Woldemar Voigt

Woldemar Voigt, né le 2 septembre 1850 à Leipzig et mort le 13 décembre 1919 à Göttingen, est un physicien allemand. Il est connu pour ses travaux sur la cristallographie, l'électromagnétisme et la relativité restreinte : il a notamment travaillé avec Hendrik Lorentz et Henri Becquerel. Il a aussi accompli des travaux en théorie de l'élasticité.

Biographie

À partir de 1878, il a réformé et élargi les bases de l'approche ondulatoire précédemment formulée par Fresnel. En 1883, il a essayé de développer une théorie de la propagation de la lumière dans l'espace vide à base d'un éther lumineux. Il a ensuite donné son modèle mécanique et se consacre à une théorie phénoménologique[1]. La forme définitive de sa théorie est présentée dans le volume III de son Kompendium der theoretischen Physik[2]. La théorie de l'optique de Voigt est comparée à d'autres théories dans Handbuch der Physik (1984)[3].

Il a laissé son nom :

à la notation de Voigt utilisée en analyse tensorielle,
à la moyenne de Voigt en élasticité.
au modèle rhéologique de Kelvin-Voigt
au profil de Voigt, profil de raie utilisé par exemple en diffraction des rayons X ou dans la description de la largeur Doppler d'une raie spectrale
et à la transformation de Voigt.

Transformation de Voigt

Dès 1886, Voigt étudie le problème des repères laissant invariante la vitesse de la lumière, voie qui sera reprise par Albert Einstein et qui le mènera à formuler la théorie de la relativité. Il est le premier à former des équations apparentées à la transformation de Lorentz, la transformation de Voigt[4], et démontre l'invariance de l'équation des ondes dans cette transformation[5]. Leurs points de départ étaient une équation aux dérivées partielles pour des ondes transversales et une forme générale de la transformation de Galilée. Comme le souligne H. A. Lorentz dans une note de bas de page 198 de son livre Theory of Electrons[6], Voigt a donc prévu la transformation de Lorentz[7]. Le travail de pionnier de Voigt en 1887 doit avoir été connu du créateur de la théorie moderne de la relativité, parce que ce travail a été cité en 1903 dans les Annalen der Physik[8] et Voigt a aussi correspondu avec Lorentz en 1887 et 1888 sur l'expérience de Michelson-Morley. Il est également certain que Joseph Larmor[9] connaissait la transformation de Voigt. Elle peut être écrite en notation moderne[10] :

x^{\prime }=x-vt,\quad y^{\prime }={\frac {y}{\gamma }},\quad z^{\prime }={\frac {z}{\gamma }},\quad t^{\prime }=t-x{\frac {v}{c^{2}}}

,

où $\gamma =1/{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}$ est le facteur de Lorentz.

