Essai sur la constitution atomique de la matière [microforme]

L'expérience la plus grossière montre que le monde matériel est composé d’un grand nombre de corps placés à distance et se déplaçant les uns par rapport aux autres. L’expérience montre encore que les corps qui paraissent continus, comme les solides, les liquides et les gaz, sont cependant séparables en portions plus ou moins ténues et que l’on peut isoler. 11 semble tout naturel d'admettre que ces portions isolables sont, même dans les solides, réellement isolées et séparées les unes des autres, et qu’elles y sont simplement juxtaposées. Autant que l'expérience peut le constater, une foule de faits démontrent en outre que ces parcelles qui constituent les solides (j'en dis autant, à plus forte raison, des liquides r{ des gaz) ne sont pas en contact immédiat, mais qu’au contraire elles sont distantes les unes des autres, pouvant exécuter des mouvements relativement considérables sans toucher leurs voisines.

On s’est demandé naturellement s’il était possible de déterminer jusqu'où pouvait aller la divisibilité de la matière. — Le fait est qu’on est parvenu à opérer cette divisibilité physiquement au point de dépasser tout ce que les sens sont capables d'apprécier. — Mais ce qui échappe aux sens, l'imagination peut encore le poursuivre en s'appuyant sur le raisonnement. On s’est donc demandé si la matière est divisible à l'infini, ou si la divisibilité des corps matériels a une limite.

Or la divisibilité infinie est un non sens, puisqu'elle supposerait dans un corps limité un nombre actuel infini de parties existantes, ce qui est métaphysiquement impossible et absurde. Reste donc la divisibilité limitée. Mais quelle est la nature de celle-ci ? — La constance des propriétés des corps appelés corps simples, qui se retrouvent toujours rigoureusement identiques, quelles que soient les combinaisons préalables par lesquelles on les a fait passer, et surtout les propriétés cristallines des corps que l’on peut obtenir à l’état de pureté, ont conduit les physiciens et les chimistes à une espèce d'unité, appelée molécule, apéciale à chaque espèce de corps, et que l’on a coutume de définir : “ ce dont on ne peut rien retrancher sans changer la nature intime du corps.” Cette définition de la molécule comprend aussi bien la dernière parcelle séparable des corps composés que celle des corps simples de la chimie. D'après cette définition, il y a donc des molécules complexes qui sont susceptibles d’être réduites à des molécules plus simples, mais qui ne sont plus semblables aux premières : par exemple, la molécule d'eau est réductible en deux ou plusieurs molécules d'oxygène et d'hydrogène. — Toutefois, dans ce courant d'idées, il y a des molécules qui ne sont pas réductibles en plus simples qu’elles, au moins à l’aide des forces dont la science actuelle peut disposer : ce sont les molécules des corps simples. D'après cette conception, les corps simples de la chimie se distingueraient les uns des autres

uniquement par la nature de leurs olécules, qui seraient différentes d'un corps à l’autre, mais seraient fixes pour chaque corps.

Cette fixité des molécules des corps simples a été regardée d’abord par les chimistes comme une condition nécessaire de la stabilité de ces corps dans leurs propriétés physiques et chimiques. Elle avait en outre l'avantage de rendre facilement compte de la fixité des équivalents chimiques, ainsi que de la loi des proportions multiples. Aussi, pendant longtemps, a-t-on regardé les molécules des corps simples comme étant absolument fixes, invariables de forme, insécables, c’est-à-dire non divisibles ultérieurement, bien qu’elles eussent, chacune dans son espèce, un volume étendu et de forme déterminée. On les a appelés atomes, c'est-à-dire non divisibles. — Mais si, à première vue, on rendait compte ainsi et de la fixité des espèces chimiques, et des principales lois fondamentales de la chimie, on s’est, dans la suite, bientôt trouvé en face de difficultés que cette théorie n’expliquait pas, et même avec lesquelles elle se trouvait en contradiction. Pour n’en citer qu’un exemple : d’après la loi d'Avogrado, der volumes égaux de gaz ou de vapeurs contiennent des nombres égaux de molécules, soit simples, soit composées. Or on sait qu’un volume de chlore et un volume d'hydrogène se combinent en formant deux volumes d'acide chlorhydrique, ou, ce qui revient au même, une molécule de chlore et wne molécule d'hydrogène forment deux molécules d'acide chlorhydrique ; donc chaque molécule d’acide chlorhydrique se compose d’une demi-molécule de chlore et d’une demi-molécule d'hydrogène. Les exemples analogues sont nombreux.— Il résulte de là que les molécules, si la loi des volumes d'Avogrado est vraie, ne peuvent pas être invariables : elles peuvent au moins se scinder en deux. Ce fait s’est tellement imposé à Avogrado luimême qu'il a dû imaginer l'hypothèse des molécules intégrantes et des molécules élémentaires, les premières étant composées d’un certain nombre des secondes, et la loi des volumes d'Avogrado s'appliquant seulement aux molécules intégrantes.

