INTRODUCTION

d. La divergence qui peut être notée parmi les physiciens contemporains au sujet de la forme delà physique théorique. — 2. Le mécanisme. — 3. L'énergétique. — 4. La question posée par ces deux formes générales de hi physique théorique est à la fois d'ordre scientificpie. — 5. VA d'ordre psychologique. Ce point de viie seul sera considéré, le point de vue scientifuiue ne relevant que delà critique des savants et restant en ce moment en pleine discussion.

i. — Les physiciens contemporains s'accordent tous à reconnaître la valeur objective complète des résultats purement expérimentaux.

Ceux-ci constituent véritablement la science de la pliysique, et, sauf dans des cas exceptionnels, momentanés, dans la science en train de se faire, il n'y a, à leur sujet, aucune divergence. Dans les Hev. 1

cas indécis, tous sont d'accord d'ailleurs, pour s'en remettre à l'expérience mieux informée.

La science physique n'est donc ni un « art arbitraire », ni une « science à refaire à chaque régénération ». Elle est un ensemble de résultats expérimentaux qui s'accroît sans cesse, sans jamais laisser, — sauf en ce qui concerne les erreurs d'expérience — , périr l'acquis dont elle part. Il ne faut pas craindre de le répéter. L'avis des physiciens contemporains est ici unanime.

Mais unanime aussi est leur avis pour reconnaître à côté de l'expérience la part de l'hypothèse, de la théorie. La physique théorique, chargée de systématiser les résultats derexpérienco, n'a pas Vunilé de ces résuUats. Les physiciens se sont toujours battus sur ce terrain. Et ils se battent encore. La physique contemporaine nous montre deux écoles rivales : l'Energétique et le Mécanisme. C'est la seule divergence qui existe entre eux, mais elle existe, et rien ne montre que le débat doive être bientôt tranché.

En quoi consiste cette divergence ? La piiysiquc théorique se mêle à la physique expérimentale, à la fois comme une méthode d'exposition, et comme une méthode de recherche. La divergence est donc d'ordre méthodologique : ce qui explique qu'elle n'atteigne pas la valeur objective des résultats expérimenlaux qui constituent le

contenu, la réalilc de la Kscience physique. La rivalité entre l'énerp^étique et le mécanisme soulève non une question de résultats, mais une question de méthode. Elle peut se formuler ainsi : quelle méthode convient-il de suivre dans la construction de la physique théorique ? Les données de la question sont donc les caractères que chacune des deux écoles assigne à la méthode qu'ello préconise.

û. — La physique mécaniste cherche à expliquer l'expérience; elle veut, au-dessous des apj)arences immédiates, trouver des faits permanents et généraux qui en rendent raison. Les mécanistes ne distinguent plus guère actuellement entre les hypothèses atomistes, newtoniennes, on cartésiennes. Ils visent, avant tout, à nous fournir une représentation de l'univers, construite à 'aide du plus petit nombre d'éléments possible, ces éléments était les plus simples possible. Comme dans les sciences de la nature, c'est la mécanique, ou science du mouvement, qui utilise le plus petit nombre d'éléments, et les éléments les plus simples, il en résulte que ces physiciens cherchent à construire une représentation du monde physique en continuité avec la mécanique.

II y a encore une autre raison qui les incline à chercher une représentation mécanique des phénomènes physiques : c'est qu'au fond toutes nos représentations psychologiques sont accompa-

