_De la cause qui fait briser les rayons de la lumiere en passant d'une
substance dans une autre; que cette cause est une loi générale de la
Nature inconnue avant Neuton; que l'inflexion de la lumiere est encore
un effet de cette cause, &c._
NOUS avons déja vu l'artifice presque incompréhensible de la réflexion
de la lumiere, que l'impulsion connue ne peut causer. Celui de la
réfraction dont nous allons reprendre l'examen n'est pas moins
surprenant.
[Ce que c'est que réfraction.]
Commençons par nous bien affermir dans une idée nette de la chose
qu'il faut expliquer. Souvenons-nous bien, que quand la lumiere
tombe d'une substance plus rare, plus legére comme l'air, dans une
substance plus pesante, plus dense comme l'eau, & qui semble lui devoir
résister davantage, la lumiere alors quitte son chemin & se brise en
s'approchant d'une perpendicule, qu'on éleveroit sur la surface de
cette eau.
Mr. Le Clerc, dans sa Physique, a dit tout le contraire faute
d'attention. En son Livre cinq, chapitre huit: «Plus la résistance des
corps est grande, dit-il, plus la lumiere 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 le Clerc, & un homme qui auroit le malheur d'étudier la Physique
dans les Ecrits de cet Auteur, n'auroit 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.
[Illustration]
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 régle sa réfraction. Il fallut mesurer cette
incidence & ce brisement de la lumiere. Snellius trouva le premier
la proportion constante, suivant laquelle les rayons se rompent dans
ces différens milieux. On en fit l'honneur à Descartes. On attribue
toujours au Philosophe le plus accrédité les découvertes qu'il rend
publiques: il profite des travaux obscurs d'autrui, & il augmente sa
gloire de leurs recherches. La découverte de Snellius étoit alors un
Chef-d'œuvre de sagacité. Cette proportion découverte par Snellius est
très-aisée à entendre.
[Illustration]
[Ce que c'est que sinus de réfraction.]
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. 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
pourroient être un peu embarassez 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 lumiere 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
le cristal réfracte, brise la lumiere d'un neuvième plus fortement que
l'eau. Il faut donc savoir que dans tous les cas, & dans toutes les
obliquités d'incidence possibles, le cristal sera plus refringent que
l'eau d'un neuvième. Il s'agit de savoir non-seulement la cause de la
réfraction, mais la cause de ces réfractions différentes.
[Idée de Descartes ingénieuse, mais fausse.]
[Le corps le plus solide n'est pas le plus réfractant.]
[Preuve.]
Descartes a trouvé, à son ordinaire, des raisons ingénieuses &
plausibles de cette proprieté de la lumiere; mais là, comme en tout
le reste, mettant son esprit à la place des choses, il a donné des
conjectures pour des vérités. Il a feint que la lumiere, en passant
de l'air dans un milieu nouveau, plus épais, plus compact, y passe
plus librement, y est moins retardée dans sa tendance prétendue au
mouvement, & _moins retardée_, disoit-il, _moins troublée dans un
milieu dense, comme le verre, que dans un milieu moins épais, comme
l'eau_. Nous avons déja vu combien il s'abuse en assûrant que la
lumiere n'a qu'une tendance au mouvement. Nous avons vu que les rayons
se meuvent en effet, puisqu'ils changent de place à nos yeux dans
leurs réfractions. Mais son erreur ici est encore assez importante:
il se trompe en croyant que les corps les plus solides sont toujours
ceux qui brisent le plus la lumiere, & qui lui ouvrent en la brisant
un chemin plus facile. Il n'est pas vrai que tous les corps solides
réfractent, brisent plus la lumiere absolument, que les corps fluides;
car quoiqu'en effet l'eau opére une réfraction moins forte, absolument
parlant, que le verre; cependant par rapport à sa densité, elle opére
une réfraction plus forte. Il est bien vrai que la lumiere se brise
environ un neuvième davantage dans le verre, que dans l'eau; mais si
la réfraction suivoit le rapport de la densité, elle devroit, dans le
verre, aller fort au delà d'un neuvième. Imaginez deux hommes, dont
l'un aura quatre fois plus de force, que l'autre. Si le plus fort
ne porte qu'un poids une fois plus pesant, il sera vrai de dire que
par rapport à sa force, il n'a pas, à beaucoup près, tant porté que
l'autre; car il devroit porter quatre fois davantage.
