II

Deux tendances qui se trouvent à des degrés divers chez tous les hommes ont joué un rôle particulièrement important dans le progrès des sciences physiques.

L'une de ces tendances est déjà manifeste dans l'enfant qui, après beaucoup d'observations semblables, sait très bien ce qui arrivera si, ouvrant la main, il lâche un objet. Pourtant il n'a jamais

i. Cette seconde partie se rapporte à la Méthode dans les Sciences physiques en général.

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peut-être soutenu ce même objet, et, en tout cas, jamais tout à fait dans les mêmes conditions, mais il sait reconnaître en sa sensation musculaire actuelle quelque chose d'analogue à ce qu'il y avait précisément de semblable en toutes les sensations musculaires antérieurement ressenties, quand, lâchant un objet, il l'a vu tomber.

La faculté par là utilisée paraît être essentiellement l'intelligence des analogies ; elle doit, pour être féconde, réussir à pénétrer le degré d'importance ou même l'existence des analogies quelquefois très profondes que peuvent présenter des phénomènes qu'un examen superficiel pourrait laisser croire très différents. Des hommes tels que Galilée, Joule ou Carnot, auxquels nous devons l'Energétique, ont possédé ce sens à un degré extraordinaire et doivent être comptés parmi ceux qui ont rendu le plus de services à l'humanité.

Mais une autre tendance, également présente chez tous les hommes, se manifestera si, par exemple, on nous met en présence d'une machine ou tous les organes ne sont pas visibles. Nous pourrons, bien entendu, raisonner d'abord seulement sur les pièces visibles, qui, en un sens, ont seules pour nous de la réalité objective tant que nous n'avons pas le droit (ou le pouvoir) de démonter la machine; nous pourrons chercher des relations simples entre les mouvements de ces pièces visibles, observant par exemple que dans une horloge la grande aiguille tourne douze fois plus vite que la petite ; mais nous pourrons aussi, et nous ne nous en ferons pas faute, chercher à deviner quels organes cachés expli-

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quent les mouvements visibles. Chercher ainsi à deviner l'existence ou les propriétés d'objets qui ne peuvent encore être atteints par notre expérience, chercher à expliquer du visible compliqué par de V invisible simple, voilà la tendance à laquelle, grâce aux efforts d'hommes tels que Dalton, Maxwell ou Van der Waals, nous devons l'Atomistique.

Pour mieux analyser les méthodes qui relèvent de ces deux tendances, nous ne pouvons éviter d'indiquer, pour chacune d'elles, au moins une application particulière.

Un enfant, disions-nous, sait très bien qu'un objet qu'il soutient tombera s'il le lâche ; il apprendra bien vite également que cet objet, une fois par terre, ne se mettra pas tout d'un coup à remonter tout seul. Pour préciser un peu, nous savons bien tous, par exemple, quand nous disons qu'un ascenseur ne s'élève pas tout seul, que cela veut dire qu'il faut payer l'élévation de l'ascenseur d'un prix d'autant plus important que l'ascenseur est plus lourd et qu'il monte plus haut, prix qui pourra être la descente d'une certaine masse d'eau ou une modification chimique produite dans une pile, qui pourra donc varier en nature mais qui ne se réduira jamais à rien.

Il est alors naturel de se demander si, du moins, on ne peut diminuer ce prix. Nous savons, par exemple, au moyen d'un treuil, élever une tonne de i mètre en laissant descendre ioo kilos grammes de 10 mètres, ne peut-on espérer réa-

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liser un mécanisme qui, pour ce même prix, savoir ioo kilogrammes abaissés de 10 mètres, nous permettrait d'élever 1.200 kilogrammes de 1 mètre ? Comme Galilée eut la gloire de le comprendre, cela reviendrait en somme à dire que, dans certaines circonstances, 200 kilogrammes pourraient s'élever tout seuls de 1 mètre, et, puisque nous ne croyons pas cela possible, nous devons admettre avec Galilée le principe de V équivalence des mécanismes qui permettent d'acheter l'élévation d'un poids par rabaissement d'un autre poids.

