d’avance que cette attraction, qui fait graviter les planètes sur notre soleil, n’agit point du tout dans les mêmes rapports que l’attraction des petits corps qui se touchent. Ce sont même probablement des attractions de genres absolument différents. Ce sont de nouvelles et différentes propriétés de la lumière et des corps que Newton a découvertes. Il ne s’agit pas ici de leur cause, mais simplement de leurs effets ignorés jusqu’à nos jours. Qu’on ne croie point que la lumière est infléchie vers le cristal et dans le cristal suivant le même rapport, par exemple, que Mars est attiré par le soleil[4].
- ↑ À cette condition toutefois que A E et E D seront égales. (D.)
- ↑ Voyez la note 1 de la page 441.
- ↑ C’est la diffraction. Les lois de ce phénomène et sa théorie complète sont dues à Fresnel. (D.)
- ↑ Jusqu’ici l’on n’a pu rien découvrir sur les lois de l’attraction à de très-petites distances. C’est dans l’examen des phénomènes de la cristallisation que l’on pourra trouver un jour ces lois ; mais jusqu’ici ces phénomènes n’ont pas même été suffisamment observés pour qu’on puisse connaître la manière dont s’exécute cette opération. M. l’abbé Haüy vient de donner sur la formation des cristaux plusieurs mémoires qui ont répandu un grand jour sur cette matière importante. Cependant on est peut-être encore bien éloigné d’en savoir assez pour pouvoir y appliquer le calcul, et connaître les lois de la force attractive qui préside à la cristallisation. (K.)