L'ambre opére une réfraction bien plus forte que le cristal, par
rapport à sa densité. Peut-on dire cependant que l'ambre ouvrira
un chemin plus facile à la lumiere, que le cristal? C'est donc une
supposition fausse: _que la lumiere se brise vers la perpendiculaire,
quand elle trouve un corps transparent plus solide qui lui résiste
moins, parce qu'il est plus solide_.
Remarquez que toute expérience & tout calcul ruïne presque toutes les
idées de Descartes, quand ce grand Philosophe ne les fonde que sur
des hypothèses. Ce sont des perspectives brillantes & trompeuses qui
diminuent à mesure qu'on en approche. Tous les autres Philosophes ont
cherché des solutions de ce Problême de la Nature; mais l'expérience a
renversé aussi leurs conjectures.
[Méprise des autres grands Géométres à ce sujet.]
Barrow enseignoit, après le Pere Deschalles, que la réfraction de
la lumiere, en approchant de la perpendicule, se faisoit _par la
résistance du milieu_; que _plus un milieu résistoit au cours de la
lumiere, plus cette réfraction devoit être forte_.
Cette idée étoit le contraire de celle de Descartes; elle prouvoit
seulement qu'on va à l'erreur par différens chemins. Ils n'avoient qu'à
voir les expériences; ils n'avoient qu'à mesurer les réfractions qui se
font dans l'esprit de vin, beaucoup plus grandes que dans l'eau; ils
n'avoient qu'à considerer qu'assûrément l'esprit de vin ne résiste
pas plus que l'eau, & que cependant il opére une réfraction une fois
plus forte, ils auroient corrigé cette petite erreur. Aussi le Pere
Deschalles avoue qu'il doute fort de son explication.
[Grande découverte de Neuton.]
Enfin Neuton seul à trouvé la véritable raison qu'on cherchoit. Sa
découverte mérite assûrément l'attention de tous les Siècles. Car
il ne s'agit pas ici seulement d'une proprieté particuliere à la
lumiere, quoique ce fût déja beaucoup; nous verrons que cette proprieté
appartient à tous les corps de la Nature.
Considerez que les rayons de la lumiere sont en mouvement, que s'ils
se détournent en changeant leur course, ce doit être par quelque loi
primitive, & qu'il ne doit arriver à la lumiere, que ce qui arriveroit
à tous les corps de même petitesse que la lumiere, toutes choses
d'ailleurs égales.
Qu'une balle de plomb A. 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 lumiere; car ce rayon délié passe dans des pores, & cette balle,
dont la superficie est large, rencontre la superficie de l'eau qui la
soutient.
[Illustration]
[Attraction.]
Cette balle s'éloigne donc d'abord de la perpendiculaire B.; mais
lorsqu'elle a perdu tout ce mouvement oblique qu'on lui avoit imprimé,
elle est abandonnée à elle-même, elle tombe alors, à peu près suivant
une perpendiculaire, qu'on élèveroit du point où elle commence à
descendre. Or Neuton a découvert & a prouvé qu'il y a dans la Nature
une force, qui fait tendre tous les corps, en ligne perpendiculaire,
les uns vers les autres en proportion directe de leur masse. Donc cette
force (telle qu'elle soit) doit agir dans l'eau sur ce rayon; & la
masse du rayon étant incomparablement moindre que celle de l'eau, ce
rayon doit sensiblement être mu vers elle.
Regardez donc ce rayon de lumiere qui descend perpendiculairement de
l'air sur la surface de ce cristal.
[Illustration]
[L'attraction agit en perpendicule, & accélere la chûte des rayons.]
