Newton et Goethe

"Ayant reconnu la lumière dans sa pureté et dans sa vérité, je me suis cru obligé de combattre pour elle" (4 janvier 1824, Conversations de Goethe avec Eckermann)

Dès la première publication de la Farbenlehre, l'opposition du monde scientifique fut franche et massive. Il faut dire que Goethe, ayant déjà connu l'indifférence, l'injustice, voire l'hostilité, des savants ( à propos de la découverte de l'os inter-maxillaire ou de la Métamorphose des plantes par exemple), y attaque violemment Newton et ses partisans. Mais qu'y a-t'il dans la théorie de Newton qui ait mérité les foudres de Goethe, son lyrisme féroce et l'amertume de la fin de ses jours?

Depuis le livre de Michel Blay La conceptualisation newtonienne des phénomènes de la couleurs, il n'est plus possible d'écrire sans hésiter que la lumière est composite et qu'elle contient sept couleurs. Pour ceux qui ne l'auraient pas lu (ce livre n'´tant plus disponible chez l'éditeur) voilà un rappel de la théorie de Newton et des raisons pour lesquelles Goethe la combattait si vivement :

 

1. Contexte	2. la lettre à la Royal Society	3. Mathématisation
4. Erreurs	5. Hypothèse, vérification, conclusion	6. Le montage expérimental

 

1. Contexte

2. La lettre à la Royal Society

Rappelons brièvement l'énoncé principal de cette théorie, telle qu'elle est décrite par Isaac Newton dans la lettre à Oldenburg du 6 février 1672*  : les couleurs sont contenues dans la lumière et sont diversement réfrangibles ; cette conclusion semble (nous verrons qu' il n'en est rien) faire suite à l'expérience suivante :

• Dans une pièce obscure, un rayon de lumière passe dans un prisme de verre et se disperse en sept couleurs : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet. "ce fut au début un très agréable divertissement de voir ces couleurs vives et intenses." (idem)

• Une couleur prismatique, isolée des autres en passant dans une ouverture pratiquée dans la surface de projection, passe à travers un second prisme qui ne la disperse plus : il n'y a ni modification de cette couleur, ni modification de sa réfrangibilité. "[cette couleur] je n'ai jamais pu la voir changer in specie." (idem)

• Les couleurs, émergeant du prisme, sont mélangées en passant dans une lentille convexe et font apparaître le blanc : ".la composition la plus surprenante et la plus extraordinaire." (idem)

3. Mathématisation

Newton, comme aucun physicien ne l'a vraiment fait avant lui, veut créer un modèle mathématique de l'apparition des couleurs dans un prisme ; il mesure presque tout : le diamètre de l'ouverture par laquelle entre la lumière, les angles de la section triangulaire du prisme, la distance entre celui-ci et l'écran où se projettent les couleurs, la largeur et la longueur de l'image projeté sur l'écran, et après avoir réduit le faisceau lumineux et son image réfractée à deux droites, il mesure les angles d'incidence, de réfraction et de déviation ; de ces mesures, il déduit l'indice de réfraction de son prisme.

4. Erreurs

Manière de voir

Façon de parler

Manière de voir. Faire passer un faisceau de lumière solaire à travers un prisme de verre n'a jamais rien appris à Newton : comme il l'a écrit, il s'est d'abord amusé à regarder les couleurs ; D'ailleurs il n'est pas le premier à faire passer de la lumière dans un prisme : Thierry de Freiberg, Porta, Descartes, Boyle, Hooke (et d'autres) l'ont fait avant lui. Cette "expérience", abondamment illustrée, figure pourtant en introduction à de nombreux ouvrages, au point de devenir l'emblème, très colorée, de la théorie newtonienne. Mais c'est l'expérience où Newton isole une des couleurs spectrales et la fait passer dans un deuxième prisme qui est son experimentum crucis, c'est à dire l'expérience cruciale qui permettra de rompre définitivement avec les théories précédentes. La plupart des auteurs de vulgarisations ne la mentionnent pas , alors qu'elle seule pourrait prouver que les couleurs ne sont pas un effet des surfaces du prisme ou que ces couleurs ne sont pas divisibles ou qu' elles sont de "réfrangibilité" variables : s'étant assuré que la lumière monochromatique, quelque soit sa couleur, arriverait toujours sur le second prisme avec le même angle d'incidence, Newton peut comparer l'angle de réfraction d'une couleur après le passage dans le premier prisme, à l'angle de réfraction de cette couleur à la sortie du second prisme. Il constate que la lumière colorée ne présente pas d'autre couleur que la sienne (elle n'est plus divisée par le second prisme) et que son angle de réfraction reste le même.

