FAIT

l'Univers, la portée de nos plus puissants télescopes est encore au moins cent fois trop faible. |

R. ne dit rien de la grandeur de l'Univers. La méthode de la constante cosmologique conduit à 40 milliards de parsecs (un parsec — 3,23 année-lumière — 206 mille fois les 150 millions de km de la distance Terre-Soleil).

On peut le regretter, l’auteur ne consacre à l'univers stellaire guère que 1 p. c. de l’étendue de son livre. L/Astrophysique, la genèse et la fin de l'Univers méritaient amplement qu'il s’y arrête, au moins chemin faisant, dans son exploration de la Physique (r). L'intérêt du livre eût encore été accru, et sans démentir le titre (Atom wnd Cosmos). Du reste, les récents ouvrages — si émouvants — de Jeans et aussi d'Eddington y invitaient. De ces auteurs illustres, nulle trace dans le livre de K. !

La SECONDE PARTIE (n°8 6-9) a pour titre « Lumière et Radiation » et le n° 6 : « la nature radiante de la lumière ».

Notre perception — directe — de la lumière nous en donne une connaissance subjective ; cette sensation est distincte de l’agent physique, aussi objectif, lui, que l’électricité. Gæœthe ne l’a pas compris. Parce que la sensation de lumière blanche est unitaire, la théorie newtonienne de la dispersion est qualifiée par lui de «.. ein Ratten- und Eulennest » ! Ajoutons que Newton avait écrit que «la poésie est un ingénieux non-sens ».…

Trois roms émergent ici : Rœmer, pour la détermination de la vitesse c de la lumière (constante naturelle fondamentale en Physique) ; Newton ; Galilée, pour l'invention si précieuse du télescope (2). 1667, 1704, 1610.

(1) De l’auteur de ces lignes, paraîtra, dans deux ou trois mois, un petit ouvrage essayant d'exposer, à grands traits, la Physique d'à présent et ses conséquences philosophiques. Tout en étant à la portée d’un grand public, il est d’un caractère un peu moins élémentaire que le livre de R. et le Cosmos y est envisagé avec les notions astrophysiques qu’il comporte. On y trouvera un choix de références bibliographiques, parmi les plus importantes, destinées aux lecteurs qui désireraient approfondir, dans les meilleures conditions, l’étude de tel ou tel chapitre de la Physique.

(2) En réalité, le premier télescope a été construit, non par Galilée, mais par un opticien flamand : Lippershey (en 1608).

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La nature de la lumière ? On doit à Newton (R. omet Démocrite) une « Dingtheorie », à Huygens et à Fresnel une « Vorgangstheorie ». Plus tard (n° 9), il y aura un rapprochement. D'accord avec la loi d'inertie de Galilée, l'hypothèse de l'émission corpusculaire triompha au xvIrI® s. Cependant seule la nature ondulatoire (ce n° 7) — plus compliquée — peut rendre compte : 1) de l’interférence (ignorée d'Huygens, découverte par Th. Voung) ; 2) du fait que c décroît avec la densité optique (ce qui contredit la thèse de Newton) ; 3) de la diffraction. Dans la théorie des instruments tels que le télescope, l'Optique géométrique suffit tant que l’objet et l’image sont grands par rapport à la longueur d'onde K, sinon il faut l’Optique ondulatoire. Kresnel en a donné la théorie mathématique complète. Elle établit la transversalité des ondes, seule capable d'expliquer l'optique cristalline. Si Huygens n'avait songé qu'aux longitudinales, c'est parce qu'il faut un support aux ondes et que, dans un fluide élastique, la transversalité est impossible. Mais pour Fresnel l’éther est solide !

Au xIXe s., de nombreuses expériences — R. n’en décrit que deux — ont été faites en vue de confirmer l'existence de l’éther. Quand un objet s’y meut, y a-t-il entraînement ? Partiel, suivant Fresnel, ce que Fizeau trouva quantitativement d'accord avec les faits. Mais cela fut mal interprété. Si souvent renouvelée, la célèbre expérience de Michelson répond négativement, en prouvant l’isotropie de propagation de la lumière. Conclusion : on ne doit pas, comme l'ont fait Fresnel et W. Thomson, rattacher l’'Optique à une Mécanique de l’éther. Plusieurs générations se sont efforcées d’édifier, plus généralement, une Physique mécanique. Projet voué à l'échec. Nous y reviendrons (n° 9).