, 4 l/ÉNERGmoCE ET LÉ MÉCANISME

gnées de la représentation d'un mouvement, aussi bien dans le milieu extérieur que dans notre organisme. Une transformation physique est donc toujours liée, si nous en faisons l'analyse exacte, à du mouvement. De là cette idée de chercher à figurer tous les phénomènes par un mouvement. D'autre part, comme la science du mouvement essaye de représenter le mouvement à l'aide du plus petit nombre d'éléments possible, et.des éléments les plus simples et les plus clairs, elle tend à réduire le mouvement à ses conditions géométriques. Les forces newtoniennes seront les simples effets du mouvement des masses, (hypothèse atomique), et les masses elles-mêmes seront dérivées purement et simplement des mouvements donnés dans un milieu homogène. On considère que l'hypothèse cartésienne est la plus simple etla plus démonstrative. Hertz, Sir William Thomson, Helmholtz, Gibbs, Lorentz, Larmor, se sont efforcés de mettre ces hypothèses en harmonie avec les découvertes les plus récentes, de façon qu'elles puissent les représenter suffisamment. Actuellement, sous le nom de physique des électrons, une science issue de l'hypothèse mécaniste et cartésienne cherche à représenter tous les phénomènes de l'univers en considérant que l'élément primordial est l'éther électro-magnétique, et que les mouvenuMils qu'y produisent et crécMit h^s piirticules

LE l'UOHLIiMK, LA MKTIIODK î)

électrisées, sont roriginc des j)hoiioni(UU's qur nous appelons matériels. La mécanique classique, telle qu'elle a été établie par Galilée et Newton, ne serait qu'un cas privilégié de cette» mécaniejue plus générale, lorsque les ])artivules matérielles considérées, et les agrégats qu'elles forment, ont des vitesses assez éloignées de celle de la lumière. Le mouvement seul est à la base de cette hypothèse. La notion de masse, elle-même, n'est qu'une fonction du mouvement. Larmor a essayé une représentation purement mécanique dans laquelle la dynamique des électrons se déduit du milieu où ils se meuvent.

Pour avoir une idée générale de la méthode et de l'esprit de la physique mécaniste, on pourrait décrire l'une des nombreuses constructions figuratives particulières qui ont été tentées. Mais il vaut mieux, je crois, s'adresser à un savant ([ui, de propos délibéré, cherche à présenter les principes fondamentaux de la physique, en dehors d'une hypothèse déterminée sur la constitution de la matière. Son souci de décrire avant tout l'expérience le rapprocherait singulièrement de Téncrgétisme, si son esprit et sa méthode non étaient pas en réalité bien différents, et ne restaient d'éducation foncièrement mécaniste. Kn comparant la façon dont il établit les principes (h» la physique avec la façon dont nous les verrons poser tout à l'heure par un énergétiste et en voyant

l'opposilion des deux méthodes, on se rendra compte de la divergence des deux esprits d'autant mieux, qu'ici la tendance mécaniste est, de parti pris, réfrénée et son influence réduite au minimum.

J. Perrin commence par détinir la notion de force. La force est une quantilé donnée par V expérience, une réprésentation expérimentale, claire et distincte : <( Je montrerai comment, dit-il, à ce mot unique de force correspondent en réalité plusieurs idées distinctes, successivement imposées par V expérience et qui possèdent en commun des caractères assez essentiels pour qu'il soit en effet utile de les exprimer par un terme unique.

« Pour cela, je ferai (ïabord appel à des données expérimentales extrêmement familières et qui joueront pour nous un peu le rôle que jouent pour un géomètre les modèles grossiers, mais tangibles, à partir desquels il s'élève aux concepts de surfaces de lignes ou points, w (p. 2.).

La première de ces données est la sensation d'effort musculaire et la déformation qu'elle entraîne dans la chose à laquelle elle s'applique.

Cette déformation objective deviendra le moyeu générai de mesurer la force, sans s'inquiéter des moyens par lesquels elle a été produite. Le cas le plus simple où l'on peut étudier cette déformation est la déformation d'itnfd élastique : la tension. — «Une fois définie et mesurée la tension

(lun iil, on peut définir et mesurer la pression à l'intérieur d'un fluide. » On établit ainsi un premier sens bien précis du mot force : « un fd tendu fixé à en point applique une force à ce point. » Cette signification s'élend et se généralise quand on considère la pression sur une paroi et les forces de contact y puis le poids d'un corps. Tous ces effets peuvent se représenter comme le résultat du rôle que joueraient des fils tendus invisibles. Et les forces nous apparaissent toujours par suite comme pouvant être représentées par de tels fils et figurées par des vecteurs « ayant pourorigine le point d'application, pour direction celle du fil qui produit la force, pour sens le sens qui va du point d'application aux autres points du fil, et pour longueurune longueur mesurée par le même nombre que la force.