Notes et références

Woldemar Voigt, „Phänomenologische und atomistische Betrachtungsweise“, in: Die Kultur der Gegenwart (Paul Hinneberg, Ed.), 3. Teil, 3. Abteilung, 1. Band: Physik, Berlin/Leipzig 1915, pages 714 - 731.
Woldemar Voigt, Kompendium der theoretischen Physik, Bd. I: Mechanik und nichtstarre Körper, Wärmelehre, Bd. II: Elektrizität und Magnetismus, Optik, Leipzig 1895-96.
Handbuch der Physik, 2. Band, 1. Abteilung, Breslau 1894, pages 657 - 674.
Ernst, A. och Hsu, J.-P.; First proposal of the universal speed of light by Voigt 1887 Chinese Journal of Physics (2001), pag 211-230 Vol 39-3; A translation of Voigt (1887a) to english.
Woldemar Voigt (1887) „Über das Doppler'sche Princip“, Göttinger Nachr., Nr. 8, 41 - 51; réimprimé avec des commentaires supplémentaires de Voigt dans Physikalische Zeitschrift XVI, 381-396 (1915).
H. A. Lorentz, Theory of Electrons; Leipzig 1909.
Lorentz a écrit sur le sujet dans son livre Theory of Electrons dans la note de bas de page 198 : « In a paper `Über das Dopplersche Prinzip' published in 1887 (Gött. Nachrichten p. 41) and which to my regret has escaped my notice all these years, Voigt has applied to equations of the form 6 (§ 3 of this book) $[\Delta \Psi -{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\Psi }{\partial t^{2}}}=0\ ]$ a transformation equivalent to the formulae (287) and (288) (à savoir la transformation de Lorentz). The idea of the transformation used above (and in § 44) might therefore have been borrowed from Voigt and the proof that it does not alter the form of the equation for the free ether is contained in his paper. »
Cf. Emil Kohl, « Über ein Integral der Gleichungen für die Wellenbewegung, welches dem Dopplerschen Prinzipe entspricht », Annalen der Physik, vol. 11, n^o 5,‎ 1903, p. 96 - 113.
Cf. Charles Kittel, « Larmor and the Prehistory of the Lorentz Transformation », American Journal of Physics, vol. 42,‎ 1971, p. 726 - 729.
Miller, Arthur I.; Albert Einstein’s special theory of relativity. Emergence (1905) and early interpretation (1905–1911). Addison–Wesley, Reading (1981), pages 114–115. (ISBN 0-201-04679-2)

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[1] Woldemar Voigt, „Phänomenologische und atomistische Betrachtungsweise“, in: Die Kultur der Gegenwart (Paul Hinneberg, Ed.), 3. Teil, 3. Abteilung, 1. Band: Physik, Berlin/Leipzig 1915, pages 714 - 731.

[2] Woldemar Voigt, Kompendium der theoretischen Physik, Bd. I: Mechanik und nichtstarre Körper, Wärmelehre, Bd. II: Elektrizität und Magnetismus, Optik, Leipzig 1895-96.

[3] Handbuch der Physik, 2. Band, 1. Abteilung, Breslau 1894, pages 657 - 674.

[ernst&hsu-4] Ernst, A. och Hsu, J.-P.; First proposal of the universal speed of light by Voigt 1887 Chinese Journal of Physics (2001), pag 211-230 Vol 39-3; A translation of Voigt (1887a) to english.

[5] Woldemar Voigt (1887) „Über das Doppler'sche Princip“, Göttinger Nachr., Nr. 8, 41 - 51; réimprimé avec des commentaires supplémentaires de Voigt dans Physikalische Zeitschrift XVI, 381-396 (1915).

[6] H. A. Lorentz, Theory of Electrons; Leipzig 1909.

[7] Lorentz a écrit sur le sujet dans son livre Theory of Electrons dans la note de bas de page 198 : « In a paper `Über das Dopplersche Prinzip' published in 1887 (Gött. Nachrichten p. 41) and which to my regret has escaped my notice all these years, Voigt has applied to equations of the form 6 (§ 3 of this book) $[\Delta \Psi -{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\Psi }{\partial t^{2}}}=0\ ]$ a transformation equivalent to the formulae (287) and (288) (à savoir la transformation de Lorentz). The idea of the transformation used above (and in § 44) might therefore have been borrowed from Voigt and the proof that it does not alter the form of the equation for the free ether is contained in his paper. »

[8] Cf. Emil Kohl, « Über ein Integral der Gleichungen für die Wellenbewegung, welches dem Dopplerschen Prinzipe entspricht », Annalen der Physik, vol. 11, n^o 5,‎ 1903, p. 96 - 113.

[9] Cf. Charles Kittel, « Larmor and the Prehistory of the Lorentz Transformation », American Journal of Physics, vol. 42,‎ 1971, p. 726 - 729.

[10] Miller, Arthur I.; Albert Einstein’s special theory of relativity. Emergence (1905) and early interpretation (1905–1911). Addison–Wesley, Reading (1981), pages 114–115. (ISBN 0-201-04679-2)