Woldemar Voigt

Fonction
Recteur; Université de Göttingen
Naissance	2 septembre 1850; Leipzig
Décès	13 décembre 1919 (à 69 ans); Göttingen
Nationalité	saxonne
Formation	Université de Königsberg; Université de Leipzig
Activités	Physicien, professeur d'université, cristallographe
Fratrie	Elisabeth Böttcher (d)
Conjoint	Marie Voigt (d)
Enfant	Julius Ernst Voigt (d)
A travaillé pour	Université de Göttingen (1883-1919); Université de Königsberg (1875-1883)
Membre de	Académie nationale des Lyncéens (1898); Royal Society (1913); Académie royale danoise des sciences et des lettres; Académie royale néerlandaise des arts et des sciences; Académie des sciences de Göttingen; Académie Léopoldine; Académie bavaroise des sciences; Académie royale des sciences de Prusse; Leipziger Universitäts-Sängerschaft zu St. Pauli in Mainz (d)
Conflit	Guerre franco-allemande de 1870
Directeur de thèse	Franz Ernst Neumann (1874)
Distinctions	Liste détaillée Membre d'honneur du Physikalischer Verein (d) (1907); Membre étranger de la Royal Society (1913); Docteur honoris causa de l'université de Genève; Docteur honoris causa de l'université de St Andrews; Ordre de l'Aigle rouge, 3e classe

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 est aussi l'auteur de travaux en théorie de l'élasticité.

Biographie

Élève au lycée classique Saint-Thomas de Leipzig^[1] (1862-1867), il y montre des talents musicaux qui lui permettent de diriger des concertos de Bach, pour lesquels il rédige des notices musicologiques. Il étudie ensuite les mathématiques et la physique à l'université de Leipzig (octobre 1867 - été 1871), tout en étant membre de la chorale de l'université^[2]. À 20 ans, il prend part à la guerre de 1870 comme lieutenant dans le 108^e régiment de tirailleurs (de). Il accède en 1880 au grade de premier-lieutenant du régiment d'infanterie de la Landwehr de Dresde.

Il reprend ses études en 1871 à l'université de Königsberg, où il bénéficie des cours de physique théorique de Franz Ernst Neumann. Sa thèse de doctorat, soutenue en mars 1874, est consacrée à l'élasticité du sel-gemme^[3]. Il trouve ensuite un poste d'assistant à l'Ancienne école Saint-Nicolas de Leipzig, puis celui de professeur surnuméraire de physique à l'université de Königsberg au mois de septembre 1875. À partir de 1878, il réforme et élargit les bases de l'optique physique, précédemment formulée par Fresnel. Au mois d'août 1883, il obtiont la chaire de physique théorique de la faculté de philosophie de Göttingen et entreprend de développer une théorie de la propagation de la lumière dans l'espace vide sur la base de l'hypothèse de l'éther lumineux. Il donne ensuite un modèle mécanique utilisant le calcul dyadique de Willard Gibbs et se consacre à édifier une théorie phénoménologique^[4] : la forme définitive de sa théorie est présentée dans le volume III de son Kompendium der theoretischen Physik^[5]. Le calcul de Voigt donne sa forme au calcul tensoriel. La théorie de l'optique de Voigt est comparée à d'autres théories dans Handbuch der Physik (1984)^[6]. Il est par deux fois recteur de l'université de Göttingen.

Œuvre scientifique

Cristallographie et élasticité

Voigt a montré comment calculer les composantes du tenseur d'élasticité d'un cristal anisotrope à partir des propriétés des monocristaux qui le composent, en supposant leur déformation homogène^[7]. Cette analyse sera généralisée en 1929 par András Reuss (de), avec le calcul du module élastique moyen résultant de la déformation homogène des polycristaux^[8]. Le module d'élasticité calculé comme la moyenne arithmétique de celui de Voigt et de Reuss (approximation dite de Voigt‐Reuss‐Hill) constitue la méthode standard de calcul du module d'un cristal présentant une inclusion^[9].

