Détermination expérimentale de la valeur du metre en longueurs d'ondes lumineuses

Dans une Note sur la possibilité d' établir une longueur d'onde lumineuse comme étalon fondamental de longueur {^),] -M montré que l'on peut combler l'immense intervalle qui existe entre la longueur d'une onde lumineuse et la longueur d'un mètre, et passer de l'une à l'autre, en se servant d'un certain nombre d'étalons intermédiaires, dont chacun a une longueur double de celle du précédent. Le grand avantage de cette méthode consiste en ceci, que. des observations faites avec des lumières de différentes couleurs sur l'un de ces étalons fournissent des nombres relatifs de longueurs d'onde, déterminés avec une telle précision que leurs rapports peuvent être employés comme contrôle dans la fixation des nombres entiers de longueurs d'onde correspondant à la longueur de l'étalon suivant.

Il est évident qu'il y a intérêt à étendre ce contrôle aussi loin que possible. Les sources rayonnantes le plus ordinairement employées sont des flammes dans l'air sous la pression atmosphérique; l'expérience a montré que, dans ces conditions, les phénomènes d'interférence, sur l'observation desquels est basée toute mesure de longueur d'onde, disparaissent lorsque la différence de marche des rayons interférents dépasse deux ou trois centimètres. Mais si la substance rayonnante est placée dans un tube vide d'air et rendue lumineuse par la décharge électrique, les phénomènes d'interférence peuvent être poursuivis

(') On the feasibility of establishing a light-ivave as the ultimate standard of length; by Albert A. Michelson and Edw. W. 'Hovley {American Journal of Science, Vol. XXXVni, p. i8i; septembre 1889).

jusqu'à des difTérences de marche dix ou douze fois plus grandes. Les limites que l'on peut atteindre, et, en général, la visibilité des franges obtenues, dans chaque cas. dépendent des caractères de la source.

J'ai reconnu rapidement que la radiation émise par la vapeur du sodium est beaucoup trop complexe, et les mesures auxquelles elle conduit trop incertaines, pour qu'on puisse la prendre comme point de départ. J'avais pensé d'abord que la radiation verte du mercure métallique, qui peut encore donner naissance à des phénomènes d'interférence avec des différences de marche de près d'un demi-mètre, devait remplir toutes les conditions nécessaires. Une étude plus approfondie de cette substance et d'un assez grand nombre d'autres m'a montré que presque toutes les radiations examinées étaient plus ou moins complexes. Parmi les rares exceptions, celle que fournit le cadmium peut être mise au premier rang; la pureté, l'éclat et la distribution favorable de ses radiations, joints à sa volatilisation facile, justifient le choix de cette substance comme la mieux appropriée, parmi toutes celles qui ont été étudiées jusqu'à présent, pour fournir un étalon de longueur.

Pendant le cours de ces recherches, M. le D' Gould, .Membre du Comité international des Poids et Mesures, me demanda si je serais disposé à accepter une proposition d'aller faire une série d'expériences, dans le sens que je viens d'indiquer, au Bureau international des Poids et Mesures. Au printemps de l'année 1892, je reçus du Président et du Secrétaire du Comité international une invitation formelle, à la suite de laquelle un congé de six mois me fut accordé, sur l'intervention du D' Gould, par la Clark University de Worcester, Mass., où j'occupais alors la chaire de Physique. On pensait à ce moment que ce laps de temps, quoique insuffisant pour exécuter une détermination complète du rapport de la longueur d'onde au mètre, suffirait pour faire les études préliminaires, initier le personnel du Bureau aux divers détails que ces études, aussi bien que les précédentes, auraient montrés être essentiels, et spécialement pour établir les limites possibles de précision de la méthode, découvrir les principales sources de difticultés qui pouvaient se présenter, et indiquer les perfectionnements dans les procédés et les appareils qui seraient désirables pour une détermination définitive.