C'est déjà un principe bien général, mais, toujours par le même genre de raisonnement, on peut l'étendre bien plus encore. Par exemple (et cette observation généralisée donnera toute la calorimétrie), si on fond de la glace en refroidissant du mercure de ioo° à o°, on trouve toujours exactement'42 ^grammes déglace fondue par kilogramme de mercure employé, que l'on opère par contact ou par rayonnement, ou de toute autre manière imaginable, pourvu que tout se réduise à de la glace fondue et à du mercure refroidi de ioo° à o°. Plus instructives encore se sont trouvées les expériences où, par l'intervention de frottements, on produit un échauffement par l'abaissement d'un poids. Si profondément qu'on transforme le mécanisme qui enchaîne les deux phénomènes, on trouve invariablement 1 calorie pour 428 kilogrammes abaissés de 1 mètre.

De proche en proche, on arrive en définitive à se convaincre ainsi de la loi générale qui constitue ce qu'on appelle le premier Principe de la Thermodynamique, et que l'on peut énoncer comme il suit :

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Si avec un certain mécanisme on sait enchaîner deux phénomènes de façon que chacun d'eux soit V unique répercussion de Vautre, il 11 arrivera jamais, quel que soit le mécanisme * employé, quon obtienne, comme effet extérieur de ïun d'eux, d'abord l'autre, et, en surplus, un autre phénomène, qui représenterait le Bénéfice de la seconde opération [à moins bien entendu que cet autre phénomène ne soit de ceux qui peuvent se produire ou disparaître sans répercussion extérieure (variation isotherme du volume d'une masse gazeuse) ou s'acheter pour rien (déplacement d'une bille sur un plan horital poli), ce qui reviendrait à dire que le bénéfice est nul].

Pour atteindre cette proposition où Ton reconnaît le Principe de la conservation de l'énergie, on a procédé par généralisations sans cesse plus vastes, en pénétrant l'analogie profonde de relations phénoménales sans cesse plus nombreuses, mais sans jamais faire appel à aucune réalité invisible. C'est en ce sens qu'on a le droit de dire n'avoir fait aucune hypothèse.

Il en est tout autrement dans les raisonnements qui introduisent les notions de molécules ou d'atomes. Pour tâcher de saisir l'esprit qui anime ces raisonnements, il faut au moins en rappeler quelques-uns que je choisis parmi les plus simples.

Le plus familier peut-être des phénomènes qui peuvent suggérer l'hypothèse moléculaire est la persistance de propriétés qui permet de reconnaître sans hésitation, dans ce que l'on appelle

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un mélange homogène, tel ou tel corps déterminé. On dira couramment, par exemple, qu'il y a du sucre ou de l'eau dans tel mélange, et l'impression sera si forte et si claire qu'il faudra beaucoup de réflexion pour apercevoir ce qu'il y a d'étrange dans cette affirmation de l'existence d'un certain corps au sein d'un autre corps où cependant on ne peut distinguer des parties qui diffèrent les unes des autres.

Il n'est pas nécessaire alors, mais il n'est pas déraisonnable de penser, que les corps qu'on reconnaît ainsi dans un mélange y sont non pas superposés, mais réellement juxtaposés de façon aussi simple que pourraient l'être des perles de verre et des grains de plomb brassés ensemble, qui ne perdent rien de leur individualité et qu'on rassemblera aisément selon leur espèce. Dans de l'eau sucrée, par exemple, se trouveraient mêlées les unes avec les autres de petites particules qui, à elles toutes seules formeraient de l'eau et d'autres particules, qui, prises de même seules ensemble, formeraient du sucre. Ces particules élémentaires, ou molécules, se retrouveraient sans modification dans tous les mélanges où se reconnaissent l'eau ou le sucre, et leur extrême petitesse nous empêcherait seule de les percevoir individuellement. De plus, les molécules d'un corps pur tel que l'eau doivent être identiques les unes aux autres, sans quoi elles se comporteraient différemment vis-à-vis des divers procédés de fractionnement qu'on sait employer, en sorte que l'eau soumise à un fractionnement par évaporation ou par congélation ne resterait pasrigoureusement identique à elle-même, comme on sait qu'elle le fait.

