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L’optique comme champ d’expérimentation crucial

À la fin du XVIIIe siècle, deux théories rivales expliquent les phénomènes optiques : la théorie corpusculaire de Newton et la théorie ondulatoire de Christian Huygens (1629-1695). Toutes deux rendent compte de la réfraction, mais divergent sur la vitesse de la lumière dans les milieux : plus rapide dans l’eau selon Newton, plus lente selon Huygens. Cette différence fait de la mesure de cette vitesse une experimentum crucis au sens de Francis Bacon. L’aberration stellaire observée par James Bradley (1693-1762) en 1727, interprétée dans le cadre corpusculaire comme effet du mouvement terrestre, semble alors conforter cette approche. En revanche, les théories ondulatoires reposent sur l’hypothèse d’un milieu de propagation, l’éther luminifère, dont la réalité reste problématique.

Robert Boyle

Deux théories concurrentes de la lumière : corpusculaire, ondulatoire

Le débat entre les familles théoriques corpusculaire et ondulatoire prend racine chez deux auteurs majeurs du XVIIe siècle : Newton et Huygens. Cette opposition, qui traverse les XVIIe, XVIIIe et XIXe siècles, ne se réduit pas à une querelle de mots ou de métaphores. Elle renvoie à des hypothèses physiques, des modèles mathématiques, des dispositifs expérimentaux, et, plus profondément encore, à des conceptions divergentes de ce qu’est une explication scientifique.

La première des deux théories modernes de la lumière à voir le jour est celle de Huygens. Elle apparait pour la première fois dans son Traité de la lumière en 1690. En effet, pour lui (Huygens, 2005, p. 45) :

Or il n’y a point de doute que la lumière ne parvienne aussi depuis le corps lumineux jusqu’à nous par quelque mouvement imprimé à la matière qui est entre deux, puisque nous avons déjà vu que ce ne peut pas être par le transport d’un corps qui passerait de l’un à l’autre. Que si avec cela la lumière emploie du temps à son passage – ce que nous allons examiner maintenant – il s’ensuivra que ce mouvement imprimé à la matière est successif, et que par conséquent il s’étend, ainsi que celui du Son, par des surfaces et des ondes sphériques […]

Ainsi, d’après Huygens, la lumière est une onde mécanique, analogue au son. Ce point de vue implique l’existence d’un milieu matériel permettant la propagation de la lumière sous forme d’onde, l’éther luminifère. En effet, tout comme l’air est le milieu de propagation du son – et cela fut confirmé par l’utilisation de la pompe à air, mise au point par Robert Hooke (1635-1703) et Robert Boyle (1627-1691) –, la lumière comprise comme une onde nécessite un milieu de propagation. Ce milieu de propagation est nécessairement distinct de
l’air : la lumière se propage dans la pompe à air, même en l’absence d’air. En effet, comme le souligne Huygens (Huygens, 2005, p. 51) :

On voit d’ici non seulement que notre air, qui ne pénètre point le verre, est la matière par laquelle s’étend le son ; mais aussi que ce n’est point ce même air, mais une autre matière dans laquelle s’étend la lumière ; puisque l’air étant ôté de ce vaisseau, la lumière ne laisse pas de le traverser comme auparavant.

Dans son traité, Huygens introduit un principe, qui porte aujourd’hui son nom, qui postule que chaque point d’une onde est une source secondaire d’ondes sphériques (Huygens, 2005, pp. 56-57) :

Il y a encore à considérer dans l’émanation de ces ondes, que chaque particule de la matière dans laquelle une onde s’étend, ne doit pas communiquer son mouvement seulement à la particule prochaine, qui est dans la ligne droite tirée du point lumineux, mais qu’elle en donne nécessairement à toutes les autres qui la touchent et qui s’opposent à son mouvement. De sorte qu’il faut, qu’autour de chaque particule, il se fasse une onde dont cette particule soit le centre. […] On verra dans la suite que toutes les propriétés de la lumière, et tout ce qui appartient à sa réflexion et à la réfraction, s’explique principalement par ce moyen.