« La nature électrique de la lumière » fait l’objet du n° 8. Ayant mis sous la forme mathématique les conceptions de Faraday, Maxwell put donner à la théorie ondulatoire un tour nouveau, en réunissant l’Électricité (1) et l’Optique. Cela perdit son caractère hypothétique le jour où H. Hertz (1888) mit en évidence des ondes, à l’aide d’une bouteille de Leyde et de son résonnateur, vrai « œil électrique ». Ses

(1). 11 serait plus exact de dire électromagnétisme. Mais à ce mot R. substitue toujours électricité et nous respecterons sa terminologie.

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ondes n'ayant que quelques mètres, il put montrer leur similitude avec celles de la lumière. ;

R. s'occupe alors de l'échelle des iadiations, où À varie de 50 km à un dix-milliardième de mm (1). D'abord viennent donc les ondes hertziennes, puis les r. infrarouges, les r. L., les ultraviolets, les r. X (ou de Rôntgen), les r. y, le r. cosmique ({Hühenstrahlung).

Pour déterminer À chez les r. X, le procédé de Hertz et celui de diffraction par un réseau ligné échouent. En 1912, M. von Laue trouva dans un cristal (assemblage régulier de molécules) un réseau à r. X tout préparé par la Nature. De la disposition des taches sur la photographie, il déduit À par le calcul. Mais pour les r.ÿ, la structure cristalline est encore trop grossière.

Le r. ultra-Y, le plus pénétrant, est d’origine nébulaire. Pour le produire au laboratoire, il faudrait une tension de 800 millions de volts !

Les r. 1. à part, de toutes ces radiations, nous n’avons qu'une connaissance indirecte. La cécité, dit R., ne nous empêcherait pas d’investiguer la Nature, en particulier l'Univers stellaire ; l’image télescopique d’une étoile pourrait se traduire par un son, comme les ondes hertziennes. Le pur physicien ignore les limites du spectre visible. L'erreur de Gæthe apparaît ici encore plus nettement qu'au n° 6.

Conçu comme champ électrique, l’éther a perdu les propriétés mécaniques de la substance macroscopique : impénétrabilité et état de m. par rapport à un corps donné. Faut-il conserver te nom d’éther ? Affaire de sentiment. Le résultat négatif de l'expérience de Michelson perd son caractère paradoxal. Cela est lié à la notion (n° 3) de simultanéité (2).

Nous arrivons au dernier stade : celui de «la nature matérielle de la lumière » (n° 9), sur laquelle il convient de s'étendre un peu. Avec Hertz, on a, jusqu’au début de ce siècle, considéré comme indubitable la nature purement

(1) C.-à-d. 0,001 U. A. (&ngstrôm), unité que KR. n'utilise pas et qui est à peu près le diamètre de l’atome d’H.

(2) Pour une analyse approfondie de cette notion, R. renvoie, avec raison, à son excellente « Philosophie der Raum-Zeit-I,ehre », ouvrage qui a fait l’objet d’un article dans cette Revue (sept. 1928, PP. 253-277).

D TER Es

ondulatoire des radiations. Impossible semblait la découverte d’un phénomène en contradiction avec elle. On s’est trompé. Il n’est pas question de rejeter complètement la théorie ondulatoire pour reprendre, telle quelle, la conception corpusculaire newtonienne. Les deux seront unies en une forme supérieure, suivant le processus hegelien : de la thèse et l’antithèse, à la synthèse. Un cas en a déjà été constaté ici (n° 5), à l’occasion du système du Monde (de Ptolémée, par Copernic, à Einstein). Au n° 8, on a dématérialisé l’éther ; la nouvelle évolution conceptuelle, en plusieurs étapes, matérialise, elle, la lumière.

Maxwell avait déjà annoncé et calculé la pression de radiation. Finstein confère à l'énergie lumineuse : inertie et pesanteur. La masse inertique est le rapport de l'énergie du r. 1. au carré de c. Déjà admise par Newton, l'attribution de pesanteur se justifie, dans la Relativité, par la déflexion einsteinienne (n° 5).

La conception des Quanta va plus loin. Le conflit entre la Physique newtonienne et celle de Fresnel a éclaté sur leur frontière commune : la question des échanges d'énergie entre matière et radiation. Ce problème conduisit M. Planck, en 1900, à l'hypothèse des Quanta, qui a ouvert une ère nouvelle de la Science.-L'échange se fait, en quelque sorte, atomiquement, par quantum d'action. C’est une constante universelle, dite de Planck. Elle vaut 6,55.10 7” ergs-secondes. (L'action est le produit de l'énergie par le temps). Le quantum d'énergie des ondes électriques est proportionnel à la fréquence de la source, chaque couleur ayant donc son quantum.