Si cette difficulté était la seule, l’ingénieuse hypothèse des molécules intégrantes serait une explication plausible et strictement suffisante ; mais il y en a bien d’autres. Comment expliquer la parfaite homogénéité des combinaisons chimiques, en même temps que l’absolue différence de propriétés qui existe entre les composés et le composant d’une part ; et d'autre part la différence radicale entre la combinais” de deux corps et le simple mélange de ces deux corps? Par exemple, si l'on mélange an volume d'oxygène avec deux volumes d'hydrogène, on peut les laisser ainsi mélangés indéfiniment sans jamais constater aucune des propriétés spéciales de l'eau ; c’est un simple mélange. Mais si l'on met le feu à ce mélange, ne serait-ce que par une étincelle, la combinaison a lieu, les propriétés de l’eau sont caractéristiques, et l'on ne trouve plus aucune des propriétés spéciales de l'oxygène ou dé l'hydrogène : au lieu d’un mélange, on a un corps parfaitement homogène qui ne trahit en aucune façon la présence de l’un ou de l’autre de ses composants ; si bien que l'on peut dire que, dans l'eau, il n'y a plus ni oxygène ni hydrogène. Or, si les molécules élémentaires d'Avogrado sont de petits solides invariables, leur simple juxtaposition plus ou moins intime suffit-elle pour expliquer l'énorme différence entre le mélange et la combinaison ?

Mais ce n’est pas tout. Outre certains effets de contraction observés dans quelques composés (potassium et oxygène, v. g.), et inexplicables dans la théorie des molécules élémentaires solides et invariables, comment expiiquer, dans cette même théorie, les effets de présence où de contact (pour lesquels on a imaginé la force catalytique) ; la polarisa-

tion des liquides et des solides ; la production de l'électricité dans les piles ; les modifications produites dans les corps par la lumière, la chaleur, l'électricité, le magnétisme ? N'a-t-on pas été obligé, pour essayer d'expliquer ces phénomènes et bien d’autres, d’avoir recours à toutes sortes d’atmosphères autour des molécules, et d’en faire le siège de ces manifestations ? Il fallait bien mettre ce siège quelque part, et évidemment on ne pouvait le mettre dans les molécules elles-mêmes. Ilen résultait donc ce singulier état de choses, savoir: que la molécule, cet élément regardé comme fondamental, se trouvait réduite au rôle de noyau neutre, inutile, inerte, hors d'atteinte dans le scin de l'atmosphère qui l’entourait et qui était tout !

Aussi plusieurs physiciens, ne comprenant pas la nécessité d’un noyau insaisissable, inabordable, inerte et inutile, ont-ils cru pouvoir en nier l'existence et ne voir dans les corps matériels que des centres de forces sans substratum matériel. Ces centres de forces, qui n'étaient que des êtres de raison, étaient-ils plus intelligibles que ce qu'ils étaient destinés à remplacer? Il est permis de croire que les auteurs de cette nouvelle théorie auraient été bien en peine de s'expliquer là-dessus.

