LORENTZ HENDRIK ANTOON (1853-1928)

Les équations du champ électromagnétique

Peu d'années avant que Hendrik Antoon Lorentz commençât ses travaux scientifiques, James Clerk Maxwell avait synthétisé la connaissance des phénomènes électriques et magnétiques connus au moyen d'un système d'équations valable pour tout milieu matériel.

Maxwell définissait quatre champs, deux de nature électrique et deux de nature magnétique, fonctions de l'espace et du temps, et caractéristiques de l'état de tension de la matière dite pondérable. Comme les phénomènes électromagnétiques se présentent aussi dans le vide, on s'imaginait que le vide était rempli par une sorte de matière impondérable et mystérieuse, qu'on appelait l'éther lumineux. L'expérience montrait que, dans la matière pondérable, il existait entre les deux champs électriques une relation qui dépendait du milieu considéré ; dans le vide, ces deux champs étaient proportionnels. Les deux champs magnétiques étaient liés entre eux d'une manière analogue.

Lorentz réussit à simplifier et à clarifier cette théorie, en postulant que la matière n'est pas continue, mais formée d'une collection de particules électriquement chargées qui se trouvent dans le vide. Lorentz appelle ces particules microscopiques des électrons, d'où le nom, qu'on utilise toujours, de théorie des électrons ; mais il désigne indifféremment ainsi toutes les particules porteuses de charges positives ou négatives (dans la terminologie moderne : noyaux et électrons). Celles-ci produisent dans le vide qui les sépare un champ électromagnétique « microscopique », constitué d'un seul champ électrique et d'un seul champ magnétique. Lorentz décrit ces champs au moyen d'équations « microscopiques » élémentaires, puis il en déduit, par un procédé mathématique qui permet d'effectuer des moyennes statistiques sur un très grand nombre de particules, les équations de Maxwell, qui sont valables pour la matière considérée globalement et, donc, appelées souvent « macroscopiques ». Les équations ne contiennent plus que deux champs indépendants ; les deux autres champs introduits par Maxwell découlent de propriétés de la matière.

Propriétés optiques

Dans sa thèse de doctorat de 1875, intitulée Sur la théorie de la réflexion et de la réfraction de la lumière, Lorentz reprit une idée de Maxwell (1865), selon laquelle la lumière est une oscillation électromagnétique. Jusqu'à ce moment l'explication des lois de la réflexion et de la réfraction de la lumière était fondée sur la théorie ondulatoire de Huygens, élaborée par Fresnel en 1821, où l'on considérait la lumière comme le mouvement vibratoire d'un milieu élastique. Lorentz montra que ces lois pouvaient être déduites des équations[...]