La lumière, de l`antiquité à Newton

La lumière, de l'antiquité à Newton
Cédric Mulet-Marquis, ENS-Lyon
UPL 08-09
Période antique
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Une certaine méfiance chez les grecs anciens
Des droites qui paraissent
brisées ?
wikipedia
Des parallèles qui se coupent ?
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Des questions ouvertes :
–
Nature de la lumière
Un feu subtil
Héraclite (Ephese -544, -480)
Une perturbation du
diaphane
Aristote (Stagire -384,
Chalcis - 322)
Empédocle (Agrigente -490, -435)
Des particules
Démocrite (Milet -460, -360)
Lucrèce (-98, -55)
●
–
Théorie des couleurs
–
Vitesse de la lumière
Connaissances établies :
–
Propagation de la lumière en ligne droite
–
Quelques lois de la perspective
–
Réflexion de la lumière :
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Angle d'incidence et de réflexion égaux
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Héron d'Alexandrie (vers +50) : le chemin suivi par la
lumière pour la réflexion est le chemin le plus court
L'âge d'or des sciences arabes
●
Al Kindi (Kufa 801, 873)
–
Vérification expérimentale systématique des
lois connues de l'optique
Trajet rectiligne de la lumière
Miroirs ardents
Giulo Parigi, 1600, Florence
●
Ibn Sahl (Bagdad 940-1000)
–
Définition de l'indice de réfraction
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Al Hazen/Ibn Al Haytham (Bassorah 965, Le
Caire 1039)
–
Absurdité de la notion de rayon visuel
–
Aberration sphérique
Pas de convergence en
un point unique pour
une lentille formée à
partir de portions de
sphères
wikimedia
–
Problème de l'inversion des
images dans l'oeil
–
Problème de l'unicité de la
vision alors que l'on a deux
yeux
–
Pourquoi voit-on le monde en
3D alors que l'oeil donne une
image 2D
–
Pourquoi les images formées
par l'oeil sont nettes ?
e
17 s : naissance de l'optique
physique
●
Galilée (1564-1642) :
–
Construit une lunette et la tourne vers le
ciel; Découverte des satellites de Jupiter,
de montagnes sur la Lune, des phases
de Vénus. Constate que la voie lactée
est formée d'une multitude d'étoiles
●
Snell (1591-1626) et Descartes (1596-1650):
–
Expression correcte des lois de la réfraction
Descartes
Construction de Descartes des rayons
incident et réfracté
Une
application
de
la
construction de Descartes :
la réflexion totale
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Pierre de Fermat (1601-1665) :
–
Généralise la remarque de Héron d'Alexandrie :
Le parcours suivi par la lumière est celui qui rend
minimum la durée du parcours
–
Retrouve les lois de Snell-Descartes
Ondulatoire ou corpusculaire: la
controverse Huygens/Newton
●
Quelques expériences/découvertes importantes
de la deuxième moitié du 17e s :
–
1665 : Grimaldi et la diffraction
Lumière à la sortie d'un petite
ouverture carrée
Lumière à la sortie d'un petite
ouverture circulaire
–
1669 : Erasme Bartholin et la double réfraction du
spath d'Islande
–
1676 : première mesure de la vitesse de la lumière
par Ole Römer
–
Vitesse trouvée : 220.000 km/s
●
Huygens (1629-1695) et la théorie ondulatoire
–
La grande vitesse de propagation de la lumière ne
semble pas compatible avec le transport de matière
–
Hypothèse que la lumière est analogue au son
–
Formulation d'un principe appelé depuis Principe de
Huygens : « pour étudier la propagation d'une onde
lumineuse, on peut supprimer la source de lumière
et la remplacer par des source secondaires
convenablement réparties sur la surface atteinte
par la lumière à un instant donné »
–
Conséquences des
hypothèses de Huygens
●
●
Analogie avec le son suppose
un milieu de propagation :
l'éther
et aussi des ondes
longitudinales
–
Reprise de l'étude du spath par Huygens
–
Reprise de l'étude du spath par Huygens
●
Newton (1643-1727) et la théorie corpusculaire
–
Newton pointe plusieurs faiblesses de la théorie
ondulatoire de Huygens :
●
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Propriétés de l'éther
Pas de propagation rectiligne de la lumière
Remarque : théorie newtonienne pas exempte de
défauts
–
Enormes progrès de la théorie
des couleurs
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Deux expériences cruciales
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Pas de nouvelle décomposition de
la lumière à travers le deuxième
prisme
On peut associer un nombre
(indice de réfraction) à chaque
couleur : l'étude objective des
couleurs devient possible
–
Expérience de recoposition des couleurs