EXEMPLE DE RÉDUCTION D'UN PHÉNOMÈNE AU MOUVEMENT: LE SON

Quelles sont les parties de la physique qui se prêtent le mieux à l'explication mécaniste ? Y en a-t-il qui paraissent y être rebelles ?

Dans une réponse à Ostwald et aux partisans de « la nouvelle énergétique », Boltzmann observait justement que, si Ton tient à mettre en évidence les phénomènes qui résistent à l'interprétation mécaniste, il ne convient pas de laisser dans l'ombre ceux dont elle est venue rendre compte avec une merveilleuse clarté. L'acoustique nous offre, à cet égard, un modèle incomparable de science bien faite, et la théorie du son est le triomphe de la physique cartésienne. Les diverses sensations sonores diffèrent entre elles par des qualités caractéristiques : la hauteur — de deux sons, l'un est plus aigu ou plus grave que l'autre, ou bien tous deux sont à l'unisson ; — Y intensité — un son peut être plus faible, un autre plus fort ; — le timbre, qualité plus délicate à définir, et qui nous fait discerner deux instruments qui rendent la même note.

268 LA DÉGRADATION DE i/ÉNERGIE

Pour un cartésien, ces trois qualités : hauteur, intensité, timbre, sont des qualités secondes. Elles doivent, de toute nécessité, se réduire à des qualités premières; c'est-à-dire à des qualités géométriques et cinématiques de la matière.

Chacun sait quelle a été la réponse de l'expérience : la cause objective de la sensation sonore est un mouvement périodique, un mouvement vibratoire d'un corps élastique. Nous pouvons en montrer la réalité, le faire toucher du doigt, encore que ce mouvement échappe à nos yeux; il suffit de forcer le corps vibrant à inscrire lui-même ses vibrations. Fixons à une branche d'un diapason un petit stylet, et attaquons le diapason avec l'archet : la pointe exécute un mouvement de va-et-vient trop rapide pour qu'on puisse la suivre des yeux, et voir autre chose qu'une petite ligne horizontale continue. Si l'on promène, devant la pointe, une plaque de verre noircie au noir de fumée, ou qu'on dispose devant elle un cylindre tournant recouvert d'une feuille de papier noircie, la pointe vibrante dessinera une ligne sinueuse. L'étude de ce tracé sinueux pourra se faire ensuite tout à loisir ; elle renseignera sur les moindres particularités du mouvement vibratoire qui est inscrit sur le tracé. A côté l'un de l'autre, on peut inscrire les sons de deux instruments, et les comparer. Deux sons de même hauteur, deux sons que l'oreille déclare être à l'unisson, donneront sur une même longueur de la feuille noircie exactement autant de sinuosités. Ils ont le même nombre de vibrations dans une seconde. La hauteur tient uniquement à la rapidité de la vibration. — A quoi répond l'intensité? Le même diapason, plus vigoureusement attaqué, donne la même note, mais cette note s'entend mieux et de plus loin. Le graphique nous montre que les sinuosités ont plus d'amplitude ; l'excursion de la pointe mobile à droite et à gauche de sa position d'équilibre est plus étendue.

L'intensité tient à Vamplitude de la vibration. — Inscrivons, côte à côte, le la d'un diapason et le la d'une corde de piano. Voilà deux notes de môme hauteur, que pourtant l'oreille la moins exercée ne confondra pas. Aussi bien, les deux tracés sont différents. Tous les deux sont sinueux, et il y a autant de sinuosités dans l'un et dans l'autre; mais la courbe dessinée qui, pour chaque tracé, se reproduit identique à ellemême à chaque vibration nouvelle, n'a pas la même forme dans l'un et l'autre tracé. Le timbre tient à la forme de la vibration.

Qu'il y ait encore matière, en acoustique, à des études de détail importantes et délicates, c'est ce qui n'est pas douteux. Mais on peut dire que l'acoustique est, dans son ensemble, achevée, — du moins la partie purement physique de l'acoustique. Le physicien n'a pas à rendre compte du mécanisme et de la nature de la sensation ; son rôle se borne à voir à quoi répondent, dans le monde extérieur qui agit sur lui, les qualités que lui révèle la sensation. Pour le son, ce travail est fait.