Le succès de cette conception met en défaut des théories classiques. Échec double, car on démontre que l'émission ne pourrait pas être discontinue si le m. des particules matérielles, dans la source, avaït lieu suivant la Mécanique newtonienne (cf. n° 16) ; celle-ci est donc ébranlée aussi bien que l’Optique de Fresnel.

Planck n'avait fait l’hypothèse des Quanta que pour l'émission ou l'absorption lumineuse, non pour la radiation. En 1905, Einstein fit un pas de plus, en soutenant que les ondes ont une structure discontinue et en aiguilles {nadelarlig), étant constituées de photons. Ce qui a suggéré cette

conception à Einstein, c’est la photoélectricité (R. semble s'exprimer incorrectement à ce sujet). À l’état normal, des électrons — plus petites particules d'électricité négative .(v. n°8 12 et 15) — ne sortent pas de la matière : pour les en arracher, il faut une certaine énergie. L/expulsion a lieu si l’on projette une radiation de fréquence suffisante. On pouvait s'attendre à ce que la vitesse des photoélectrons füt fonction de l'intensité ; mais elle ne dépend que de À. L/intensification du faisceau incident ne fait qu'’augmenter le nombre d'électrons arrachés. Seule la théorie photonique peut expliquer ce phénomène et elle le fait quantitativement.

Seconde confirmation, encore plus éclatante. Lorsque la matière est irradiée de r. X, elle en éparpille une partie. Contrairement à la prévision, ces r. X, dits secondaires, n’ont pas même À que les r. X incidents. La diffusion diminue le pouvoir pénétrant, donc augmente À. C'est en 1922 que le phénomène fut précisé par A. H. Compton. En 1923, il en a proposé une théorie, basée sur les photons. A ce sujet R. omet de citer P. Debye. Il est surtout regrettable qu’il passe sous silence Ch. V. Raman. Ce professeur, de Calcutta, s’est demandé si un phénomène analogue à l'effet Compton ne se produirait pas dans le spectre visible. Ayant étudié la diffusion de la lumière par les liquides et les vapeurs, ül découvrit, en 1928, que la réponse est positive : il y a un effet Raman.

La photoélectricité et l'effet Compton-Raman sont révélés par des expériences Mmacroscopiques, c'est-à-dire portant sur un grand nombre de phénomènes élémentaires, dont on observe seulement les résultats globaux. L'évolution des conceptions sur la nature de la lumière est un exemple instructif du processus de la découverte physique. Si l’on calcule l'effet macroscopique d’une hypothèse faite sur le micro-univers, on peut obtenir de celle-ci une justification indirecte, en attendant une preuve directe.

Pour la théorie photonique, on en a trouvé récemment : on est parvenu à faire plusieurs expériences microscopiques. Si la plus petite lumière directement perceptible est de 17 photons, un seul suffit cependant pour obtenir un effet observable, savoir : le recul d’un électron projetant un photon. Effet prévu par la théorie de Compton-Debye.

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En utilisant une méthode de Wilson (n° 13), dite des #afnées d'ionisation, il est possible de prendre une photographie. On y reconnaît des trajectoires très courtes, le long d’un faisceau X primaire ; Compton précise leur identification avec les traces des électrons de recul. Leur énergie cinétique, déduite de la longueur de ces traces, s'accorde avec la théorie. Compton, en 1925, a même réussi, peut-on dire, à photographier directement les deux effets du choc entre l’électron et le photon, savoir : la trajectoire de l’'électron de recul et la direction D du rayonnement diffusé. Car il arrive que le photon secondaire rencontre un autre électron et, par effet photoélectrique, le mette en mouvement. Les débuts des deux trajectoires déterminent D.

Le fait qu’il existe des corpuscules’ de lumière renverse la conception purement ondulatoire de Huygens, Fresnel, Maxwell et Hertz. Bien entendu, les phénomènes de diffraction et d’interférence témoignent de l'existence d'ondes. Une dualité de nature paraît donc s'imposer. Il manque une théorie unitaire. I/Optique est impuissante, à elle seule, à résoudre la difficulté, qui provient de ce que notre macroscopisme habituel nous donne une idée trop simpliste de la constitution de la matière. Il faut donc, de celle-ci, une nouvelle théorie.

Nous l’exposerons dans un second et dernier article. Par le concours de la Chimie, de la Physique et de la Radioactivité, on y verra que, comme les radiations, la matière aurait __ mais dans un sens tout spécial — une nature ondulatoire.

De ce rapide voyage dans le domaine des sciences physiques, nous essayerons de dégager quelques conclusions philosophiques : sur la concaténation des causes, en relation avec la probabilité, sur le réel et la vision du monde.

(A suivre).