La lumière lors de la naissance de la science moderne : des ondes qui se propagent.
Dès la fin du Moyen-Âge, en Italie, les « perspectivistes » du Quattrocento font apparaître un nouvel espace, homogène, ne distinguant plus régions céleste et terrestre. À leur suite, la science expérimentale vient contester la suprématie de la métaphysique. Désormais, le savant, qui vit et développe son activité à la cour des mécènes, cherche les applications pratiques, ne doit plus faire confiance qu’à sa seule raison, mais appliquer la méthode hypothético-déductive, s’appuyer sur la mécanique et sur les méthodes de contrôle des artisans pour progresser, puisque, comme l’affirme Galilée, le monde est « écrit en langage mathématique ». Les bases de la science moderne sont posées.
Kepler (1604) fait définitivement de la lumière un objet physique venant du point lumineux à l’œil, qu’il décrit avec justesse et précision. Il détermine le chemin optique des rayons lumineux au travers de cet œil et des instruments qu’il explique ou imagine (lentilles de verre, lunette astronomique, microscope…). Comme Ibn al-Haytham, il distingue les aspects que nous appellerions physiques, physiologiques et psychologiques de la vision. En 1632, Galilée pose le problème de la mesure de la vitesse de la lumière, le fait au sein d’une mécanique qui laisse à ses successeurs un monde unifié, connaissable par l’expérimentation et la mathématisation, dont elle résulte et qui la permet. Pour Descartes (Discours de la Méthode 1647) le but de la science est d’inventorier les phénomènes à expliquer, d’examiner s’ils peuvent être les effets produits par les causes que sont les principes. Ceux-ci restant à jamais hypothétiques (le monde a été créé par Dieu, dont la volonté échappe à notre entendement), quelques comparaisons suffisent à montrer que des causes peuvent se déduire les effets observés. Cet inventaire, cet examen, ces comparaisons, Descartes les développe dans la Dioptrique : l’univers est plein, empli de trois éléments : la « Terre » dont sont faits tous les corps visibles, les objets, les planètes ; l’ « Air subtil », ou « éther », invisible à l’œil nu, analogue à de petites sphères au contact animées de mouvements circulaires, uniformes et éternels. Cet éther s’insinue partout, emplit l’espace, se répartit en tourbillons, cause par entraînement le mouvement des planètes. Le troisième élément, le « Feu », est encore plus petit : il passe entre les sphères et l’éther, se concentre aux coins des tourbillons. La lumière nous provient des astres par une pression s’exerçant dans l’éther. Nous voyons comme un aveugle sent un obstacle au moyen de son bâton : par contact immédiat, conclut Descartes, qui a cru démontrer à partir de l’observation des éclipses de lune que « la lumière ne prend pas de temps à son passage ». Les yeux transmettent la sensation au cerveau. L’âme interprète. Descartes fait de sa conception du monde et de la lumière le résultat d’enchainements mécaniques, par contacts. Il explique les couleurs par tournoiements de petites sphères sous l’action des surfaces que la lumière rencontre.
Christiaan Huygens (1678-1690) développe les prémisses posées par Descartes au moyen de la méthode expérimentale de Galilée et les transforme ainsi en une théorie, au sens actuel du terme. Postulant un monde plein, empli de l’éther qui s’insinue partout, Huygens remarque que les sources lumineuses sont les lieux d’une agitation intense : les chocs engendrés par ces mouvements des corps enflammés heurtent les particules d’éther, se propagent dans toutes les directions, à la manière dont le tambour frappé produit dans l’air des ébranlements – des ondes – qui parviennent à nos oreilles et causent le son. À l’aide du crayon et du compas, Huygens parvient à rendre compte de la propagation rectiligne, de la réflexion, de la réfraction (en postulant que la lumière va moins vite dans l’eau que dans l’air) et d’une curieuse propriété que présentent les cristaux de calcite : ils dédoublent les images. Cette explication de la « double réfraction » lui permet de découvrir les propriétés anisotropes des cristaux, de les prévoir quantitativement, de les vérifier par l’expérience, de les expliquer par la structure invisible ordonnée des « molécules » cristallines. Sa théorie ondulatoire est élégante en ce qu’elle relie et explique et rassemble des faits jusqu’alors disparates. Elle n’explique pas cependant les couleurs. Malgré ce manque, la conception cartésienne du monde se montre féconde. Ses partisans peuvent valablement proposer que l’Univers est plein : c’est une immense horloge créée par Dieu, qui se repose le septième jour et n’intervient plus sur le monde que par ses miracles. A l’aide de la méthode hypothético-déductive, l’homme peut partir à la découverte de cette création, où tout est étendue et mouvement, décrire le monde en termes de géométrie : ainsi la lumière est une onde qui se propage. Faut-il donc rompre avec la très vieille théorie d’Ibn al-Haytham qui faisait de la lumière des corpuscules lancés en lignes droites dans un univers vide ? Il le semble.