Cette théorie ondulatoire de la lumière permet à Huygens d’expliquer la propagation de la lumière en ligne droite, la réfraction et la biréfringence dans le spath d’Islande.

Dans son Opticks (1704), Newton propose le fait que la lumière est composée de corpuscules projetés à grande vitesse (Newton, 2015, p. 326) :

Les rayons de lumière ne sont-ils pas formés de très petits corpuscules lancés par les corps lumineux ?

Elle est appelée théorie corpusculaire ou théorie de l’émission. Les rayons lumineux correspondent à des déplacements de corpuscules. Les corpuscules s’impriment à l’intérieur de notre rétine et c’est la différence de forme qui explique la différence de couleur. Il explique les phénomènes lumineux par des lois mécaniques appliquées aux particules.

La réflexion s’explique très simplement dans la théorie de l’émission : il s’agit tout simplement d’un rebond de la particule lumineuse sur la surface réfléchissante. En outre, elle est capable d’expliquer la réfraction et la dispersion. Newton admet certains effets ondulatoires, comme les anneaux de Newton, mais les interprète en termes de forces d’interaction entre corpuscules et surfaces.

Au XVIIe siècle, le poids de Newton en Angleterre et en Europe rend la théorie corpusculaire dominante, bien que la théorie de Huygens soit mieux adaptée aux phénomènes de biréfringence, notamment. Le XVIIIe siècle est marqué par une large domination de la théorie de l’émission newtonienne notamment grâce à l’influence de la Royal Society et de la culture mécaniciste issue de Newton. Les phénomènes optiques sont décrits en termes mécaniques, sans que l’aspect ondulatoire soit sérieusement pris en compte. Cette domination
de l’optique corpusculaire s’explique également par les difficultés posées à l’autre famille théorique d’expliquer la polarisation à l’aide d’une onde mécanique longitudinale. Enfin, les difficultés à concevoir une onde se propageant dans le vide et la nécessité de postuler un milieu de propagation hypothétique achèvent d’assoir la théorie de l’émission au XVIIIe siècle, bien que les deux théories coexistent dans les manuels.

Si le XVIIIe siècle a vu la domination de la théorie de l’émission, le XIXe siècle est le siècle de l’ondulatoire. Le siècle s’ouvre, dès 1801, avec l’expérience des fentes de Thomas Young (1773-1829). Le dispositif expérimental se compose d’un écran percé de deux fentes fines et parallèles, éclairé par une source lumineuse monochromatique. On observe le résultat sur un écran. Au lieu de voir deux bandes lumineuses correspondant aux deux fentes, comme cela devrait être le cas avec la théorie corpusculaire, on observe une figure constituée de franges alternées sombres et claires. Young interprète ces interférences avec le principe de Huygens. Les fentes jouent le rôle de sources secondaires cohérentes de lumière. La figure s’explique simplement avec la théorie ondulatoire. Ces franges résultent de l’interférence entre les deux ondes lumineuses issues des fentes. Elles sont constructives lorsque les deux ondes arrivent en phase et destructives lorsqu’elles arrivent en opposition de phase. Ce phénomène est interprété comme un argument décisif de la nature ondulatoire de la lumière.

S’appuyant sur les observations de Young, l’ingénieur français Augustin Fresnel (1778-1827) approfondit la théorie ondulatoire de la lumière en lui apportant un formalisme mathématique rigoureux. Son Mémoire sur la diffraction de la lumière (1818) (Fresnel, 1818) comprend notamment une explication ondulatoire du phénomène de diffraction. Ses travaux avec François Arago (1786-1853) sur la polarisation l’amènent à démontrer que la lumière est une onde transversale.

Leurs résultats conduisent à un renouveau de l’éther luminifère, désormais supposé être un fluide très subtil pour permettre la propagation des ondes transversales. Pour Fresnel, l’éther est une réalité physique, un fluide immatériel mais présent partout dans l’espace, y compris à l’intérieur des corps. Il est immobile mais partiellement entrainé par les milieux réfringents, selon le coefficient de Fresnel.