Il en est de même de l'explication moderne des lois dites de l'attraction universelle ou lois de Newton. L’illustre géomètre anglais disait qu'il était trop philosophe pour croire que les corps matériels pussent agir les uns sur les autres à distance ; aussi exprimait-il son admirable loi en disant que les choses se passaient comme si les corps s’attiraient en raison directe des masses et en raison inverse du carré des distances. En attendant qu'on eût trouvé une explication qui satisfit mieux sa philosophie, Newton appliqua le calcul à sa loi en supposant (simplement pour faciliter le calcul) ce que sa philosophie l’empéchait d'admettre comme une réalité. Il en est résulté une explication tellement simple et une si grande facilité de calcul, que l’on n’a pu depuis trouver d'expression plus simple non seulement pour l'attraction universelle et les calculs de l’astronomie mathématique, mais pour l'application du calcul à toutes les autres forces de la mécanique ; c’est-à-dire, que, pour se rendre compte d’une force quelconque, il faut essentiellement la regarder comme émanant d'un corps et s'exerçant sur un autre. Il résulte encore de là cet autre fait étrange que tous les calculs de la mécanique céleste et usuelle, qui se vérifient d’une manière si admirable et conduisent à des résultats dont l'exactitude exclut la possibilité de tout doute, se trouveraient fondés sur une pure hypothèse qui manquerait elle-même de tout fondement, et qui serait soi-disant philosophiquement fausse !

Quoi qu'il en soit de l’étrangeté de cette assertion, qu'est-ce donc qu'ont imaginé les modernes pour expliquer philosophiquement les lois de Newton et remplacer l'attraction universelle ? Pour éviter l'attraction à distance, ils ont imaginé d'attribuer à la pression de l’éther l'effet que l’on attribuait à l'attraction. Dans cette hypothèse les corps ne s’attirent pas, mais ils sont poussés les uns vers les autres. Fort bien !ai n’y a à cela qu'un léger inconvénient, c’est qu'on tombe de Charybde en Scylla. En effet, on suppose que l’éther est un fluide parfaitement élastique et dont les éléments constituants sont infiniment plus subtils que les molécules les plus petites des corps gazeux. Mais alors de deux choses l’une : ou les éléments constitutifs de l’éther se touchent, où ils sont à distance. — S'ils se touchent, comment peuvent-ils vibrer et surtout être animés de ces énormes vitesses qu'on est obligé de leur supposer pour produire les effets attribués à l'attraction universelle ? —— Tt s'ils ne se touchent pas, en quoi consistera leur élasticité pour qu'ils puissent par le choc entrer en vibration et changer la direction de leurs mou-

vements? Faut-il, eux aussi, les supposer enveloppés d'atmosphères distinctes d’euxmêmes, ou bien finir par admettre entre eux une action à distance? D'ailleurs ces éléments constitutifs de l'éther ne peuvent pas être en sombre infini ; ils sont donc limités en nombre et par là même limités dans l’espace qu'occupe leur totalité. S'ils ne s’attirent pas, comme ils éprouvent chacun une résistance du côté de l'intérieur de leur ensemble, et qu'ils n'en éprouvent pas ou n’en éprouvent qu'une moins grande du côté de l’extérieur, comment expliquer qu'ils ne se dispersent pas et qu'ils puissent exercer une pression toujours exactement la même sur les corps qui y sont plongés? Comme on le voit, il y a place encore pour d'autres théories plus heureuses dans leurs explications que celles qui précèdent.

Celle que je veux exposer ici n’est pas nouvelle ; mais peut-être n’a-t-elle pas été développée jusqu'ici dans l'ensemble de ses conséquences. Je vais essayer de le faire. Cette théorie, en la prenant en elle-même, et sans tenir compte de l’histoire de ses progrès successifs dans l’esprit de ceux qui s’en sont occupés, peut être considérée comme une conclusion déduite de l'application du calcul à tous les problèmes de mécanique ; et elle se prête admirablement à l'explication de tous les phénomènes: car ceux-ci n’en sont, pour ainsi dire, que les conséquences naturelles. Or c’est bien là la meilleure épreuve de toute

théorie scientifique.

La mécanique est l'étude du mouvement des corps sous l’action des forces. On commence cette étude par celle du mouvement en lui-même, indépendamment de ses causes. Cette étude du mouvement (désignée sous le nom de cinématique) n'implique aucune théorie hypothétique et est absolument certaine. Puis, sous le nom de forces, on étudie tout ce qui peut produire ou modifier le mouvement des corps. Or, sans rien préjuger sur la nature intime de la force, et simplement pour la définir au point de vue de son introduction dans le calcul, on est conduit à considérer, dans chaque force, sa direction, son intensité et son point d'application. Ce point d'application d'une force est aussi nécessaire à le détermination de celle-ci que l'intensité ou la direction de la force, si bien que, sans ce point, il est impossible d'appliquer le calcul à une force pour en tirer quelques conclusions.

