Optique vibratoire. Présentation générale.

Huygens a fait trois visites à Paris pendant sa jeunesse fructueuse : 1655. 1660-61 et 1663-64. À l'heure de son premier voyage, il a été connu pour sa conception de l'anneau de Saturne et pour sa contribution à la quadrature du cercle. Le deuxième voyage lui a permis de montrer sa première publication sur des rouages d'horloge : l’Horologium (1658), qui présente le premier modèle d'horloge de régulé par un pendule. Les héritiers de Galilée ont réclamé que l'invention a appartenu à Galilée lui-même, mais Huygens a dû aller manière plus loin qu'une addition simple d'un pendule à une horloge. On s'est mathématiquement avéré que le pendule a été prévu pour montrer exactement le même mouvement, et fait ainsi. Galilée a pensé que le pendule simple circulaire était isochrone et il a publié une preuve incorrecte de cette affirmation dans les Discorsi. Malgré cette querelle, Huygens a été profondément influencé par la philosophie naturelle de Galilée.

Jusqu'en Huygens 1672, Huygens ne s’est intéressé à l’optique que sous l’angle des calculs de dioptrique, qui lui étaient utiles pour concevoir des lunettes. Après la contribution de newton , qui publie une série d’articles sur la lumière et sur la couleur, Huygens va ajouter la question de la lumière à ses nombreux centres d’intérêt. Il rejette l'hypothèse newtonienne selon laquelle la lumière est faite de petites particules de matière légère, possédant des "accès" de facile réfraction ou de facile réflexion. Comment un morceau de matière pourrait-il savoir quand il est temps de rebondir ? Newton, étudiant les anneaux colorés apparaissant dans les lames minces, assigne à chaque couleur un nombre dans lequel nous reconnaissons aujourd’hui une longueur d’onde, mais qui n’a pas cette propriété au sein de sa théorie corpusculaire. Après Bartholin et Grimaldi, Huygens se concentre sur les propriétés du cristal ou du "spath" de l'Islande. En passant par le cristal, la lumière engendre deux réfractions. La théorie corpusculaire ne pouvait pas expliquer comment une quantité indiquée de particules pourrait réellement produire deux rayons avec d’égale intensité. Huygens imaginé, en 1677, que la lumière peut être une pression transmise en ondes sphériques et, dans le cas de la réfraction extraordinaire, sphéroïdales (la structure du cristal expliquant ainsi la double réfraction). Selon Huygens, chaque point dans l’onde est le commencement d'une autre onde et périodiquement, les ondelettes concourent en une courbe tangente commune. La loi de Snell ou de Descartes des sinus est facilement déduite dans des les cas des réfractions ordinaire et extraordinaire.

Le "principe de Huygens" ne permettait pas d’expliquer tous les phénomènes (la propagation rectiligne était un problème réel, par exemple, tout comme la polarisation) et la théorie de Newton conservait ainsi de nombreux avantages, malgré ses lacunes. C’est ainsi que commence une longue rivalité entre deux explications physiques de la lumière. Fresnel et Young, au XIXe siècle, retrouveront par d’autres moyens l’idée ondulatoire À la fin du Traité de la lumière, un chef d'œuvre dans l'histoire de la physique publié en 1690, nous trouvons aussi un opuscule intitulé: Discours de la cause de la pesanteur. Huygens rejette ici la loi newtonienne de l'attraction universelle publiée dans les Philosophiæ naturalis Principia mathematica (1687). A la critique du newtonianisme en optique, Huygens joint donc une attaque en règle de l’idée d’attraction. Il demeure attaché, en effet, à une physique qui sache utiliser des concepts intelligibles, ce qui n’est ni garanti par la théorie des accès ni même recherché dans celle de l’attraction universelle.
Huygens laisse, dans ses manuscrits, de nombreuses réflexions sur la nature des théories scientifiques, sur les relations entre la loi et le réel. Trop attaché au rationalisme, il a toujours refusé aux hypothèses de Newton le statut d’une véritable théorie physique. Trop lié à la science moderne, il a toujours, en revanche, admis la supériorité des lois de Newton sur celles des cartésiens mineurs qui se disputent, alors, l’héritage du maître. Son œuvre, bien plus qu’une simple collection de principes et de lois, nous incite à réfléchir aux rapport qu’il y a entre un principe (qui doit être fondé et compréhensible) et une loi (qui n’est qu’un rapport). Cette présence d’une réflexion philosophique chez celui qui fut l’un des plus grands physiciens de son époque nous montre, à l’évidence, le lien étroit entre la philosophie naturelle (ou physique) et la philosophie tout court.