Les travaux de Fresnel seront poursuivis par Biot et Poisson. Poisson prédit notamment un effet, aujourd’hui connu sous le nom d’effet de Poisson. Il s’agit de la formation d’un point lumineux au centre de l’ombre d’un disque. Cet effet, prévu par la théorie ondulatoire, et confirmé expérimentalement, renforce considérablement la théorie ondulatoire de la lumière.

Aux yeux de ses contemporains, l’expérience de Léon Foucault (1819-1868) en 1850 constitue une experimentum crucis au sens baconien, c’est-à-dire une expérience décisive permettant de trancher entre deux théories concurrentes. Il s’agit d’une amélioration de l’expérience de Hippolyte Fizeau (1819-1896) de 1849 utilisant un système de miroir tournant. Elle est schématisée en figure 1 et consiste en une comparaison de la vitesse de la lumière dans l’eau et dans l’air. En effet, les deux familles théoriques sont en désaccord sur ce point précis : la théorie corpusculaire prédit que la lumière est plus rapide dans les milieux plus denses tandis que c’est l’inverse pour la théorie ondulatoire. Une comparaison de vitesse la lumière dans deux milieux différents devrait donc permettre de les départager. Foucault choisi de comparer la vitesse de la lumière dans l’eau et dans l’air en pour trancher entre les deux prédictions en comparant le décalage du faisceau réfléchi par le miroir tournant dans les deux milieux. En aboutissant à une vitesse de la lumière plus lente dans l’eau que dans l’air, l’expérience de Foucault permet alors d’éliminer la prédiction corpusculaire. Ce faisant, elle consolide l’ensemble du programme de recherche ondulatoire et fragilise les conceptions mécaniques.

Figure 1. Expérience de Foucault (1850).

La dernière pierre à l’édifice ondulatoire est apportée par la théorie de Maxwell, dans les années 1860. Maxwell unifie l’optique et l’électromagnétisme dans une même théorie, la théorie de l’électromagnétisme, régie par les équations dites de Maxwell. Ainsi il donne à la lumière une nature physique nouvelle : ni pure onde mécanique, ni simple corpuscule, mais champ oscillant autonome.

Aberration stellaire, double réfraction, expériences optiques

Au début du XVIIIe siècle, John Flamsteed (1646-1719), puis Bradley et Samuel Molyneux (1689-1728), cherchèrent à résoudre le problème soulevé par Nicolas Copernic (1473-1543) : observer la parallaxe d’une étoile provoquée par le mouvement orbital de la Terre – preuve expérimentale décisive en faveur de l’héliocentrisme. En 1726, Bradley et Molyneux entreprirent une série d’observations de l’étoile γ Draconis, dans le but de mesurer cette parallaxe et de vérifier les affirmations de Hooke, qui prétendait l’avoir détectée dès 1674.
Leur tentative échoua, mais elle mena Bradley à découvrir un tout autre phénomène : l’aberration de la lumière, due au mouvement orbital terrestre – première observation directe du mouvement de révolution de la Terre (Leverington, 2013, p. 166). Le choix de γ Draconis visait à minimiser les effets de la réfraction atmosphérique, l’étoile passant presque au zénith à Greenwich, permettant ainsi une orientation verticale du télescope. Les deux astronomes constatèrent une légère déviation de l’étoile, trop importante et orientée dans une direction incompatible avec celle attendue pour la parallaxe (Alexander, 1980, p. 388), bien que cette déviation suivît un cycle annuel similaire.

Molyneux interrompit ses observations avant de décéder en 1728, tandis que Bradley poursuivit les siennes à l’aide d’un nouveau télescope conçu par George Graham (1675-1751) en 1727. D’après Stephen Peter Rigaud (1774-1839), c’est au cours d’une promenade en bateau sur la Tamise que Bradley eut l’intuition de l’explication : observant les changements de direction d’une girouette au sommet du mât selon l’orientation du voilier, il fit le lien avec le phénomène observé (Spence, 2020, p. 52). Il en conclut que la déviation apparente de la lumière était le résultat combiné de la vitesse de la lumière et du mouvement de la Terre. En 1729, il adressa ses conclusions à la Royal Society sous la forme d’une lettre à Edmond Halley (1656-1742), alors astronome royal.