Aussi, pour procéder du simple au composé, est-on obligé de commencer par étudier le mouvement produit par une force, lorsque celle-ci est appliquée, non pas à un corps étendu, mais à un simple POINT MATÉRIEL (sans étendue), afin qu'il n’y ait pas d’ambiguité ni d’hésitation sur la localisation précise du point d'application de la force. Cette conception des physiciens s’est imposée à eux par la nécessité du calcul, car alors tout est net et précis: étant donnée une expression de la force, on détermine rigoureusement la nature de la trajectoire (unique) suivie par le point matériel, et la loi du mouvemeft de ce point matériel sur sa trajectoire ; réciproquement, étant donnée la nature de la trajectoire et la loi du mouvement, on détermine rigoureusement l'expression mathématique de la force. Pour passer de là à l'étude du mouvement d'un corps, on supposé d'abord deux

points matériels, puis /rois déterminant les sommets d’un triangle, puis quatre déterminant les sommets d’une pyramide, puis un nombre quelconque de points matériels toujours reliés entre eux d'une manière fixe et formant ce qu'on appelle un solide invariable. Pour déterminer le mouvement généralement complexe de ce solide, on étudie d'abord son

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mouvement d'ensemble ou le mouvement de son centre de gravité: c’est ce qui conduit aux lois de la composition des forces. Puis on étudie les déplacements des différents points qui composent le solide invariable par rapport au centre de gravité. — On passe enfin de là au mouvement beaucoup plus compliqué des ensembles de points reliés par certaines lois qui ne les astreignent pas à garder entre eux des distances fixes.

Ainsi, de proche en proche, on arrive à pouvoir appliquer le calcul aux mouvements des différents corps naturels en les supposant composés de points matériels reliés entre eux d’après les lois que fait connaître l'expérience. — Mais, dans tous les cas, la base fondamentale de l'application du calcul aux problèmes les plus compliqués comme aux plus simples de la mécanique, c’est de les réduire, par la pensée, à un ensemble de points matériels reliés entre eux par certaines Iris. Alors tout est clair, et, chose merveilleuse, non seulement on calcule ainsi aisément les cas usuels, mais on prévoit des faits nouveaux toujours confirmés par l'expérience, du moment qu'on part de données certaines! Bien plus, vouloir agir autrement, c'est errer au hasard et se mettre dans l'impossibilité d’arriver à un résultat certain.

Quand on songe que Dieu a tout fait avec nombre, poids el mesure, est-il bien sage de croire que la seule manière d'appliquer le calcul aux lois de l'univers physique soit fondée sur une pure abstraction de l'esprit, sans réalité existante, et ait un fondement philosophiquement faux ? —— C'est ce que je me permets de ne pas croire. — Quand d’ailleurs on réfléchit que l'expérience, à mesure que l’on étudie davantage les sciences physiques et chimiques, tend à prouver que les molécules elles-mêmes des corps simples ne sont pas invariables dans leurs formes et se comportent comme de véritables corps composés, il me paraît absolument raisonnable de regarder comme une réalité l'hypothèse qui sert de base à la mécanique.

Dans cette conception, les molécules élémentaires des corps simples seraient donc composés de points matériels, véritables substances n'ayant point d’étendue réelle et se localisant par conséquent tout entières chacune dans un point mathématique, mais ayant une étendue virtuelle s'étendant, pour chaque point matériel, à fout l'univers. Je m'explique.

Les métaphysiciens de l’école de saint Thomas d'Aquin ont une admirable manière d'exprimer la nature des êtres matériels : ils disent qu’ils sont, en dernière analyse, composés de matière première et de forme substantielle. Si nous empruntons cette manière de voir, qui rend le discours beaucoup plus clair, nous pourrons dire que, dans les points matériels tels qu'ils sont ici supposés, la matière première, c'est ce qui fait que ces points sont quelque chose et non pas des riens comme les points mathématiques qui ne sont que des positions. Nos points matériels sont donc des êtres ayant une existence réelle et individuelle. Maintenan: il est impossible d'admettre que ces points matériels soient absolument inertes, si l’on veut expliquer les phénomènes de la nature: il faut au contraire admettre qu'ils sont à la fois actifs et passifs, c'est-à-dire qu'ils peuvent agir sur les autres points matériels de même nature, et en recevoir une action. Or la forme substantielle de ces points matériels serait précisément l'ensemble des propriétés actives et passives qui font que chaque point matériel est sensible à tout le reste de l'univers, et réciproquement en reçoit une action, propriétés dont la loi de l'attraction universelle dite de Newton serait une des manifestations. À ces points matériels seuls appartiendrait proprement et absolument limpénétrabilité physique, c'est-à-dire la propriété d’exclure tout autre point matériel de la place qu'occupe actuellement sa propre substance.