représentation schématique de l'expérience "cruciale" de Newton

 

Mais Newton s'est trompé : une couleur spectrale isolée et passant par un second prisme, se "re-décompose", elle montre des couleurs à ses extrémités, et suivant celles avec lesquelles elle s'additionne, se confond, elle semble se déplacer vers le haut ou vers le bas : ce qui peut expliquer que l'angle de réfraction de cette couleur ne soit pas très différent à la sortie du deuxième prisme de ce qu' il est à la sortie du premier. Cette observation est tellement contraire au postulat d'une lumière composite que le physicien l'escamota.

 

Façon de parler. La recomposition de la lumière blanche, censée montrer la nature composite de la lumière, ne fait qu'obéir au langage la décrivant : si la lumière se "recompose" c'est qu'elle était "décomposée" et si elle était décomposée, c'est qu'elle est "composite" ! c'est un exemple de sophisme.

On pourrait décrire autrement ce phénomène sans qu'il soit nécessaire de parler de la nature des couleurs, de supposer leur mode d'apparition : le fait est que lorsqu'on regarde à travers deux primes, s'ils sont tenus inversés l'un par rapport à l'autre et après quelques ajustements s'il sont d'angles différents, on ne voit aucune couleur : pas plus que si on fait passer un rayon de lumière à travers un milieu à face parallèles (regardez une tache de lumière solaire sur une feuille blanche derrière une fenêtre). Que les couleurs prismatiques, appariées par des jeux de prisme ou par une lentille concave, disparaissent, n'implique pas que la lumière soit composite !

5. Hypothèse, vérification, conclusion

D'abord, le scientifique émet une hypothèse : la lumière est composite ; il devrait alors procéder à des expériences pour valider ou invalider cette hypothèse ; si l'expérience est concluante, l'hypothèse sera retenue, sinon elle sera modifiée. Ce sont les grands moments de la science expérimentale : hypothèse, vérification, conclusion. Mais Newton a choisi l'expérience qui semblait le mieux prouver son hypothèse : L'experimentum crucis a bien validé son hypothèse mais c'est une expérience qu' il a soigneusement ordonné (contrairement à ce que laisse entendre le ton de sa lettre) après avoir rejeté celles qui risquaient de contredire son hypothèse d'une lumière composite ; un montage expérimental, assorti de mesures assez précises afin qu' il puisse être facilement reproduit par d'autres physiciens et leur garantir le résultat annoncé : les couleurs composent la lumière.

6. Le montage expérimental

Newton a arrangé son expérience de la manière suivante :

• la lumière entre par une petite ouverture d'à peu près 6mm (1/4 de pouce).

• le prisme est disposé de telle façon que l'angle de déviation soit minimal (l'angle d'incidence et l'angle de réfraction sont alors presque égaux) l'image "spectrale" est donc la plus longue et la plus éloignée possible de la forme du diaphragme.

• la distance entre le prisme et l'écran est d'un peu plus de 7 m.

Quand ces conditions sont réunies, le "spectre", annoncé par Newton et censé prouver sa théorie, est très étiré (à peu près 36 cm !). Sur une telle image, aux limites horizontales très floues, les transitions entre les couleurs s'étalent au point qu'il a été possible de les nommer (il a été possible d'y ajouter orange et indigo, le nombre des couleurs était désormais de sept, comme les notes de musique). Newton, en organisant cette expérience, après avoir étudié un cas particulier, a imposé une loi générale (mais s'il arrive qu'un savant anglais se trompe, devrait-on en déduire que tous les savants sont anglais et se trompent ?).

Un tel montage expérimental était évité par les contemporains de Newton pour l'étude des couleurs, alors : Que se passerait-il si le diaphragme était plus grand ? Qu'arriverait-il si l'angle de déviation du prisme était plus grand ? Que verrions-nous si l'écran était à une autre distance ? (que verrions-nous donc dans la majorité des cas ?)

Ce qu'a observé Goethe. ( Description)