Voigt a expliqué l'effet magnéto-optique des cristaux (ou effet Voigt, aussi appelé dichroïsme magnétique linéaire) dans le cadre de l'électrodynamique classique^[10] dans un traité publié en 1908^[11]. Son manuel de cristallographie^[12] est le premier traité en allemand consacré à la piézoélectricité ; il y emploie pour la première fois le terme de tenseur et introduit en cristallographie la notation de Voigt pour noter les tenseurs symétriques, toujours utilisée en analyse tensorielle.

Il a aussi laissé son nom :

au modèle rhéologique de Kelvin-Voigt ;
à la loi de Voigt, profil spectral 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.

Relativité : la 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^[13], et démontre l'invariance de l'équation des ondes dans cette transformation^[14]. 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^[15], Voigt a donc prévu la transformation de Lorentz^[16]. 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^[17] et Voigt a aussi correspondu avec Lorentz en 1887 et 1888 sur l'expérience de Michelson-Morley. Il est également certain que Joseph Larmor^[18] connaissait la transformation de Voigt. Elle peut être écrite en notation moderne de la façon suivante^[19] :

x'=x-vt,\quad y'={\frac {y}{\gamma }},\quad z'={\frac {z}{\gamma }},\quad t'=t-x{\frac {v}{c^{2}}}

,

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

Notes et références

↑ (de) Richard Sachse, Karl Ramshorn et Reinhart Herz, Die Lehrer der Thomasschule zu Leipzig 1832–1912. Die Abiturienten der Thomasschule zu Leipzig 1845–1912, Leipzig, B. G. Teubner Verlag, 1912, p. 46.
↑ Gesamtverzeichnis der Pauliner vom Sommer 1822 bis Sommer 1938, Leipzig, 1938, p. 47.
↑ (en) « Woldemar Voigt », sur le site du Mathematics Genealogy Project.
↑ (de) Woldemar Voigt, « Phänomenologische und atomistische Betrachtungsweise », dans Paul Hinneberg (éd.), Die Kultur der Gegenwart (de), vol. 1 Physik de la 3^e section de la 3^e partie, Berlin-Leipzig, Teubner, 1915, p. 714-731.
↑ Woldemar Voigt, Kompendium der theoretischen Physik : vol. 1 : Mechanik und nichtstarre Körper, Wärmelehre ; vol. 2 : Elektrizität und Magnetismus, Optik, Leipzig, 1895-1896.
↑ Handbuch der Physik, vol. 2, section 1, Breslau, 1894, p. 657-674.
↑ W. Voigt, « Theoretische Studien über die Elasticitätsverhältnisse der Krystalle I », Abhandl. der Königl. Ges. der Wiss. in Göttingen. Math. Cl., vol. 34,‎ 1887, p. 3-52
↑ A. Reuss, « Berechnung der Fließgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitätsbedingung für Einkristalle », Z. angew. Math. Mech, vol. 9, n^o 1),‎ 1929, p. 49-58 (DOI 10.1002/zamm.19290090104)
↑ R. Hill, « The Elastic Behaviour of a Crystalline Aggregate », Proc. of the Physical Society. Section A, vol. 65,‎ 1952, p. 349-354 (DOI 10.1088/0370-1298/65/5/307)
↑ Woldemar Voigt, Magneto- und Elektrooptik., Leipzig, 1908.
↑ Cf. également Woldemar Voigt et L. Graetz, Handbuch der Elektrizität und des Magnetismus, vol. I, J. A. Barth, 1914.
↑ Woldemar Voigt: Lehrbuch der Kristallphysik. Leipzig 1910.
↑ Andreas Ernst et Jong-Ping Hsu, « First proposal of the universal speed of light by Voigt 1887 », Chinese Journal of Physics, vol. 39, n^o 3,‎ 2001, p. 211-230 (lire en ligne) : une traduction de (Voigt 1887a) en anglais.
↑ Woldemar Voigt, « Über das Doppler'sche Princip », Göttinger Nachrift, vol. 8,‎ 1887, p. 41-51 ; réimprimé avec des commentaires supplémentaires de Voigt dans Physikalische Zeitschrift, volume XVI, p. 381-396 en 1915.
↑ H. A. Lorentz, Theory of Electrons, Leipzig, Teubner, 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.
↑ Arthur I. Miller, Albert Einstein's special theory of relativity : Emergence (1905) and early interpretation (1905–1911), Reading, Addison-Wesley, 1981 (ISBN 0-201-04679-2), p. 114-115.

