Un effet Doppler-Fizeau méconnu : Roemer et la vitesse de la lumière / An unrecognized Doppler-Fizeau effect : Roemer and the speed of light - article ; n°3 ; vol.55, pg 411-430

Patrice Bailhache

Description

Revue d'histoire des sciences - Année 2002 - Volume 55 - Numéro 3 - Pages 411-430
RÉSUMÉ. — Roemer a établi la finitude de la vitesse de la lumière à partir des avances et des retards constatés dans les révolutions d'un satellite de Jupiter. Puisqu'il s'agissait, en fait, d'une modification de la fréquence apparente d'un phénomène périodique perçu par un observateur en mouvement, Roemer rencontrait ainsi, avant même qu'il soit scientifiquement défini, l'effet Doppler-Fizeau. On montre dans cet article comment l'analyse de Roemer peut être accordée à celle de cet « effet » bien connu et l'on tente d'évaluer son rôle de précurseur par rapport à Doppler et Fizeau.
SUMMARY. — Roemer proved that the speed of light is finite from the advances and retardations observed in the revolutions of a satellite of Jupiter. Since these variations are modifications of the apparent frequency of a periodic phenomenon viewed by a moving observer, Roemer thus came across the Doppler-Fizeau effect, even before it was clearly defined. In this paper, I show how Roemer's analysis can be harmonized with that well-known effect. I try to evaluate Romer as a precursor of Doppler and Fizeau.
20 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.

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• Publié par: REVUE_D-HISTOIRE_DES_SCIENCES
• Publié le: 01 janvier 2002
• Nombre de lectures: 40
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Extrait