Cette impénétrabilité ne serait pas non plus un simple effet d'inertie passive, mais serait le résultat de cette espèce d'activité par laquelle chaque de repousser tout autre point matériel tendant à v

le premier, Cette impénétrabilité vraiment active serait une seconde manfestation de la forme substantielle et pourrait en même temps rendre compte de l’éla

Mmatvriels, et par suite expliquer la possibilité du mouvement y neux et électrique.

point matériel a la propriété enir occuper la position déjà occupée par

slicité des points ibratoire calorifique, lumi-

Les points matériels ainsi considérés peuvent ex

pliquer, bien mieux que tout autre système connu, les phénomènes naturels.

Essayons de le faire voir en admettant provisoirement leur réalité, et tirons les conséquences qui résultent de leur constitution supposée, c'est-à-dire, 1° de leur attraction mutuelle (vraie attraction inhérente à çant en raison directe de leur proque ;

leur nature ) s’exernombre et en raison inverse du carré de leur distance réciet 2° de l'espèce de répulsion mutuelle résultant de leur impénétrabilité Ces points matériels, vrais atomes dans toute la force du terme, et que, pour cette raison, j'appellerai désormais atomes pour abrèger, peuvent être désagrégés, c'est-à-dire isolés les uns des autres, va réwnis en groupes plus ou moins nombreux.

Les atomes désagrégés, soumis à leur attraction et à leur impénétrabilité mutuelles, constitueront un milieu éminemment élastique et le plus subtil qui se puisse imaginer, satisfaisant, par conséquent, à toutes les conditions que les physiciens désirent trouver et

sont obligés de supposer dans le fluide universel communément désigné sous le nom d’éther,

active.

siège des phénomènes lumineux et calorifiques.

Ni l’on suppose maintenant un certain nombre de ces atomes amenés une première fois en présence à des distances assez petites pour que chacun d'eux ne puisse se soustraire à l'action attractive prépondérante de l’ensemble des autre groupe plus ou moins stable, mais qui ne pourra plus se d pour cela une force étrangère à lui-même.

s, on se trouvera en face d’un

ésagréger seul, et qui nécessitera Ce sera une molécule.

Mais quelle sera la constitution de cette molécule ? elle dépendra évidemment des conditions initiales qui auront présidé à sa formation. La molécule sera plus ou moins dense, indépendamment du nombre de ses atomes composants, suivant les directions des mouvements et les grandeurs des vitesses qui auront amené en présence les atomes du groupe. Quelles que soient cependant ces vitesses, jamais les atomes d’une molécule ne pourront être amenés au contact absolu, c’est-à-dire à une distance nulle, à cause de leur impénétrabilité active. Ils resteront donc à distance les uns des autres et formeront comme une espèce de constellation sans liens apparents, mais cependant assez solide pour exiger un effort, une force pour la briser. Dans cette constellatior.

, les atomes ne seront pas immobiles: ils ne pourront même pas l'être. En effet, sous la double influence de l'attraction du gx

oupe vur chacun d’eux et de leur impénétrabilité active, ou, si l'on veut, de leur élasticité répulsive mutuelle, le mouvement de translation qui les aura amenés en présence se trouvera lransformé en mouvement vibratoire rectiligne on ratotoire, suivunt la direction primitive du mouvement primitif de chacun d'eux par rapport à l'ensemble des autres du groupe ; car dans cette tranformation du mouvement devra se vérifier la loi si admirable de la conservation de l'énergie. — Dans la molécule ainsi formée, la disposition des atomes he sera pas quelconque : elle résultera de la combinaison des deux forces en présence et des conditions initiales de mouvement qui auront donné lieu à la formation de la molécnle. Cette disposition pourrait être rigoureusement calculée d'avance, étant données les circons-

mais priété e par de la 0ints lumi-

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