Liens externes

Archives conservées par :
- Bibliothèque d'État et universitaire de Basse-Saxe à Göttingen (Cod. Ms. W. Voigt, DE-611-BF-61470)
- Archive of the Deutsches Museum
  - DE-611-BF-9882
  - DE-611-BF-112157
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[1] (de) Richard Sachse, Karl Ramshorn et Reinhart Herz, Die Lehrer der Thomasschule zu Leipzig 1832–1912. Die Abiturienten der Thomasschule zu Leipzig 1845–1912, Leipzig, B. G. Teubner Verlag, 1912, p. 46.

[2] Gesamtverzeichnis der Pauliner vom Sommer 1822 bis Sommer 1938, Leipzig, 1938, p. 47.

[3] (en) « Woldemar Voigt », sur le site du Mathematics Genealogy Project.

[4] (de) Woldemar Voigt, « Phänomenologische und atomistische Betrachtungsweise », dans Paul Hinneberg (éd.), Die Kultur der Gegenwart (de), vol. 1 Physik de la 3^e section de la 3^e partie, Berlin-Leipzig, Teubner, 1915, p. 714-731.

[5] Woldemar Voigt, Kompendium der theoretischen Physik : vol. 1 : Mechanik und nichtstarre Körper, Wärmelehre ; vol. 2 : Elektrizität und Magnetismus, Optik, Leipzig, 1895-1896.

[6] Handbuch der Physik, vol. 2, section 1, Breslau, 1894, p. 657-674.

[7] W. Voigt, « Theoretische Studien über die Elasticitätsverhältnisse der Krystalle I », Abhandl. der Königl. Ges. der Wiss. in Göttingen. Math. Cl., vol. 34,‎ 1887, p. 3-52

[8] A. Reuss, « Berechnung der Fließgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitätsbedingung für Einkristalle », Z. angew. Math. Mech, vol. 9, n^o 1),‎ 1929, p. 49-58 (DOI 10.1002/zamm.19290090104)

[9] R. Hill, « The Elastic Behaviour of a Crystalline Aggregate », Proc. of the Physical Society. Section A, vol. 65,‎ 1952, p. 349-354 (DOI 10.1088/0370-1298/65/5/307)

[10] Woldemar Voigt, Magneto- und Elektrooptik., Leipzig, 1908.

[11] Cf. également Woldemar Voigt et L. Graetz, Handbuch der Elektrizität und des Magnetismus, vol. I, J. A. Barth, 1914.

[12] Woldemar Voigt: Lehrbuch der Kristallphysik. Leipzig 1910.

[ernst&hsu-13] Andreas Ernst et Jong-Ping Hsu, « First proposal of the universal speed of light by Voigt 1887 », Chinese Journal of Physics, vol. 39, n^o 3,‎ 2001, p. 211-230 (lire en ligne) : une traduction de (Voigt 1887a) en anglais.

[14] Woldemar Voigt, « Über das Doppler'sche Princip », Göttinger Nachrift, vol. 8,‎ 1887, p. 41-51 ; réimprimé avec des commentaires supplémentaires de Voigt dans Physikalische Zeitschrift, volume XVI, p. 381-396 en 1915.

[15] H. A. Lorentz, Theory of Electrons, Leipzig, Teubner, 1909.

[16] 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. »

[17] 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.

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

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

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