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Dès lors que nous nous imaginons ainsi des molécules, nous sommes conduits à admettre que ces molécules sont en mouvement incessant, d'autant plus actif que la température est plus élevée. Nous ne pourrions guère nous expliquer sans cela les faits de diffusion réciproque qui se produisent chaque fois que Ton met deux fluides en contact. Surtout nous ne pourrions comprendre ce mouvement brownien éternel et spontané, dont on voit que s'agite toute particule microscopique placée dans ce que Ton appelle un fluide en équilibre, mouvement irrégulier qui s'explique au contraire fort bien si la particule observée est continuellement heurtée par des chocs moléculaires qui n'équilibrent leurs effets que de façon exceptionnelle.

Si maintenant nous voulons concilier l'existence de ces molécules avec les faits les plus élémentaires de la chimie, nous nous trouverons forcés d'admettre l'existence des éléments plus petits encore que l'on appelle des atomes. Considérons, par exemple, un mélange gazeux d'hydrogène et d'oxygène formé, en poids, de une partie du premier gaz et de huit du second; qu'une étincelle jaillisse dans ce mélange et nous cesserons d'y reconnaître les propriétés particulières à chacun des deux composants. Notre hydrogène et notre oxygène ne sont pas perdus cependant et Ton sait bien que par divers moyens tels que réchauffement ou l'électrolyse on peut les retrouver intégralement. Aussi dit-on depuis longtemps qu'ils se sont combinés pour former de l'eau et, comme le mot.de mélange, ce mot de combinaison exprime implicitement la conviction où nous sommes que ces matières subsistent

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après la réaction. Il faut alors qu'il en subsiste dans chaque molécule du composé et chaque molécule d'eau par exemple, doit contenir de l'oxygène et de l'hydrogène. Or, quand on dissout du sodium dans l'eau, on chasse seulement la moitié de l'hydrogène qu'elle contient. L'hydrogène de cette eau et par suite l'hydrogène de chaque molécule se compose donc de deux partiesdistinctes. Aucune expérienceneconduit àdistinguer dans cet hydrogène plus de deux parties ; nous penserons donc que ces deux parties sont insécables par tous les moyens chimiques, ou, plus brièvement, que ce sont des atomes1.

Des considérations analogues conduisent à considérer pour chaque corps simple des atomes identiques et à déterminer combien chaque sorte de molécule contient d'atomes d'une espèce déterminée. Les lois de discontinuité, loi des proportions définies, loi des proportions multiples, loi des nombres proportionnels, qui sont la base de la chimie, prennent alors un caractère d'évidence intuitive, puisque, dans chaque molécule, la masse de chaque sorte de corps simple ne peut croître ou décroître que par bonds discontinus correspondants à l'entrée ou à la sortie d'un atome.

Mais il ne s'agit pas ici de montrer la fécondité des hypothèses moléculaires et il suffisait de faire concevoir à grands traits comment elles ont pu se

i. Cette introduction des atomes par voie chimique à partir des substitutions, m'a été enseignée, comme à beaucoup de physiciens ou de chimistes de ma génération, par L. J. Simon.

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former et se développer. Certains faits nous ont suggéré la conception d'une structure discontinue de la matière, et cette hypothèse initiale était en somme invérifiable. D'autres faits nous ont amenés à la préciser progressivement, en dotant de diverses propriétés les éléments de structure ainsi imaginés, et on doit insister sur ce point que jamais, dans ces précisions successives, on n'a été conduit à une contradiction, comme il serait arrivé si, par exemple, certains phénomènes n'avaient pu se concilier avec l'hypothèse de molécules qu'à la condition de supposer ces molécules en repos, alors que nous avons été forcés d'admettre leur mouvement incessant. Cette absence de contradiction intérieure dans la théorie moléculaire n'est d'ailleurs pas simplement qualitative, et il n'arrive pas que, par exemple, un certain phénomène ayant conduit à attribuer une certaine grandeur à la vitesse moyenne des molécules d'un gaz, un autre phénomène se rencontre qui conduise à une valeur différente de cette vitesse moyenne De plus, il faut également bien observer que, si la théorie moléculaire a été forcément en se compliquant au fur et à mesure qu'elle se précisait davantage en vue d'expliquer plus de phénomènes, cette complication est restée de façon évidente bien inférieure à celle des phénomènes que l'on envisageait, comme il est nécessaire, pour réussir véritablement à explique?^ du visible compliqué par de V invisible simple. Néanmoins, il y a au début hypothèse invérifiable, au moins dans l'état actuel de nos connaissances, et c'est ce que les énergétistes purs ne veulent pas admettre. « Rien d'analogue en thermodynamique, disent-ils. Bien entendu, l'on y