Comme cette ligne descend perpendiculairement, le pouvoir de
l'attraction, tel qu'il soit, agissant en ligne droite, le rayon ne se
détourne point de son chemin; mais il arrive plus promptement, qu'il
n'auroit fait en B., & c'est encore une vérité apperçue par Neuton.
Avant lui on croioit que ce rayon de lumiere étoit retardé dans
son cours en entrant dans l'eau. Au contraire, il y entre avec
accélération. Pourquoi? Parce qu'il y est porté, & par son propre
mouvement, & par celui de l'attraction que l'eau, ou le verre, lui
imprime. Ce rayon arrive donc en B. par cette force accélératrice plus
promptement qu'il n'eût franchi l'air.
Mais si nous considerons dans ce même bassin d'eau, ou dans cette même
masse de verre, ce rayon oblique qui tombe dessus, qu'arrive-t-il? Il
conserve son mouvement d'obliquité en ligne droite, & il en acquiert un
nouveau en ligne perpendiculaire.
Que cette attraction, que cette tendance, que cette espèce de
gravitation existe, nous n'en pouvons douter: car nous avons vu la
lumiere 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 de la
matiere. Les parties de la superficie d'un corps quelconque, éprouvent
donc ce pouvoir, avant qu'il pénétre l'intérieur de la substance, avant
qu'il parvienne au centre où il est dirigé. Ainsi dès que ce rayon est
arrivé près de la superficie du cristal, ou de l'eau, il prend déja un
peu en cette maniere le chemin de la perpendicule.
[Illustration]
[Lumiere brisée avant d'entrer dans les corps.]
Il se brise déja un peu en C. avant d'entrer: plus il entre, plus il
se brise; c'est que plus les corps sont proches, plus ils s'attirent,
& que celui qui a le plus de masse détermine vers lui, celui qui en a
moins. Ainsi il arrive à ce rayon de lumiere la même chose qu'à tout
corps, qui a un mouvement composé de deux directions différentes; il
n'obéït à aucune, & tient un chemin qui participe des deux. Ainsi ce
rayon ne tombe pas tout-à-fait perpendiculairement, & ne suit pas sa
premiere ligne droite oblique, en traversant cette eau, ou ce verre;
mais il suit une ligne qui participe des deux côtés, & qui descend
d'autant plus vîte, que l'attraction de cette eau, ou de ce cristal,
est plus forte. Donc loin que l'eau rompe les rayons de lumiere, en
leur résistant, comme on le croioit, elle les rompt en effet, parce
qu'elle ne résiste pas, &, 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 proprieté incontestable de la matiere.
Vous savez que beaucoup de gens, autant attachés à la Philosophie,
ou plutôt au nom de Descartes, qu'ils l'étoient auparavant au nom
d'Aristote, se sont soulevés contre l'attraction. Les uns n'ont pas
voulu l'étudier, les autres l'ont méprisee, & l'ont insultée après
l'avoir à peine examinée; mais je prie le Lecteur de faire les trois
réflexions suivantes.
[Il faut examiner l'attraction avant de se révolter contre ce mot.]
1º. Qu'entendons-nous par attraction? Rien autre chose qu'une force par
laquelle un corps s'approche d'un autre, sans que l'on voye, sans que
l'on connaisse, aucune autre force qui le pousse.
2º. Cette propriété de la matiere est établie par les meilleurs
Philosophes en Angleterre, en Allemagne, en Hollande, & même dans
plusieurs Universitez d'Italie, où des Loix un peu rigoureuses
ferment quelquefois l'accez à la Vérité. Le consentement de tant de
savans hommes n'est pas une preuve, sans doute; mais c'est une raison
puissante pour examiner au moins si cette force existe ou non.