Figure 2. Le phénomène de l’aberration mis en évidence par Bradley (1728) : 12a pour un observateur au repos ; et 12b pour un observateur en mouvement.

Le phénomène d’aberration est illustré en figure 1. La figure 1a montre le cas d’un observateur au repos observant une étoile S à travers une lunette : le mouvement propre de l’étoile est ici négligeable en raison de sa distance. Le cas réel, celui d’un observateur en mouvement (Fig. 1b), fait apparaître une déviation du faisceau lumineux que l’on peut expliquer par le parallélogramme des vitesses (North, 2008, p.430). Si la lumière est observée à travers un tube étroit – comme une lunette ou un télescope – sur une Terre en mouvement, celui-ci doit être incliné pour que la lumière ne touche pas ses parois. L’angle d’aberration θ vérifie alors :

où v est la vitesse orbitale de la Terre et c celle de la lumière. Pour de petits angles, on a tan θ sensiblement égal à θ. Le rapport v/c est appelé constante d’aberration.

Le phénomène d’aberration est une découverte empirique sans théorie préalable. Il s’agit de ce que l’on peut appeler un résidu d’observation non prédit par une théorie quelconque. Bradley réalise une interprétation naturalisée, une analogie avec la pluie oblique et postule que le phénomène est la résultante de deux mouvement : celui de la lumière, dont il prédit une vitesse finie ; et du mouvement de révolution terrestre. D’abord interprété dans le cadre de la théorie corpusculaire de Newton, le phénomène de l’aberration fut pendant un temps considéré comme un argument en faveur de cette dernière (Darrigol, 2022, p. 88). En faisant dépendre l’interprétation de l’aberration de l’idée de mouvement de la Terre, Bradley assume son copernicianisme, qui l’avait amené à cette découverte fortuite en recherchant le phénomène de parallaxe stellaire. Avec la nécessité d’une vitesse finie de la lumière, mise en évidence par Ole Christensen Rømer (1644-1710) en 1676 (Fig. 2), la découverte de l’aberration met en évidence le rôle des constantes empiriques dans la pratique astronomique.

Figure 2. Détermination par Rømer de la vitesse de la lumière (1676).

Une première tentative d’explication à l’aide de la théorie ondulatoire est avancée par Leonhard Euler (1707-1783) en 1739 (Darrigol, 2022, p. 92). Son raisonnement est schématisé en figure 14. Les figures 2a et 2b représentent le cas pour un observateur au repos, où la source céleste effectue un mouvement rectilinéaire et uniforme à la vitesse v. Considérons un instant τ . Pendant ce temps τ la source se déplace de la position S à la position S’, séparées d’une distance vτ , la lumière parcourt la distance cτ de la source à l’observateur si
l’on considère la théorie ondulatoire (car la vitesse de la lumière dépend du milieu et non de la vitesse de la source). On a (Darrigol, 2022, p. 92) :

où α est l’angle formé par la direction apparente SO et la direction vraie de la source au moment de l’observation ; β est l’angle formé par la direction apparente SO et la direction du mouvement de la source SS’.

Figure 3. Diagrammes illustrant l’aberration d’une source en mouvement dans la théorie ondulatoire (a), dans la théorie corpusculaire (b) et l’aberration d’un observateur en mouvement dans les deux théories (c). Dans (a) et (b), l’étoile se déplace de S à S’ pendant le temps τ que met la lumière pour voyager de S à l’observateur O. Dans (c), l’observateur se déplace de O” à O pendant le temps τ que met la lumière pour voyager de S à O. D’après Darrigol (2022, p. 92).