Ce n'est pas à dire qu'une acoustique faite uniquement de géométrie et de mécanique pût être correcte d'un bout à l'autre : pour avoir négligé les phénomènes calorifiques qui accompagnent dans l'air la transmission progressive des ondes sonores, Newton arrivait à une formule inexacte pour la vitesse de propagation de son. Il n'en reste pas moins établi que les qualités du son sont intégralement réductibles à des qualités premières de la matière, au sens cartésien.

§ 5. - L'EXPLICATION MÉCANIQUE DE LA LUMIÈRE ET L'EXPLICATION ÉLECTRO-MAGNÉTIQUE.

Entre le son et la lumière, les analogies sont nombreuses. La plus saillante est le caractère périodique

des deux phénomènes. Chaque couleur est une note, et la couleur est, pour la lumière, ce qu'est la hauteur pour le son : entre deux couleurs simples, nulle différence qualitative, mais la simple différence d'un phénomène plus rapide à un moins rapide, d'une note aiguë à une note grave. Les notes lumineuses ont des nombres de vibrations qui se chiffrent en centaines de trillions par seconde.

Comme le son, la lumière met un certain temps pour se propager. Elle va, il est vrai, beaucoup plus vite, mais elle ne se propage pas non plus instantanément. L'une desdifférences capitales entre la lumière et le son est que la lumière n'exige pas, pour se transmettre de la source lumineuse jusqu'à notre œil, une continuité ininterrompue de milieux matériels. Elle traverse le vide. Si Ton veut encore rendre compte des sensations lumineuses à l'aide de la matière et du mouvement, le choix reste entre deux hypothèses : imaginer qu'à travers ce vide que franchit la lumière il y a émission d'une matière envoyée par le corps lumineux et qui vient frapper notre œil ; ou bien déclarer que notre « vide » n'est vide qu'en apparence et qu'il est rempli d'un milieu élastique, susceptible de propager de proche en proche l'ébranlement lumineux, comme l'air propage un ébranlement sonore. M. H. Poincaré disait, en 1895, que nous assistions à une reprise de la lutte célèbre qui agita le xvm e siècle et la première moitié du xix e , entre partisans du système de Y émission et partisans du système des ondulations : le terrain de la lutte, toutefois, s'était déplacé. On ne se battait plus autour des rayons lumineux ; on se battait autour des rayons cathodiques produits dans les tubes à gaz raréfiés : les physiciens anglais soutenaient que ces rayons consistent en un transport de matière ; quelques physiciens allemands, qu'ils ont pour siège, eux aussi, des ondulations de l'éther. Seulement, en ce qui concerne

les rayons cathodiques, l'expérience décisive de Jean Perrin a assuré la victoire à Y émission et aux Anglais, Le triomphe est même plus complet qu'il n'est apparu tout d!abord : l'idée de .corpuscules émanés du soleil et venus jusqu'à nous, loin de scandaliser les physiciens d'aujourd'hui, paraît nécessaire pour rendre compte de certains faits de magnétisme terrestre et d'électricité atmosphérique.

Observons d'ailleurs qu'il y a confusion manifeste à représenter la théorie de l'émission comme étant, dans ses grandes lignes et dans son. principe, opposée à la physique cartésienne. Elle suppose, dira-t-on, la réalité du vide, que niait Descartes. Il faut plutôt dire qu'elle n'a besoin de rien mettre et de rien imaginer dans le vide ; ce n'est pas la même chose tout à fait que d'adopter expressément Tliypothèse d'un vide absolu. Et le système de l'émission, en définitive, prétend aussi tout expliquer par « matière, figure et mouvement». Si la première idée nette de la théorie des ondes lumineuses est due à Huygens, qui est un cartésien, n'oublions pas qu'une des affirmations les plus chères à Descartes a été la propagation instantanée de la lumière à toute distance.

Sur la nature et les propriétés de la lumière, nous sommes aujourd'hui en possession d'une admirable théorie, créée presque de toutes pièces par le génie de Fresnel.