« En certains cas exceptionnels, les fils ainsi imaginés ne suffisent pas à maintenir en équilibre le corps auquel ils sont attachés.

«Tout se passe alors comme s'il était sollicité par de nouveaux lils invisibles » ; ce sont alors les forces de seconde espèce. Les vecteurs qui représententtoutesles forces, ainsidéfinies, jouent un rôle semblable en ceci que, sans distinction d'origine, la somme de leurs projections sur un axe quelconque est nulle, et que la somme de leurs moments par rapport à un axe quelconque est nulle.

8 L E.NE1UÎETIQUE ET LE MECAiNISME

11 est tout à fait évident qu'on peut toujours trouver un syslème de vecteurs satisfaisant à cette condition d'équilibrer un autre système donné. On le peut même d'une infinité de manières, et, si l'expérience ne nous apprenait rien de plus, l'introduction des forces de seconde espèce ne serait qu'un artifice mathématique.

(( Ce qici est remarquable, cesl qitil existe une solution simple de ce problème indéterminé et que Von ait su, trouver cette solution,

«En d'autres termes, on a su, par expérience et par induction, atteindre à des lois excessivement simples, permettant d'afïirmer à l'avance que, •dans telles conditions, tel sysibme, bien dé te7*miné de forces de. seconde espèce équilibreront les forces de contact appliquées à un corps donné Si donc ces dernières forces sont inconnues, on aura par la môme un renseignement sur elles : c'est ainsi que nous avons pu calculer la diiïiérence des pressions en deux points d'un fluide. Cet exemple nous fait concevoir comment la considération de forces de seconde espèce aisément calculables peut faciliter la prévision des phénomènes. »

Les lois, qui permettent cette prévision et auxquelles on a pu atteindre j^ar l'expérience et par Vinduction^ sont les lois de la statique et de la dynamique. La première suppose que le corps en expérience est immobile par ra})port au sol ; la

LK PUOHLKMK, LA MKTIIODK ' {)

seconde passe au cas général d'un niouvemonl quelconque.

Les notions et lois expérimentales de la statique sont les notions de poids et de niasse, les lois de la conservation de la masse, et de l'atiraction universelle, les lois de rélectrostaticjue (lois de Coulomb) (jui modifiées par j.orentz permettent à leur tour de considérer les précédentes comme un résidu d*actions électriques.

Elles considèrent,e;i raison d'expériences nouvelles, les lois de l'attraction comme un cas i)articulicr privilégié des lois qui régissent les forces électriques et la matière mécanique comme un cas particulier, la première étudiée à cause de sa simplicité, de l'électricité. C'est par la mécanicpie simpliste et privilégiée de Newton que l'on a pu ensuite atteindre des lois plus générales. Cellesci, tout en modifiant profondément notre idée de la nature, n'en peuvent pas moins laisser légitimement la mécanique rationnelle à la base de la physique, comme la première approximation qui permet, par des extensions successives, une vue pkis comprébensive des choses, i.es lois des forces mat^nétiques, radio-actives, lumineuses sercibent de plus en plus aisément aux précédentes à la suite d^ expériences qm nousrévèlentà mesure Tidentité fondamentale de ces forces avec les forces électriques. Cest ici que viendrait se brancher Unit naturellement une lujpoUièsc sur la constitution

de la matière, et qui, dans l'espèce, serait l'hypothèse électronique, si Tauleur ne se défendait ici de pénétrer dans le domaine des hypothèses générales. On voit en tout cas comment on y accéderait, et que l'esprit de sa méthode y tend pour •ainsi dire de lui-môme.