M Patrice Bailhache
Un effet Doppler-Fizeau méconnu : Roemer et la vitesse de la
lumière / An unrecognized Doppler-Fizeau effect : Roemer and
the speed of light
In: Revue d'histoire des sciences. 2002, Tome 55 n°3. pp. 411-430.
Résumé
RÉSUMÉ. — Roemer a établi la finitude de la vitesse de la lumière à partir des avances et des retards constatés dans les
révolutions d'un satellite de Jupiter. Puisqu'il s'agissait, en fait, d'une modification de la fréquence apparente d'un phénomène
périodique perçu par un observateur en mouvement, Roemer rencontrait ainsi, avant même qu'il soit scientifiquement défini,
l'effet Doppler-Fizeau. On montre dans cet article comment l'analyse de Roemer peut être accordée à celle de cet « effet » bien
connu et l'on tente d'évaluer son rôle de précurseur par rapport à Doppler et Fizeau.
Abstract
SUMMARY. — Roemer proved that the speed of light is finite from the advances and retardations observed in the revolutions of a
satellite of Jupiter. Since these variations are modifications of the apparent frequency of a periodic phenomenon viewed by a
moving observer, Roemer thus came across the Doppler-Fizeau effect, even before it was clearly defined. In this paper, I show
how Roemer's analysis can be harmonized with that well-known effect. I try to evaluate Romer as a precursor of Doppler and
Fizeau.
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Bailhache Patrice. Un effet Doppler-Fizeau méconnu : Roemer et la vitesse de la lumière / An unrecognized Doppler-Fizeau
effect : Roemer and the speed of light. In: Revue d'histoire des sciences. 2002, Tome 55 n°3. pp. 411-430.
doi : 10.3406/rhs.2002.2160
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/rhs_0151-4105_2002_num_55_3_2160Un effet Doppler-Fizeau méconnu :
Roemer et la vitesse de la lumière (*)
Patrice Bailhache (**)
RÉSUMÉ. — Roemer a établi la finitude de la vitesse de la lumière à partir
des avances et des retards constatés dans les révolutions d'un satellite de Jupiter.
Puisqu'il s'agissait, en fait, d'une modification de la fréquence apparente d'un phé
nomène périodique perçu par un observateur en mouvement, Roemer rencontrait
ainsi, avant même qu'il soit scientifiquement défini, Y effet Doppler-Fizeau. On
montre dans cet article comment l'analyse de Roemer peut être accordée à celle de
cet « effet » bien connu et l'on tente d'évaluer son rôle de précurseur par rapport à
Doppler et Fizeau.
MOTS-CLÉS. — Vitesse de la lumière ; effet Doppler ; effet Doppler-Fizeau.
SUMMARY. — Roemer proved that the speed of light is finite from the advan
ces and retardations observed in the revolutions of a satellite of Jupiter. Since these
variations are modifications of the apparent frequency of a periodic phenomenon vi
ewed by a moving observer, Roemer thus came across the Doppler-Fizeau effect, even
before it was clearly defined. In this paper, I show how Roemer 's analysis can be
harmonized with that well-known effect. I try to evaluate Romer as a precursor of
Doppler and Fizeau.
KEYWORDS. — Speed of light ; Doppler effect ; Doppler-Fizeau effect.
Dans les années 1670, la nature de la lumière et sa vitesse
n'étaient pas encore déterminées (1). Les cartésiens affirmaient que
(*) Je trouve la même idée présentée succinctement par l'astronome Erling Poulsen,
http://www.rundetaarn.dk/engelsk/observatorium/light.htm. Je tiens par ailleurs à remercier
Jacques Gapaillard pour les conseils et les indications numériques précises qu'il m'a aimable
ment donnés. Je remercie également la rédaction de la Revue d'histoire des sciences pour les
critiques constructives et stimulantes qu'elle a formulées envers la première version de cet
article.
(**) Patrice Bailhache, Centre François- Viète, Faculté des sciences et des techniques, 2, rue
de la Houssinière, BP 92208, 44322 Nantes Cedex 3. E-mail : patrice. [e-mail]-
nantes.fr.
(1) L'idée que la lumière se propage à une vitesse finie remonte au moins à Empédocle
(Ve siècle av. J.-C). Aristote mentionne cette conception (Traité de l'âme, II, VI, 418 b 20, et
Du sens, VI, 446 a 26) et la juge invraisemblable.
Rev. Hist. ScL, 2002, 55/3, 411-430 412 Patrice Bailhache
la lumière est produite par un mouvement de matière subtile, ou
plus exactement par une tendance au mouvement, ainsi que l'avait
expliqué le maître dans la Dioptrique en 1637 (2). Une importante
conséquence était que la lumière se propage instantanément, donc
à une vitesse infinie. Bien que Descartes fasse fréquemment appel à
un modèle corpusculaire, on doit noter que cette idée de mouve
ment sans transport de matière rapproche sa conception des futures
théories ondulatoires. Or ces théories viennent naturellement à
l'esprit quand on a l'idée de comparer la lumière au son, une idée
qui commence à émerger vers cette époque (3). En 1665, Grimaldi,
qui découvre un nouveau mode de propagation, la diffraction,
pense que la lumière est un corps différent de la matière. Précisé
ment, il la compare au son et dit qu'elle se meut extrêmement vite.
Pour lui, sa vitesse est donc très grande, mais finie (4). La même
année, Hooke élabore une théorie de la lumière comme mouvement
vibratoire de la matière. Il a même l'intuition du caractère transvers
al des vibrations, bien qu'il n'en tire aucune conséquence pour
(2) « [La lumière] n'est autre chose qu'un certain mouvement ou une action fort
prompte et fort vive qui passe vers nos yeux par l'intermédiaire de l'air ou d'autres corps
transparents, de même façon que le mouvement ou la résistance des corps que rencontre cet
aveugle passe vers sa main par l'intermédiaire de son bâton » (Descartes, Dioptrique, cité par
Marie-Antoinette Tonnelat, in René Taton, La Science moderne de 1450 à 1800 (Paris : PUF,
« Quadrige »)).
Dès 1634, dans une lettre très probablement destinée à Beeckman (qui pensait pouvoir
prouver expérimentalement la finitude de la vitesse de la lumière), Descartes développe un
argument contre la non-instantanéité de la propagation de la lumière, fondé sur
l'observation des éclipses de Lune (voir Lettre de Descartes à [Beeckman], Amsterdam,
22 août 1634, in Œuvres de Descartes, éd. Charles Adam et Paul Tannery (Paris : Vrin-CNRS,
1964-1974)).
Galilée pensait à peu près comme Beeckman. Dans la « Première journée » des Discorsi
(Edizione Nazionale, VIII, 87-89 ; trad, franc, de Maurice Clavelin (Paris : Armand Colin,
1970, 38-39)), il souligne que les expériences habituellement invoquées comme preuves de la
propagation instantanée de la lumière montrent seulement que cette propagation est ou bien
instantanée, ou bien très rapide, sans permettre de trancher. Galilée est plutôt d'avis que
cette propagation n'est pas instantanée et imagine une expérience réalisée de nuit par deux
personnages couvrant et découvrant des lanternes de façon rythmée tout en s'éloignant jus
qu'à deux à trois milles. Galilée envisage même de porter cette distance à une dizaine de mill
es, les expérimentateurs faisant alors usage de lunettes astronomiques.
(3) « Un progrès décisif [...] semble accompli en effet quand on rapproche la lumière du
son qui, on le sait, est dû aux ébranlements de l'air. Léonard de Vinci semble avoir soup
çonné cette parenté que Galilée explicite réellement » (Tonnelat, in Taton, op. cit. in
n. 2, 317).
(4) Francesco Maria Grimaldi, Physico-mathesis de Lumine, coloribus et iride (Bologne,
1665). Voir Tonnelat, in Taton, op. cit. in n. 2, 321, et Vasco Ronchi, Histoire de la lumière,
traduit de l'italien par Juliette Taton (Paris : Armand Colin, 1956), 122 sqq. Un effet Doppler-Fizeau méconnu 413
l'explication de la polarisation, phénomène encore à peine décelé. Il
admet une propagation quasi instantanée, que dans les
corps transparents, il pense lui aussi que la vitesse est très grande
mais non infinie (5). Du reste, le comportement de la lumière dans
les corps transparents est aussi une énigme non résolue. Pour
démontrer la loi des sinus de la réfraction, Descartes avait imaginé
que la lumière allait d'autant plus vite que le milieu était plus
dense, hypothèse en contradiction avec sa supposition d'une trans