Fiat lux

Controverses lumineuses 

ondes-particules

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. 


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 ».


 

Document général : [0 fiat lux.pdf]

 

Méthode et Objectif : 

Qu’est ce que la lumière ? Démarche d’exploration des modèles historiques de la lumière autour de la controverse onde / particule opposant les newtoniens (Biot, Pouillet) à Fresnel et Arago (épisode historique du concours de l’Académie des sciences en 1817 – 1819) et ses prolongement jusqu’aux théories actuelles. Réflexions épistémologiques (notion de paradigme, ruptures dans l’histoire des sciences, rapport théorie – expérience… 

Bibliographie :
les cahiers de Science et Vie (Fresnel ; qu’est ce que la lumière ?)
« La lumière » B. Maitte
« Les physiciens classiques et leurs découvertes » E. Segré
« Petite histoire de la physique » J.P. Maury
« La structure des révolutions scientifiques » T.H. Kuhn 

diffraction


 

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

personnages

 

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.

fresnel


 

Consigne 2  individuel puis animation tableau (20 minutes)

Animation tableau : reconstitution de la fresque historique des conceptions de la lumière.

fresque


 

Consigne 3   individuel puis animation tableau (10 minutes)

Formulation de nouvelles questions. Animation tableau et discussion.


Suite : travaux expérimentaux : diffraction, interférence et spectroscopie.

 


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La pomme de Newton

 Controverses et ruptures dans l’histoire des Sciences :

 FRESQUE HISTORIQUE DU CONCEPT DE CHAMP

 

newton portraitNewton

NPG 269,Michael Faraday,by Thomas PhillipsFaraday

MaxwellMaxwell

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Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS  (dossier la pomme de Newton).

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Il fallait être Newton pour remarquer que la lune tombe quand tout le monde voit qu’elle ne tombe pas.   Paul Valery.


newton


Objectifs :

– Comment s’élabore, dans la controverse, les concepts d’interaction à distance puis de champ (l’évolution des conceptions astronomiques d’Aristote à Galilée et Kepler ; les tourbillons de Descartes ; les forces d’interactions gravitationnelles, puis électrostatiques ; les tentacules de Faraday…). Les prolongements dans la physique contemporaine.

– Notion de rupture en épistémologie des sciences physiques.


Démarche :

– Mise en scène des protagonistes sous forme d’un congrès (anachronique) préparé à partir de documents historiques.

– Élaboration individuelle (puis collective) d’une fresque historique permettant de préciser les définitions des concepts clés et de visualiser leur évolution.

– Analyse épistémologique (voir possibilité avec philosophie).


Bibliographie :

biblio

Matériel :

– documents historiques

– papier affiche, feutres, grand papier affiche

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Document général : [0 la pomme de Newton.pdf]

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Consigne 1 – individuel – 5 minutes

Tout ce que vous pouvez dire à propos du mouvement de chute (description, mais surtout explications…)


Consigne 2  – groupe – 30 minutes

Les personnages :personnages

1 aristote ; 2 descartes nollet ; 3 coulomb ;

3 newton franklin ; 4 faraday maxwell ;

5 einstein ; 6 hawking

 

Préparation du « congrès anachronique » : chaque groupe représente un ou plusieurs des personnages ci dessus et reçoit un ensemble de documents où il puisera ses arguments (et ses contre-arguments). Il élaborera un ou plusieurs schémas à présenter au congrès.


Consigne 3  – collectif – 30 minutes

Congrès (table ronde des personnages et intervenants extérieurs témoins) : jeu de rôle. 


Consigne 4  – individuel puis collectif – 30 minutes 

Fresque historiqueindividuellement puis en petits groupes (mélangés à partir des précédents) mettre en relation les dates et les concepts et préciser les définitions de ces concepts. 

 Élaboration collective de la fresque historique (grande affiche).


Consigne 5  – collectif 20 minutes

 Discussion ; apport d’un texte d’analyse épistémologique disponible sur ce même site :   Koyré)

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Divers documents complémentaires.

L’invention  de la gravitation par Newton et  la chute de la Lune (divers textes) :

[gravitation Newton.pdf]. 

feynmannR. Feynmann

Autres : 

[de ptolémée à newton.pdf] ; [koyré.pdf

koyre

 

[notion de champ historique.pdf]

histoire

 

[newton.pptx]

diapo

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Le centre du monde

Nous savons bien que la Lune tourne autour de la Terre !

Et pourtant…

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bouclevenus

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Il suffit que nous parlions d’un objet pour nous croire objectifs. Mais par notre premier choix, l’objet nous désigne plus que nous ne le désignons et ce que nous croyons nos pensées fondamentales sur le monde sont souvent des confidences sur la jeunesse de notre esprit. […] l’évidence première n’est pas une vérité fondamentale.         G.  Bachelard, Psychanalyse du feu.

Galilée, Descartes, Newton ne se sont pas contentés de décrire le monde d’une autre façon qu’Aristote ou Plolémée : ils ont détruit un monde pour le remplacer par un autre. S. Le Strat « Epistémologie des sciences physiques ».

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Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier Le centre du monde). Un commentaire de l’atelier est proposé ICI.

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Document général : [0 le centre du monde.pdf]

Consigne 1 : individuel par écrit (textes, dessins, schémas…) (20 minutes)

Où sommes-nous dans l’Univers ?  [Matériel distribué : feuilles A3, papiers de couleur, feutres, gommettes…] 

Echange des productions entre les participants.


Consigne 2 individuellement puis en groupe (45 minutes)

Lecture individuelle et identification du problème suivant en encadré ; production d’une affiche (calculs, schémas, propositions pour surmonter le paradoxe apparent.

Document : [1 probleme.pdf]


probleme

 Consigne supplémentaire : placer sur le(s) schémas l’œil qui regarde (l’observateur)


Consigne 3 : collectif (30 minutes)

Présentation des affiches par (les) différents groupes. Propositions de résolution du paradoxe apparent.


Consigne 4 : individuellement (20 minutes)

Nouvelles questions par écrit         

Reprise en animation-tableau


Magistral en situation :

Présentation du diaporama [centre du monde.pptx]

ou seulement le schéma [soleil terre lune.pdf] 

 

soleil-terre-lune

flammarionCamille Flammarion. Astronomie populaire. 1880.

 

centre

 

mouvement-retrograde-de-mars_1

mouvement_retrograde_mars

Image1

 

Lecture des textes de Le Strat et Khun et discussion

[lestrat khun.pdf]

lestrat

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Documents complémentaires  : 

distances.pdf ; newton.pdf

distances

newton3

[cartes.pdf]

cartes

et divers diaporamas sur l’histoire de l’astronomie et système solaire.

système solaire.pptx ; newton.pptx

solaire

histoire 0.pptx ; histoire 1.pptx ; histoire 2.pptx

 

histoire

 


Documents disponibles

Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier Le centre du monde). Un commentaire de la démarche est proposé ICI.

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