Controverses lumineuses
Ondes ET particules
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Si l’on est quelquefois égaré en voulant simplifier les éléments d’une science, c’est qu’on a établi des systèmes, avant d’avoir rassemblé un assez grand nombre de faits. A. Fresnel.
Le sujet retenu en 1817 porte sur les franges de diffraction. L’apparence de ces franges claires et sombres aux bords des contours des ombres est connue depuis le XVII’ siècle. Les tenants de la théorie ondulatoire y voient un phénomène d’interférences mais n’en ont pas encore l’explication détaillée. En retenant ce sujet, les laplaciens espèrent une nouvelle fois couper l’herbe sous le pied de la théorie ondulatoire en faisant surgir une bonne explication corpusculaire. Le jury est composé de cinq membres : Arago, le principal allié de Fresnel, tenant de la théorie ondulatoire, Gay-Lussac appartenant au groupe laplacien mais considéré comme neutre sur la question de la lumière, Biot, Poisson et Laplace lui-même, tous trois chauds partisans des corpuscules. Le concours n’attire que deux réponses. La première est plutôt faible. La seconde soumise anonymement et présentée sous l’épigraphe « natura est simplex et fecunda » (la nature est simple et féconde) est extrêmement brillante. Elle est rédigée par Fresnel. Partant de postulats physiques très simples et sans hypothèse supplémentaire, l’auteur démontre qu’il peut prédire par le calcul les positions précises et les intensités des franges, prédiction qu’il confirme ensuite par la mesure et l’observation. Par cette adéquation très serrée entre la théorie et la mesure, l’article répond aux plus exigeants des canons laplaciens ; plus même, il colle au programme laplacien sur tous les points sauf un : la lumière y est traitée en tant que ondes et non en tant que corpuscules.
Examinant la théorie de Fresnel, Poisson trouve qu’elle implique un résultat singulier et inattendu : la diffraction des ondes autour d’un disque doit produire un point brillant au centre de son ombre. Poisson le juge extravagant mais Arago fait l’expérience et en constate l’existence. C’est là, lit-on parfois, que Poisson fut « bien sûr » converti à la théorie ondulatoire. C’est oublier qu’un théoricien déterminé est souvent en mesure de fournir une explication satisfaisante à un résultat expérimental qui ne l’arrange pas.
Les cahiers de Sciences et Vie. « Fresnel ; qu’est-ce que la lumière »
[…] Pourquoi chercherait-on une sorte de liaison causale entre le corpuscule et l’onde s’il s’agit uniquement de deux images, de deux points de vue pris sur un phénomène complexe ? Tout ce qu’on peut dire c’est que cette association n’est ni causale ni substantive. Le corpuscule et l’onde ne sont pas des choses liées par des mécanismes ; on doit les comprendre comme des moments différents de la mathématisation de l’expérience.
Gaston Bachelard. « Le nouvel esprit scientifique ».
les cahiers de Science et Vie (Fresnel ; qu’est ce que la lumière ?)
Consigne 1 (préparation : 30 min ; jeu 20 min)
Présentation de la situation : document [concours de 1817.pdf].
Chaque groupe prépare sa contribution sous forme d’une affiche, à partir des documents fournis ; le document correspondant à Fresnel est aussi donné à tous les groupes. Dossier : [personnages]
1 fresnel ; 2 biot poisson ; 3 newton ;
4 huygens ; 4 young ; 5 maxwell ;
5 michelson ; 6 debroglie ; 6 einstein
Jeu de rôles : réunion de l’Académie (novembre 1819)
- juges : animateur, Laplace, Arago ;
- présentation du mémoire : Fresnel ;
- intervenants : Biot, Poisson, le fantôme de Newton, Young, le fantôme de Huygens ;
- intervenants du futur : Maxwell, Michelson, Einstein, De Broglie.
Consigne 2 individuel puis animation tableau (20 minutes)
Animation tableau : reconstitution de la fresque historique des conceptions de la lumière.
Consigne 3 individuel puis animation tableau (10 minutes)
Formulation de nouvelles questions. Animation tableau et discussion.
Suite : travaux expérimentaux : diffraction, interférence et spectroscopie.
Chantiers de Sciences 