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fait des suppositions ; si, par exemple, on invente une machine nouvelle, mettons que ce soit le cric, nous supposerons tout de suite qu'elle ne peut créer du travail, mais c'est là une hypothèse immédiatement vérifiable,et par suite, un simple guide pour l'expérimentation. »

Et cela est parfaitement exact ; il faut seulement observer que chaque principe d'énergétique implique un nombre infini de ces hypothèses vérifiables, et c'est pour cela qu'en définitive ces principes dépassent colossalement en portée les données immédiates de l'expérience. Au contraire, si les hypothèses introduites par la théorie moléculaire sont directement invérifiables, elles sont en très petit nombre et l'on peut voir là encore Tune des différences qui séparent les deux méthodes.

Il peut arriver au reste, et il est arrivé, que telle hypothèse invérifiable au moment où elle fut formulée, a fini par devenir vérifiable. Expliquer les maladies contagieuses par des microbes eût été une hypothèse invérifiable au temps d'Hippocrate, et je n'ai pas besoin d'expliquer longuement que pourtant elle n'eût pas nui aux progrès de la médecine. La même hypothèse devenait vérifiable après la découverte du microscope/et l'on saisit sur cet exemple ce qu'il y a d'artificiel dans l'affirmation puriste qu'il faut proscrire une telle hypothèse avant l'invention du microscope et qu'on ne peut se la permettre qu'après cette invention. Un jour viendra sans doute où l'hypothèse atomique sera devenue complètement vérifiable. L'esprit des atomistes actuels se perpétuera alors, non plus chez ceux qui accepteront les atomes, devenus tangibles,

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mais chez ceux qui auront gardé le pouvoir de formuler avec succès des hypothèses à ce moment invérifiables, de deviner les choses qui n'auront pas encore tout à fait atteint le seuil de ce qui sera la réalité objective de cette époque.

Alors, comme aujourd'hui, les deux tendances que j'ai taché de caractériser resteront sans doute fécondes ; mais Ton doit espérer qu'on ne rencontrera plus cette intolérance singulière trop souvent manifestée dans le dernier siècle, qui s'arroge le droit de dédaigner la méthode inductive ou de proscrire la méthode déductive. On sait, en effet, que trop d'atomistes ne s'inquiètent que de dériver toutes les propriétés directement sensibles de propriétés attribuées aux molécules ou aux atomes, et la richesse indéfinie de la nature qui ne se laisse pas enfermer dans une seule formule montrera de plus en plus l'insuffisance d'un tel efiort. On sait aussi que trop d'énergétistes « purs » se refusent absolument à faire intervenir dans leurs raisonnements des éléments qui ne soient pas dès maintenant perceptibles; sans doute ils ne peuvent pas faire que la considération de ces éléments n'ait servi à trouver certaines des vérités sensibles dont ils reconnaissent l'importance (comme il est arrivé si souvent en chimie), mais alors ils s'efforcent d'éliminer complètement ces éléments invisibles dans l'enseignement de ces vérités, ce qui est à peu près aussi simple et heureux qu'il le serait de dissimuler soigneusement les piliers qui soutiennent une cathédrale.

Il semble que pour les uns comme pour les

autres il y ait le même genre de parti-pris un

.peu puéril que chez ces jeunes mathématiciens

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qui, selon leur tendance, ne se regardent pas comme satisfaits s'ils ne peuvent résoudre un problème ou bien seulement par le calcul, ou bien seulement par la géométrie. Dans la lutte incessante que nous poursuivons depuis tant de milliers d'années pour conquérir sur la Nature un domaine sans cesse plus vaste et plus varié, nous ne sommes pas tellement forts que nous puissions renoncer à Tune quelconque de nos armes. Par tous les moyens possibles, nous devons avancer et nous pouvons être assurés que, sur tous les chemins, nous trouverons de la Richesse et de la Beauté.

Jean Perrin,

Professeur à la Sorbonne.

GÉOLOGIE