Dans un second temps, Euler considère d’un observateur en mouvement à vitesse constante u. L’étoile est, cette fois-ci, fixe (Fig. 14c). En assumant que la source et l’observateur sont animés d’un même mouvement, on a v=u. Le problème se ramène au premier problème et l’angle d’aberration α est donné une nouvelle fois par l’équation précédente. En combinant la vitesse c de la lumière avec l’opposé de la vitesse de l’observateur ´u on obtient la direction apparente des rayons lumineux. On a, cette fois-ci (Darrigol, 2022, p. 93) :

Les deux équations diffèrent au second ordre. Euler compare ce résultat avec celui obtenu avec la théorie corpusculaire (Fig. 3b). Le résultat est parfaitement symétrique et l’angle d’aberration s’obtient à l’aide de la dernière équation dans les deux cas (b) et (c). Bien qu’il soit en faveur de la théorie ondulatoire, il considère son application au phénomène d’aberration moins bien adaptée que la théorie corpusculaire. Il explique cette divergence entre la théorie corpusculaire et la théorie ondulatoire par le mouvement existant par rapport à l’éther dans cette dernière. L’éther définit un cadre de référence privilégié dans lequel la lumière se propage à la vitesse c.

Un point épistémologique mis en évidence ici concerne l’émergence de phénomènes comme révélateurs d’hypothèses cachées dans les cadres théoriques. En effet, l’explication de l’aberration nécessite, notamment, une vitesse finie de la lumière ainsi qu’une propagation rectiligne. Concernant la théorie ondulatoire, le référentiel absolu de l’éther s’impose avec toutes ses problématiques : l’éther de Huygens est fixe et imprègne tous les corps. Or, si l’éther est fixe, pourquoi observe-t-on un décalage de l’image de l’étoile ?

Avec la mise en évidence de la nature ondulatoire de la lumière par l’expérience des fentes de Young de 1801, des stratégies d’adaptation du concept d’éther sont déployées. C’est le cas de Young lui-même, qui postule un éther au repos absolu :

Upon considering the phenomena of the aberration of the stars, I am disposed to believe, that the luminiferous ether pervades the substance of all material bodies with little or no resistance, as freely perhaps as the wind passes through a grove of trees.” (Darrigol, 2022, p. 93).

Le jeune Augustin Fresnel considère l’aberration stellaire dès 1814. Dans un premier temps, Fresnel pensait que l’aberration échappait à la théorie ondulatoire, pour finalement se raviser. Son raisonnement est schématisé en figure 4. Il considère, à la place de la lunette, un trou H dans un écran. L’observateur est en mouvement et parcourt la distance uτ de O à O’. Olivier Darrigol souligne que la propagation linéaire à vitesse finie est l’unique condition nécessaire pour son explication (Darrigol, 2022, p. 94).

Figure 4. L’aberration stellaire selon Fresnel. D’après Darrigol (2022, p. 94).

Il met de côté ces “rêveries” (Darrigol, 2022, p. 94) pour les exhumer par la suite. Nous l’avons vu, Fresnel considère un éther au repos absolu, non-perturbé par les corps en mouvement. Cela devrait permettre d’expliquer le phénomène d’aberration stellaire. Cependant l’expérience négative du prisme d’Arago (fig. 5) l’amène à considérer un éther partiellement entraîné par les milieux réfrigents. Cet entraînement dépend du coefficient d’entraînement α, donné par la relation :

Il est connu sous le nom de coefficient de Fresnel. Il dépend de l’indice optique n, qui est propre à chaque milieu réfringent. Il semble, pour autant, que l’on ait une contradiction avec l’éther stationnaire nécessaire à Fresnel pour expliquer le phénomène d’aberration. Le coefficient d’entraînement de Fresnel, ajustement calculatoire empirique, sans base mécanique claire, est introduit pour expliquer le résultat négatif du prisme achromatique, sans abandonner pour autant l’éther immobile.

Figure 5. Réfraction dans un prisme en mouvement selon Fresnel. D’après Darrigol (2022, p. 103).

Contredisant l’hypothèse de Fresnel et Young, qu’il juge en 1845 “very startling” (Darrigol, 2022, p. 97), George Gabriel Stokes (1819-1903) introduit un éther irrotationnel, afin d’expliquer l’aberration stellaire, et immobile par rapport à la Terre, l’éther étant “entangled with the earth’s atmosphere” (Darrigol, 2022, p. 99).

