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Il s'agirait de déduire les spectres des données sur la structure de l’atome. Avant Bohr, la spectroscopie (1) ne consistait guère qu'en un énorme matériel empirique. Supposant que les électrons vibrent, et s'appuyant sur les idées de Maxwell, H.-A. Lorentz avait établi une théorie analogue à celle du son et des haimoniques, mais non satisfaisante. En 1885, Balmer trouva pou1 H et pour d’autres éléments, une formule empirique, liant les positions des raies. Mais il fallait «expliquer » la série de Balmer. honneur en fut réservé à N. Bohr (1913). Il admet que les électrons décrivent des orbites ciiculaires sous l'influence de la force coulombienne et conformément à la dynamique classique. Maïs il pose deux postulats : 4) parmi l’infinité d’orbites mécaniquement possibles, seraient seules réalisables celles dont l’action (v. n° 9) est un nombre entier de quanta (condition étrangère aux orbites astronomiques) ; b) un électron venant à culbuter de son orbite « stationnaire », pour en suivre une autre, il y a variation d'énergie : perte s’il se rapproche-du noyau ; d'où émission d’une onde électrique monochromatique, supposée de fréquence correspondante à la loi de Planck, et donc formation d’une raie déterminée ; l’absorption (d'un photon) donnerait lieu à une transition à une orbite plus grande. Ces hypothèses contredisent l’Électrodynamique de Maxwell, suivant laquelle un électron mobile émettrait continuellement une onde. De plus, la transition est inexpliquée et l’on ne voit pas pourquoi la fréquence répond aux quanta. Bohr, lui-même, a, dès le début, mis en relief le caractère provisoire de sa théorie.

De ses hypothèses, Bohr put, à l’aide du calcul, déduire avec une exactitude saisissante, la série de Balmer pour H et aussi les formules correspondantes pour d’autres séries (celles de Paschen, de I,;yman, etc:). Il montra qu'une constante, dite de Rydberg, qui y figure, s'exprime en fonction

(1) Précieuse pour l’analyse chimique, la spectroscopie l’est encore davantage pour le progrès de la Physique théorique et céleste. Celle-ci n’existerait pas sans spectrométrie combinée à la photographie. On a enregistré à Harvard les spectres de plus de 350 mille étoiles ; d’où une statistique stellaire (W. Charlier, à Lund). — La technique spectrométrique atteint une telle précision, qu’on poursuit le projet de définir l'unité de longueur par une raie.

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de h, de la masse et de la charge de l’électron. On put mener les calculs pour les séries optiques et pour les séries de Rôntgen (1) des éléments successifs du système périodique. Le calcul des perturbations est plus compliqué qu’en Mécanique céleste ; il faut un mathématisme spécial, les orbites — en réalité Alipques (Sommerfeld) — n'étant pas coplanaires. L'accord du calcul avec l'observation des raies émerveilla. Bohr put aussi expliquer l'effet Zeeman (1896), consistant en ce que les raies émises par une vapeur lumineuse dans un champ magnétique, se divisent en un nombre variable de composantes, dont l’écartement est fonction de l'intensité du champ (2). Analogue, l'effet Stark (1913) est produit par un champ électrique.

En vue d’être guidé dans ses calculs, Bohr posa le principe de correspondance, de profonde signification : si les électrons s'écartaient de plus en plus du noyau, les nombres quantiques (3) croissant indéfiniment, la théorie de Bohr convergerait vers les lois classiques, valables pour la matière macroscopique. Application de la méthode d'extension con-

tinue (cf. n° 2), ce principe impose une condition de validité

à toute conception sur l’atome.

Dans l’atome H, l’électron est facilement arraché par un champ de forces extérieur, ce qui donne l'ion H, positif et

- très réactionnel. Au contraire, l’atome He (nombre atomique

— 2) est très stable. Quant au LA, l’un de ses 3 électrons est facilement arrachable, son orbite étant « cométaire », c.-à-d. très allongée ; l'ion Li a donc une seule charge (positive).

(1) Leurs raies sont émises lors d’une culbute jusque près du noyau.

(2) Ajoutons que quand le champ est particulièrement intense, il se produit un effet Zeeman anormal, que la théorie de Bohr ne peut expliquer (v. n° 17).— Quand le pouvoir séparateur est très grand, les raies se décomposent en un grand nombre de raies fines. En appliquant la mécanique de la Relativité —— mieux en harmonie avec l’électromagnétisme —, Sommerfeld (1915) put l'expliquer (la trajectoire de l’électron n’est plus alors rigoureusement fermée) et il prévit des particularités de cette séyucture fine. Impressionnante confirmation inattendue de la théorie d’Einstein !

(3) Chaque orbite exige quatre nombres quantiques pour être déterminée ; mais la théorie de Bohr n’en représente correctement que deux. Dans son exposé élémentaire, R. ne pouvait évidemment exposer la théorie, assez compliquée, de ces nombres, ni même les signaler.

