Exposition analytique et expérimentale de la théorie mécanique de la chaleur

Il est peu de branches des sciences exactes qui aient eu un développement aussi rapide et aussi grand que celle dont je vais essayer de faire l'exposé. A peine née depuis quinze années, la théorie mécanique de la chaleur forme aujourd'hui une doctrine complète, assise sur des bases inébranlables, au point de vue de la confirmation expérimentale aussi bien qu'à celui des principes simples et élémentaires sur lesquels s'est exercée avec tant de fruit l'analyse mathématique ; elle constitue un corps de science nouveau, indépendant et dégagé des hypothèses qui lui ont servi de points de départ, une science dont les affirmations et les inductions, on peut le dire sans aucune exagération, présentent toute la grandeur et toute l'importance de celles qui ont découlé de la découverte de la gravitation universelle : ce que celle-ci a appris à notre pensée à voir, et à peser sans le voir^ à des distances immenses dans Tespace infini, celle-là nous permet de le poursuivre el^^de le peser dans l'infiniment petit, dans les secrets mêmes de la structure des corps.

Chose singulière pourtant, cette doctrine si remarquable, et si complète déjà, est relativement peu connue encore ; elle fait partie intégrante et essentielle désormais de la physique, etne saurait plus, à aucun titre, être excluede l'enseignement même élémentaire, et cependant c'est à peine si elle a pénétré dans l'enseignement supérieur; c'est à peine s'il en est &it mention dans les ouvrages de physique les plus récents !

Comment expliquer cette lenteur de diffusion, et, disons-le aussi, comment expliquer l'hésitation que mettent beaucoup de physiciens à accepter la doctrine? Plusieurs raisons très variées se présentent à nous ; il serait intéressant et peut-être utile de les examiner à un point de vue critique ; je ne m'arrêterai que sur Tune des principales, qui est toute matérielle, et dont, comme on va voir, je n'ai pas seul été préoccupé. L'étude de la théorie mécanique de la chaleur a été jusqu'ici très difficile , pour ne pas dire inabordable à beaucoup de personnes^ parce qu'il n'existait pas, à profHrement parler, de traité spécial où elle sq trouvât développée sous une forme méthodique^ ^t parce que les écrits originaux, si remar-* quables, de ses fondateurs ont été disséminés dans diverses publications périodiques, les uns en Allemagne, d'autres en Angleterre, d'autres, bien moins nombreux, en France.

Frappé de cette lacune regrettable, et jugeant qu'à l'aide des éléments précieux,' mais épars^ qu'on possède mainte* nanty elle pourrait être comblée fort utilement, j'ai pensé pouvoir, sans trop de présomption, essayer de me charger de cette dernière tâche, et je me suis proposé de faire un exposé où les données de l'expérience, celles de l'analyse transcendante^ et une démonstration élémentaire eussent une part égale , et qui s'adressât ainsi à des lecteurs de différentes classes.

C'est ce travail que j'c^e aujourd'l^ni à notre public scientifique. J'ai la conscience de n'avoir épargné ni recherches ni réflexions pour être complet, ni peines ni fatigues pour être clair et pour éviter la fatigue au lecteur. Dans quelles limites ai-je atteint mon but ? je oe le sais : je ne demande au lecteur que d'avoir le courage de lire, et quelquefois la patience de relire, avant de décider à cet égard.

n est inutile que je développe ici le plan de ce livre : le lecteur en aura uoe idée complète en parcourant la table

des matières^ à laquelle j'ai donné beaucoup d'étendue, et qui forme, pour ainsi dire, le résumé méthodique de l'ensemble. Je me fais cependant un devoir d'appeler dès à présent l'attention du lecteur sur Tune des parties les plus importantes de ce Tolume. Grâce à l'amitié de R. Uausius, l'un des fimdateurs les plus éminents de la théorie méca-* niqoe^ grâce à la complaisance avec laquelle MM. Joules, Thomson et Rankine se sont empressés de me fournir la plupart de leors trayauxi il m'a été facile de réunir les matériaux les plus importants pour la partie mathématique supérieure de mon livre , et je me. disposais à les mettre en œuvre , lorsque parut en Allemagne le livre de 6. Zeuner (1858). La lecture de ce volume m'apprit que Fauteur avait exécuté une partie de la tâche que je m'étais donnée, et me convainquit aussi qu'en ce sens il était \iû** possible de mieux l'exécuter. Comme analyste^ Zeuner a fait faire de ncmveaux et importants progrès à la théorie ; comme narrateur, il a su rendre son exposition si claire et si méthodique , que l'esprit du lecteur le suit sans peine et sans fatigue à travers les difficultés les plus élevées d'une application continue de l'analyse transcendante^ Je renonçai à l'idée de rédiger, sous forme originale, la partie du sujet traitée dans ce livre remarquable ; je pensai me rendre plus utile à nos hommes de sdence, en demandant à Zeuner la permission d'introduire dans mon ouvrage la traduction complète du sien qui méritait . en tous cas, d'être présenté à noire public français, et qui y trouvait une place toute naturelle selon le plan que j'avais conçu. Cette traduction se trouve dams la Quatrième partie de ce volume : je l'ai faite aussi fidèlement qu'il m'a été possible, en y plaçant seulenmat quelques notes, là où cela m'a semblé utilCé Je n*ai rien de plus à dire de l'œuvre du savant professeur aile-*' mand : de tels travaux se passent de tout commentaire*