Figure 6. Expérience de Fizeau (1851).

Le coefficient de Fresnel sera confirmé expérimentalement par Fizeau (1851) et George Biddell Airy (1801-1892) en 1871. Le premier en comparant la vitesse de la lumière lorsqu’elle se propage à contre-courant de l’eau avec celle lorsqu’elle suit le courant (fig. 6). Le second, quant à lui, en observant le phénomène d’aberration à l’aide d’un télescope rempli d’eau, comme suggéré par Boscovich. Fizeau conclut (Darrigol, 2022, p. 107) :

The success of this experiment could induce us to admit Fresnel’s hypothesis, or at least the law he has found to express the change in the velocity of light in a moving body. Even though the truth of this law strongly confirms the hypothesis of which it is only a consequence, maybe Fresnel’s conception will appear so extraordinary, and, in some respects, so hard to believe, that one will demand still other proofs and the géomètres’ close scrutiny before adopting it as the expression of reality

On a ici une première confirmation quantitative du coefficient de Fresnel. L’éther devient un concept protecteur au sens de Lakatos — une entité rendue plus complexe pour sauver le noyau dur de la théorie ondulatoire.

L’expérience de Michelson et ses conséquences

Michelson réalise seul en 1881 une expérience (qu’il améliorera en 1887 avec Morley) afin de détecter au second ordre de l’aberration, en v2/c2, la vitesse absolue de la Terre par rapport à l’éther luminifère, supposé support immobile de la lumière. Il imagine pour cela un interféromètre composé de deux bras perpendiculaires. L’objectif est de comparer la différence de temps de parcours de la lumière sur les deux bras perpendiculaires : un des bras étant placé de manière à être parallèle au mouvement de la Terre dans l’éther ; l’autre bras étant ainsi perpendiculaire au mouvement de la Terre à travers l’éther.

L’expérience de Michelson est représentée en figure 7. La lumière est émise en S. Elle rencontre une lame semi-réfléchissante R, à partir de laquelle elle est dirigée dans les deux bras perpendiculaires. Elle est réfléchie dans chacun des bras par les miroirs M1 et M2 . En R, les rayons issus des deux bras interfèrent. La figure d’interférence est observée sur un écran en O. Elle comporte une tache claire au centre de cercles concentriques clairs et sombres. Le tout est placé sur un bain de mercure. L’un des bras, par exemple RM1 , est placé dans le sens du mouvement de la Terre au sein de l’éther.

Figure 7. Interféromètre de Michelson (1881).

Un éther au repos, non perturbé par le mouvement de la Terre, devrait produire un vent d’éther, à l’image du vent perçu par un voyageur dans un train.

Le principe est schématisé en figure 8. Pour le bras parallèle au mouvement de la Terre (fig. 8a) on doit avoir une distance parcourue l par la lumière réduite de uτ1, u étant la vitesse de la Terre par rapport à l’éther immobile et τ1 le temps mis par la lumière à parcourir la distance RM1. Dans le cas du bras perpendiculaire au mouvement (fig. 8b), la lame semi-réfléchissante se trouve être déplacée de 2 x uτ2, passant de R1 à R2 pendant le temps 2 x τ2 que met la lumière à parcourir le bras et à revenir.

Figure 8. Chemin emprunté par la lumière dans les deux bras de l’interféromètre de Michelson, vu depuis le référentiel attaché à l’éther : (a) pour le bras parallèle au mouvement ; (b) pour le bras perpendiculaire au mouvement. D’après Darrigol (2022, p. 113).

Ainsi, l’expérience de Michelson devait permettre de déceler le mouvement absolu de l’éther par rapport à l’éther immobile. Il n’en est rien. Oliver Lodge (1851-1940) reprend l’idée de l’interféromètre de Michelson afin de tester le mouvement de l’éther à proximité de masses en mouvement rapide. Il construit pour cela ce qu’il appelle une “ether whirling machine” (Darrigol, 2022, p. 114). L’expérience s’avère être négative, favorisant cette fois-ci un éther stationnaire.