On passe ensuite aux principes de la dynamique, qui ne présentent comme la suite naturelle de la statique. Il s'asçit, toujours en s'appuyant sur l'expérience, et en progressant des /"ai/s privilégiés au cas le plus général, de déterminer les lois des phénomènes lorsqu'intervient cette complication nouvelle, le mouvement et les notions qu'il entraîne : vitesse, accélération. Ces lois sont le principe d'inertie, le principe de d'Alembert, le principe de l'action du milieu, qui nous permettront d'atteindre ensuite en nous élevant à des complications nouvelles (les facteurs d'action) les lois relatives à l'énergie.

« Deux corps sont en repos, ou en mouvement l'un par rapport à l'autre, suivant que leur position relative reste invariable, ou varie. Les expressions vicieuses de repos absolu, mouvement absolu, doivent être rejetées, et quand on voit figurer dans une phrase les mots de repos ou de vio uvemenl on doit toujours se demander à quoi se rapporte ce repos ou ce mouvement. De ménjc la trajectoire d'un mobile dépend absolument des axes auxi|uels on la rapporte : un point du pourtour

d'une roue de voiture décrit une circonférence par rapport à la voiture, une cycloïde par rapport au soi » (p. 2&).

■ Perrin définit la vitesse et Taccélération et va montrer, « par approximations successives, comment on peut atteindre h une solution simple du problème sur la recherche dos forces de seconde espèce appliquées à un corps, dans le cas général où ce corps est animé d'un mouvement quelconque par rapport au sol. Il part de Ïexa7nen d'un cas particulier qui lui permet de définir la force centrifuge. Il montre qu'cHe n'est ni plus ni moins réelle que toute autre force de seconde espèce. Il introduit alors la considération du coefficient d'inertie et des forces d'inertie et donne une première forme approché de la loi dinertle : .

(c En chaque point de la trajectoire que décrit un point matériel par rapport au sol, il y a équilibre entre les vecteurs qui représentent : les forces de contact, le poids, les différentes forces de seconde espèce qui se calculent par application des lois de Newton, de Coulomb, de Laptace, etc., et la force d* inertie.

(c II paraît inutile (rinsister sur l'importance évidente de cetle loi et sur la facilité avec laquelle elle se prête à la précision des phénomènes. Par exemple on pourra prévoir avec exactitude la trajectoire d'un corps donné au travers d'un chamj)

12 L ExNERUETKJUE ET LE MÉCANISME

(le force donné pourvu que Ton connaisse la position et la vitesse initiales du point » (p. 33).

11 est par conséquent facile de retrouver la loi delà chute des corps dans le vide, « cas particulier de la loi d'inertie et qui, en réalité, la suggéra » (Galilée). On en déduit que l'inertie est proportionnelle à la masse.

On a supposé jusqu'ici que tous les mouvements étaient rapportés au sol. « Dans ces conditions la loi d'inertie n'est pas tout à fait exacte... le coefllcient d'inertie ne se trouve pas délini avec une précision parfaite. Mais il est possible d'atteindre à une loi rigoureuse, dont l'énoncé précédent donne seulement une expression approchée...

Nous avons rapporté les mouvements au sol, c'est-à-dire à la terre, considérée comme étant un corps de forme invariable. Or le choix de la terre comme système de référence peut bien être commode, mais ne s'impose nullement. Nous pouvons donc espérer qu'un choix plus heureux nous conduise à la connaissance d'une loi semblable en ses grands traits à celle que l'on vient d'énoncer, mais rigoureusement exacte. » On peut obtenir un tel résultat « en se laissant guider par une induction rationnelle ». II suffit de changer les axes de référence, de prendre un système de référence (par exemple, le système défini par le centre de gravité du système solaire et par les étoiles) qui possède la propriété suivante :

LE PnOlILÈMK, LA MKTIloDK 13

« Soit J l'accélération dans ce système (iun point matériel quelconque de niasse m, cl convenons de dire que le vecteur ( — ??iJ) représente la forme d'inertie appliquée à ce point matériel.