LR

Dans le Ne, très stable, les 10 électrons sont répartis sur deux couches (ou niveaux), l'intérieure de 2, l’extérieure de 8, en disposition actinomorphe. Ayant 11 électrons, Na est au Ne, ce que Li est à He. L’atome CI, s’adjoignant un électron, s’ionise négativement et Na Cl se produit quand, Na ayant cédé à C1 l’électron de valence, les deux ions se combinent. En général, la n-valence s'explique par l'aptitude à emprunter ou à céder un nombre n d'électrons qui man-. quent où sont de trop pour la stabilité. En particulier, les alcalins sont monovalents, grâce à leur électron cométaire.

Dirac a découvert théoriquement le pivotement (spi) du noyau et des électrons extérieurs, analogue au mouvement diurne de la Terre. D'où la prévision — confirmée — de deux variétés d’'H, suivant que les deux noyaux de la molécule tournent dans le même sens ou en‘sens inverse ; et l’on a réussi le fractionnement de l’H ordinaire (1) ! |

On voit que, par la théorie de Bohr, la Chimie, dans ses fondements, relève de la Physique. (De même, autrefois, la Thermologie, grâce au principe de Mayer) (n° 10). Bien entendu, pour la pratique, la Chimie reste science autonome.

Des vues nouvelles ont été développées également dans le domaine macroscopique. En soumettant l'agitation thermique aux lois quantiques de Bohr, on a pu expliquer le comportement des gaz à basse température. La quantification du mouvement rectiligne explique la conductivité des métaux pour la chaleur et l'électricité (Sommerfeld, 1927), ainsi que la supraconductivité (v. n°72).

Applications aussi à la structure des cristaux. Exemple le plus simple : dans Na Cl, les ions occupent alternativement les sommets de cubes empilés, les 4 ions Na d’un cube élémentaire formant un tétraèdre, de même ceux de Cl (bien entendu, ce sont des positions moyennes). La molécule est ainsi devenue le cristal lui-même. Presque tous les cristaux ont été déterminés, grâce à des prodiges de science mathématique et à l’aide de la méthode de Laue (vw. n° 8) : de la disposition des taches punctiformes de diffraction —

(1) Eucken, Bonhoeffer... — Ajoutons que les deux formes se trouvent dans l’H gazeux ordinaire, en proportion d’un à trois, conformément à la théorie pour l'équilibre des isomères.

| p. ex. en disposition trifoliée pour la calcite —, on déduit

l'architecture cristalline. La Cristallographie est ainsi devenue une branche «exacte » de la Physique et la Métallographie en a profité.

Durant une décade, la théorie de Bohr, grâce à des perfectionnements successifs, triompha dans tous les domaines

et immenses sont les services qu’elle a rendus aux physiciens.

— Mais, la spectrométrie acquérant une précision insoupçonnée, des divergences apparurent entre formules et observations. La théorie échoue dès qu'il y a interaction d’électrons, donc déjà pour He (1). On fit alors des hypothèses de plus en plus artificielles (demi-quantum !), on cultiva l'art diplomatique des compromis, sans pouvoir revenir à la belle concordance du début. On faisait fausse route. C'était la sanction de l’illogisme originel. Ce qu'il fallait, c'était une nouvelle conception fondamentale de la matière. Cela rappelle l'histoire des radiations. Analogie ? Non, équivalence ! ‘

Cette idée, c’est le prince L,. de Broglie qui l’a exprimée le premier : il est l’initiateur, sinon le fondateur, de la Mécanique ondulatoire. Son but essentiel est de fondre la Dynamique avec une théorie des Ondes généralisée et, par suite, d’abattre les barrières qui séparaient la Physique de Newton (Physique atomique de la matière) de celle de Fresnel (Physique des radiations). La théorie de la Relativité avait préparé le terrain en montrant l’interdépendance des deux disciplines à unir. L. de Broglie pressentit que la dualité de nature corpuscule-onde, attribuée aux radiations (n° 9), devait l'être aussi à la matière. Entre les deux espèces de rayons corpusculaires (a; B, cathodiques et positifs) et ondulatoires (y et X), la barrière est aujourd’hui abattue (2). Ainsi s'achève, dit R., le cycle hégélien (cf. n° 9).

Assurément personne n'aurait partagé une idée aussi

(1) R. nous semble manquer ici de précision. La théorie de Bohr a réussi dans le cas des systèmes à un seul électron planétaire : non seulement atome H neutre, mais aussi atomes He ou Li ionisés.

(2) Toutefois, entre le photon et l’électron, il y a des différences : celui-ci possède une masse et une charge électrique qui font défaut au proton, tandis que l’onde associée à ce dernier jouit de la propriété de polarisation que ne possède pas l’onde électronique.