Il ne faut pourtant pas imaginer que le mécanisme de la production de la lumière nous soit encore aussi bien connu que celui de la production du son. La lumière a pour siège ce milieu dont nous sommes bien conduits à admettre l'existence et qu'on appelle Véther; le son a pour siège la matière; et si nous ne connaissons pas très bien la matière, nous connaissons encore moins ï'éther. G'est ce qui explique que, s'il n'existe qu'une théorie du son, admise par tous sans contestation, il existe plusieurs théories de la lumière ; et je ne

parle pas des théories laissées de côté, comme celle de l'émission : je parle des théories qui admettent toutes la propagation par ondes et l'existence de l'élher. 11 n'y a pas, au moins jusqu'à présent, une façon unique de se figurer la constitution de cet éther : peut-être sommes-nous en voie de le pénétrer mieux qu'on ne l'avait fait jusqu'ici; peut-être, ainsi que l'écrivait M. Brillouin quelques semaines, avant la découverte de Rœntgen, « sommes-nous à la veille d'avoir prise sur l'éther, comme on a commencé à avoir prise sur les gaz, à partir d'Otto de Guéricke ». Mais enfin, la façon de concevoir la nature de l'éther lumineux est encore loin d'être nette, et, dans cette façon de la concevoir, il reste toujours une large part à l'arbitraire.

Il y a une quarantaine d'années, le physicien anglais Clerk Maxwell jetait les bases d'une autre théorie de la lumière, qui s'est développée depuis, non pas, comme quelques-uns l'ont pu croire, en opposition avec la théorie élastique des ondulations, mais parallèlement à cette théorie. C'est la théorie électromagnétique de la lumière. Elle a trouvé une base expérimentale dans la grande découverte de Henrich Hertz, qui réussit à produire des oscillations électriques extrêmement rapides, — moins rapides à coup sûr que les oscillations lumineuses, — mais atteignant presque le chiffre de un milliard par seconde. Hertz réussit surtout à mettre en évidence la propagation à travers l'espace de l'action exercée par ces oscillations électriques; l'expérience lui démontra un résultat capital, qu'avait deviné Maxwell : la vitesse de propagation de ces ondes électriques est égale à 300.000 kilomètres par seconde, c'est-à-dire à la vitesse de la lumière. Les « rayons de force électrique » se propagent dans les mêmes milieux, et suivant les mêmes lois que les rayons lumineux eux-mêmes; comme eux, ils se réfléchissent, se réfractent, se diiîractent, se

polarisent. S'ils n'impressionnent pas la rétine hu- J"fA

maine, ils peuvent agir sur des récepteurs appropriés, comme le radioconducleur de Branly, et permettre ainsi la télégraphie sans fil.

Seule, la hauteur des rayons de force électrique réalisés par Hertz et par ses successeurs est encore différente de la hauteur des rayons lumineux visibles ; il reste entre les rayons « hertziens », de courte période, et les rayons infra-rouges extrêmes, donnés par une source de lumière, les rayons « restants » de Rubens, quelques octaves encore vides ; mais l'intervalle se resserre tous les jours, et il n'est pas témérraire d'espérer qu'on finira par le combler. Les radiations lumineuses ne seraient dès lors qu'un cas spécial des radiations hertziennes. La cause de la lumière serait un phénomène électrique, un phénomène électrique particulier ayant comme caractère essentiel d'être périodique, et à période très brève, le nombre de ces périodes se chiffrant en centaines de tril lions par seconde.

Si l'on admet d'une façon définitive, comme on commence à le faire aujourd'hui, que la lumière a pour cause un phénomène électrique, sera-ce la condamnation de toute théorie mécanique de la lumière? Gardons-nous de le croire. Pour un cartésien, il restera seulement à trouver à son tour une théorie mécanique à l'électricité; mais quelque dût èhe Je succès de cette tentative ultérieure, il y aurait déjà simplification de la physique et progrès vers l'unité, si l'on avait réduit l'optique à devenir un chapitre de l'électricité. Ce qu'il faut retenir de cet exposé, ce n'est donc pas qu'il y ait conflit entre deux groupes de théories de la lumière, inconciliables entre elles : théories mécaniques et théories électriques; c'est seulement qu'on peut considérer la question à deux points de vue différents. D'une part, l'explication mécanique, je devrais dire lés explications mécaniques,

car il en est d'innombrables, restent intactes devant la théorie électromagnétique ; mais, d'autre part, il existe de bons esprits prêts à se déclarer tout aussi satisfaits d'une explication qui ne serait pas directement une explication mécaniste.