Nous disposons ainsi au début du siècle d’une série de phénomènes qui semblent soutenir une théorie ondulatoire de la lumière et des phénomènes électromagnétiques : les expériences de Young, Arago et Fizeau, la théorie de l’électromagnétisme de Maxwell, basée sur l’hypothèse de l’éther. Or, nous avons un éther qui doit (i) être au repos par rapport aux étoiles lointaines, d’après le phénomène d’aberration ; (ii) être partiellement entraîné par les milieux transparents, selon le coefficient de Fresnel ; et (iii) dont l’existence semble impossible à mettre en évidence par des méthodes terrestres au second ordre de l’aberration.

As Lodge foresaw, physicists would need a new electromagnetic theory of light and matter in order to escape from the accumulating paradoxes of ether motion. (Darrigol, 2022, p. 114)

L’expérience négative de Michelson et Morley en 1887 impose l’idée qu’il est impossible de mettre en évidence le mouvement absolu de la Terre par rapport à l’éther, non seulement au premier ordre de l’aberration v{c, mais aussi au second ordre v2/c2 . Ainsi Lorentz écrit :

Now does this result entitle us to assume that the ether takes part in the motion of the Earth, and therefore that the theory of aberration given by Stokes is the correct one ? The difficulties which this theory encounters in explaining aberration seem too great for me to share this opinion, and I would rather try to remove the contradiction between Fresnel’s theory and Michelson result.

Pour expliquer les phénomènes optiques, Lorentz introduit onze hypothèses. “Si Lorentz s’en est tiré, ce n’est qu’en accumulant les hypothèses” (Eisenstaedt, 2018; Poincaré, 2013, p. 273, p. 19). Concernant le résultat spécifique de Michelson et Morley, il propose l’hypothèse connue sous le nom de contraction lorentzienne :

If we assume the arm which lies in the direction of the Earth’s motion to be shorter than the other by (1/2)Lv2/c2, and, at the same time, that the translation has the influence which Fresnel’s theory allows it, then the result of the Michelson experiment is explained completely.

Pour Poincaré, la contraction lorentzienne est un “véritable ‘coup de pouce’ donné par la nature pour éviter que le mouvement de la Terre puisse être révélé par les phénomènes optiques” (Poincaré (1901b, p. 536), cité par Paty (1994, p. 15)). Et il ajoute “cela ne saurait me satisfaire.”

Bibliographie

Alexander, A. F. O. (1980). Bradley, James. In Gillispie, C., editor, Dictionary of Scientific Biographies, volume II, pages 18–21. Charles Scribner’s Sons.
Ampère, A.-M. (1826). Théorie des phénomènes électro-dynamiques.
Ampère, A.-M. and Babinet, J. (1822). Exposé des nouvelles découvertes sur l’électricité et le magnétisme de Oersted, Arago… Chez Méquignon-Marvis.
Darrigol, O. (2022). Relativity principles and theories from Galileo to Einstein. Oxford University Press.
Eisenstaedt, J. (2018). The curious history of relativity : how Einstein’s theory of gravity was lost and found again. Princeton University Press.
Fresnel, A. (1818). Mémoire sur la diffraction de la lumière. Mémoires de l’Académie des Sciences.
Huygens, C. (2005). Traité de la Lumière.
Maxwell, J. C. (1873). A treatise on electricity and magnetism, volume 1. Oxford : Clarendon Press.
Newton, I. (2015). Optique.
Paty, M. (1994). Poincaré et le principe de relativité. In Congrès International Henri Poincaré, pages p–101. Akademie Verlag, Berlin/Albert Blanchard, Paris.
Poincaré, H. (1901b). Sur les principes de la mécanique. Bibliothèque du congrès international de philosophie, 3 :457–494.
Poincaré, H. (2013). La science selon Henri Poincaré : La science et l’hypothèse-La valeur de la science-Science et méthode. Dunod.



OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
Philippe Katz (29 octobre 2025). L’optique comme champ d’expérimentation crucial. Philosophie naturelle. Consulté le 14 mars 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/1523x


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