3º. L'on devroit songer que l'on ne connait pas plus la cause de
l'impulsion, que de l'attraction. On n'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, comment les parties de la matiere gravitent
mutuellement. Aussi ne dit-on pas que Neuton se soit vanté de connaitre
la raison de cette attraction. Il a prouvé simplement qu'elle
existe: il a vu dans la matiere un phénomêne constant, une propriété
universelle. Si un homme trouvoit un nouveau métal dans la terre,
ce métal existeroit-il moins, parce que l'on ne connaitrait pas les
premiers Principes dont il seroit formé? Que le Lecteur qui jettera
les yeux sur cet Ouvrage ait recours à la discussion métaphysique sur
l'attraction, faite par Mr. de Maupertuis, dans le plus petit & dans
le meilleur Livre qu'on ait écrit peut-être en Français, en fait de
Philosophie. On y verra à travers la reserve avec laquelle l'Auteur
s'est expliqué, ce qu'il pense, & ce qu'on doit penser de cette
attraction, dont le nom a tout effarouché.
Nous avons vu dans le second chapitre, que les rayons réflechis d'un
Miroir ne sauroient 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 vuide derriere ce verre,
les rayons qui étoient transmis auparavant reviennent de ce vuide 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'entendoit pas
jusqu'à présent.
[Preuves de l'attraction.]
Or quelle sera cette puissance qui rompra ce rayon de lumiere dans
ce bassin d'eau? Il est démontré (comme nous le dirons au chapitre
suivant) que, ce qu'on avoit cru jusqu'à présent un simple rayon de
lumiere, est un faisceau de plusieurs rayons, qui se réfractent tous
différemment. Si de ces traits de lumiere 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, & en prenant dans l'air une nouvelle direction,
s'approchent moins de la perpendiculaire de ce verre, sont aussi ceux
qui se réflechissent le plus aisément, le plus vîte. Il y a donc déja
bien de l'apparence, que ce sera la même loi qui fera réflechir la
lumiere, & qui la fera réfracter.
Enfin, si nous trouvons encore quelque nouvelle propriété de la
lumiere, 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?
[Inflexion de la lumiere auprès des corps qui l'attirent.]
Voici cette nouvelle propriété qui fut découverte par le Pere
Grimaldi Jésuite vers l'an 1660. & sur laquelle Neuton 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 lumiere.
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,
& se détournent visiblement de leur chemin. Mettez 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 lumiere passe; que
cette lumiere vienne raser la pointe de ce métal.
[Illustration]
Vous verrez les rayons se courber auprès en telle maniere, que le rayon
qui s'approchera le plus de cette pointe, se courbera davantage, &
que celui qui en sera 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, assujeties à de nouvelles loix. Voilà
une inflexion de la lumiere, qui dépend évidemment de l'attraction.
C'est un nouvel Univers qui se présente aux yeux de ceux qui veulent
voir.
Nous montrerons bien-tôt qu'il y a une attraction évidente entre le
Soleil & les Planetes, une tendance mutuelle de tous les corps les
uns vers les autres. Mais nous avertissons ici d'avance, que cette
attraction, qui fait graviter les Planetes sur notre Soleil, n'agit
point du tout dans les mêmes rapports que l'attraction des petits
corps qui se touchent. Il faudra que l'on songe bien, que ces rapports
changent au point de contact. Qu'on ne croye point que la lumiere est
infléchie vers le cristal & dans le cristal, suivant le même rapport,
par exemple, que Mars est attiré par le Soleil. Tous les corps, comme
nous le verrons, sont attirez en raison inverse du quarré de leurs
distances; mais au point de contact, ils le sont en raison inverse des
cubes de leurs distances, & beaucoup plus encore. Ainsi l'attraction
est bien plus forte, & la force s'en dissipe bien plus vîte; & cette
attraction des corps qui se touchent, augmente encore à mesure que les
corps sont petits. Ainsi des particules de lumiere attirées par les
petites masses du verre, sont bien loin de suivre les loix du Systême
planétaire. Deux atomes, & deux Planetes telles que Jupiter & Saturne,
obéïssent à l'attraction, mais à différentes loix de l'attraction.
C'est ce que nous nous reservons d'expliquer dans l'avant dernier
Chapitre, & ce que nous avons cru nécessaire d'indiquer ici pour lever
toute équivoque.
[Illustration]
[Illustration]