« ,11 y a équilibre à chaque instant entre les vecteurs qui représentent: les forces de contact; les forces calculables par les lais de Newton, (]oulomb, Laplace, etc. ; et la force dinerlie. Dès lors que Ton connaît un tel système on en connaît une infinité assujettis à cette seule condition que le mouvement relatif de deux quelconques d'entre eux soit un mouvement de translation rectiligne uniforme au degré actuel et de précision des mesures, les axes de Newton nous donnent l'un de ces systèmes.

« Le lecteur a reconnu dans l'énoncé le principe de (TAlemhert,

« Je me suis efforcé dans cette analyse^ de distinguer soigneusement ce qui est convention de laïigage et ce qui est fait d expérience. On pourrait peut-être exprimer de ])ien des manières le principe d'inertie, et la forme à laquelle on s'esl arrêté d'un commun accord, pour être probablement la plus simple, n'a rien de nécessaire. Ce qui est nécessaire, ce qui est essentiel au point de vue expérimental sans impliquer aucun choix d'axes tient sans doute en ceci :

« Ktant connues, à un cerlain instant, l(\s |)ositions ot les vitî\ss(^s, j'clalions dos poinls nialé-

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riels qui forment l'univers, on a les éléments nécessaires pour déterminer la configuration formée par ces points à tout instant ultérieur ou antérieur.

« Pour tout système matériel il y a équilibre à chaque instant entre les vecteurs qui représentent : les forces de contact appliquées à la périphérie du système ; les forces que détermine, par application des lois de Newton, de Coulomb ot de Laplace, la considération des corps étrangers au système ; et les forces d'inertie. Gela donne six conditions nécessairement vérifiées à chaque instant » (p. 44-45).

Ceci posé, Perrin, va proposer de rejeter au nom de iexpéiHenceles théories de l'action à distance, et d'adopter toujours an nom de Vexpériencc, la conception d'un milieu agissant, c'est-àdire, la conception physiqice de Véiher.

Nous ne croyons plus qu'up système matériel quelconque soit capable de donner un renseignement certain sur une région de Tespace oCi il ne se trouve pas, et nous disons qu'il nous renseigne seulement sur Vaclion du milieu, vide ou non de matière, où il se trouve plongé. Si nous constatons, par exemple, que, de deux plaques photographiques, d'abord identiques et placées dans le vide, une seule est impressionnée, nous disons que l'espace vide, contigu à cette plaque n'a pas

LE PROBLEMp, LA METHODE i5

gardé les mêmes propriétés que l'espace contigu à Tautre ; ceci nous force à dire qu'il peut se passer quelque chose dans un espace vide de toute matière. Nous donnerons le nom d'éther à coi espace ainsi considéré comme capable d'exercer des actions variées sur la matière et o\\ particulier déveiller certaines sensations (telles les sensations lumineuses). Si l'on convient qu'il y a réalité quand il y a possibilité de sensations, l'éther n'est ni plus ni moins réel que la matière » (p. 46).

L'action du milieu étant admise, on ne peut plus considérer que l'état actuel de la matière détermine son avenir. « J'ai fait observer que la loi 'd'inertie supposée exacte donne en principe le moyen de calculer, pour un instant quelconque, les positions et les vitesses relatives des dilTéronts points de l'univers matériel, dès lors qu'on les connaît pour un certain instant. Kn rejetant les actions à distance nous sommes obligés à ne voir en ce résultat qu'une approximation plus ou moins haute. L'état actuel de la matière seule ne suffit plus à déterminer son avenir; il faut, en plus, connaître tout le passé de cette matière. ou, si on le préfère, il faut connaître l'état actuel de la matière et de Vélher » (p. oO).

Nous avons jusqu'ici énoncé les lois générales de la mécanique, c'est-à-dire les lois (jui régissent toutes les transformations possii)Ies. Mais après