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Une étude beaucoup plus approfondie me conrainquit bientôt que la doctrine nouvelle ne repose sur aucune hypo* thèse, mais qu'au contraire toutes les hypothèses en sont solidaires, et sont tenues d'être d'accord avec elle ; que sans la posséder à fond, aucun observateur ne peut plus désormais s'occuper avec fruit de la moindre expérience sur la chaleur, ni surtout tirer de celle-ci des conclusions correctes et utiles : pas plus qu'il ne peut s'occuper d'astronomie^ par exemple, s'il ne possède à fond les données de la méca* nique céleste.

C'est en me plaçant à ce point de vue, que j'ai fait la révision de mes expériences. J'ai, avec la plus vive satis&o^ tion, reconnu que beaucoup des résultats qui me semblaient contraires à la théorie la confirmaient au contraire très bien. J'ai reconnu aussi que ceux de ces résultats, heureusement rares, qui m'avaient à moi-^méme semblé paradoxaux, étaient bien réellement des impossibilités ; et qu'ainsi, quant à ce qui me concerne, il fallait me résigner à dire que j'avais opéré inexactement, et à recommencer sur de nouveaux frais.

Ce sont les produits de ce travail de révision que je présente dans la 3"" partie, dans les diverses notes que fai ajou*^ tées à la 4'' partie (traduction du livre de ZeUner), et enfin dans les 5 et 6"" parties. Le lecteur verra avec plaisir quelle belle confirmation ils donnent à la théorie mécanique, et il dira, avec moi^ qu'à tous égards, celle^i repose aujourd'hui sur des bases aussi solides que la mécanique céleste.

Je ne puis que remercier les critiques^ qui ont analysé mes travaux précédents, de la bienveillante indulgence qu'ils ont eue pour ceux-ci. J'espère qu'ils ailront lieu de conserver la même bienveillance pour ce nouveau travail. Il ne m'appartient en aucune façon, de porter moi-*-même un jugement sur ce livre. Je crois pourtant être en droit de faire une réflexion à laquelle certainement le lecteur aura égards

Je ne serai accusé ni de vanité, ni d'exagération, si je dis qu'avec les matières épaipillées dans les six' divisions que j'ai écrites dans ce volume et avec les notes que j'ai ajoutées au livre de mon ami Zeuner (4* partie), il m'eût été facile de Élire une quarantaine de mémoires originaux, que j'aurais pu présenter à nos corps savants, ou du moins faire paraître sans risques dans nos diverses publications scientifiques. Mais mon but était de rendre possible , aux lecteurs de bonne volonté, Tétude de l'ensemble de la théorie mécanique : j'ai donc dû mettre patiemment trois années à composer un traité méthodique et aussi complet qu'il m'a été possible de le faire.

J'ajoute qu'il m'eût été facile, dans un pays voisin, de me trouver un éditeur de bonne volonté. Mais] c'est au public sérieux de notre pays que j'ai voulu être utile : j'ai donc dû me résigner à éditer moi-même, à mes frais, risques et périls. On reconnaîtra volontiers qu'il m'a fallu un certain courage pour procéder ainsi, à une époque où tout se fait au jou^le jour, où un volume un peu étendu fait l'effroi des critiques les mieux intentionnés, et où chacun se hâte de pro* duire une idée, et trop souvent l'ombre d'une idée, dès qu'elle est née* J'ai été soutenu dans le cours de mon travail par cette pensée consolante que, si les ouvrages développés et longuement élaborés deviennent de plus en plus rares, c'est peut-^tre beaucoup moins au manque de eonsomma" tetits qu'au manque de producteurs qu'il faut l'attribuer.

Logelbach, près Golmar, 16 juio 1862.

^ TABLE RÂISONNÉË

des matièies