On rencontra presque immédiatement de très sérieuses difficultés pour trouver un constructeur disposé à se charger de la construction de l'appareil nécessaire, dans les conditions spécifiées de temps et de prix. Dans ces conjonctures, je m'adressai à mon Assistant, M. F. L. 0. Wadsworth, qui s'engagea virtuellement à mener l'entreprise à bien. En conséquence, il se mit immédiatement à faire les dessins, visita un certain nombre de constructeurs, réussit à placer les commandes, et s'occupa personnellement, dans une large mesure, à

surveiller la construction. C'est principalement à son énergie infatigable cl à sa fertilité de ressources que l'on doit l'heureux aclièvement de celte partie de l'œuvre.

Peu de temps après que les instruments et leurs accessoires eurent été terminés, je cessai d'appartenir à l'Université de Worcester, et il me devint possible de prolonger mon absence jusqu'à la durée d'une année. Si cette circonstance avait été prévue, on aurait pu entreprendre une élude préliminaire complète, corriger un grand nombre d'imperfections, et introduire, avant le transport des ap|)arcils en France, plusieurs des modifications et perfectionnements, sinon tous, que l'on trouvera indiqués plus loin.

La partie la plus délicate dans l'exécution de l'appareil, celle pour laquelle la plus grande perfection était indispensable, était celle qui est échue à 31. J. A. Brashear, d'Allegheny, c'est-à-dire la fabrication des parties optiques du réfractomètre et des miroirs des étalons intermédiaires. Pour permettre d'apprécier toute l'habileté déployée par ce constructeur, nous dirons que, après sept changements de direction de chacun des faisceaux de lumière interférenls, on a constaté que l'erreur maxima manifestée par les franges d'interférence était égale à ^ de frange. Il a donc fallu que les surfaces elles-mêmes fussent exactes jusqu'à jj de longueur d'onde.

La plus grande partie du comparateur a été construite, sous la surveillance de M. Wadsworlh, par la American Watc/i Tool Company, de Waltham, Mass. La manière dont les parties mécaniques ont été exécutées a laissé peu à désirer.

L'appareil, une fois complet, fut monté et essayé à la Clark University, et son fonctionnement fut trouvé satisfaisant. Cependant on a dû rectifier encore un certain nombre de détails, jusqu'au moment où l'instrumenta été définitivement installé dans la salle VI de l'observatoire du Bureau international des Poids et Mesures.

Cette installation a été faite en juillet 1892; depuis ce moment jusqu'à la fin d'octobre, la plus grande partie du temps a été occupée par les études préliminaires et l'ajustement des divers organes de l'appareil.

Les observations furent alors commencées simultanément par M. Benoit et par moi-même, et continuées jusqu'à la fin de janvier. A ce moment, une grave maladie vint interrompre le travail de M. Benoit, et je dus continuer seul.

Je ne puis assez exprimer ma sincère reconnaissance à M. Benoit pour sa coopération dévouée à ce travail, pour les avis et les services personnels qu'il a toujours été prêt à offrir. Ce n'est que reconnaître faiblement l'importance de sa part dans l'œuvre que de dire que le succès en est dû en grande partie aux dispositions prises par lui pour le maintien d'une température constante, et aux

nombreuses idées que son habileté et son expérience bien connues de métrologiste lui ont permis de suggérer.

J'ai aussi grand plaisir à reconnaître les services très précieux de M. Chappuis, qui s'est chargé de la tâche fastidieuse et ingrate de préparer les tubes à vide, et aussi ceux de M. Guillaume, qui a achevé les comparaisons du mètre auxiliaire avec le Prototype pendant la maladie de M. Benoît.

Ce n'est là qu'une faible partie des nombreuses tâches, difficiles et fatigantes, que ces Messieurs ont assumées, dans le but d'assurer au travail un heureux succès. Je ne puis qu'adresser mes sincères remerciements à tous et à chacun, pour l'aimable courtoisie et la généreuse hospitalité, qui ont fait de mon séjour parmi eux une époque de ma vie dont je garderai toujours le plus agréable souvenir.

Enfin, je suis heureux de dire combien j'apprécie l'honneur que m'a fait b; Comité international des Poids et Mesures, en m'invitant à entreprendre ces expériences, et d'adresser en particulier mes remercîments à MM. Foerster, Hirsch et Gould pour l'intérêt qu'ils ont manifesté pour ces recherches.