DES FORCES DANS LE RÈGNE INORGANIQUE ET CHEZ LES ÊTRES ORGANISÉS

La matière se révèle par ses propriétés. — Quand la matière agit, on conclut à l’existence de forces. — Multiplicité des forces admises autrefois ; tendance à leur réduction à une seule force dans le règne inorganique. — Indestructibilité de la force ; ses transformations. — Forces vitales, leur multiplicité pour les anciens physiologistes. — Plusieurs des forces vitales sont ramenées aux forces physiques. — Des lois en physique et en physiologie. — Théorie générale des forces physiques.

Nous ne connaissons la matière que par ses propriétés que nous, ne saurions elles-mêmes concevoir séparées de la matière. Le mot propriété ne répond à rien de réel, c’est un artifice de langage; ainsi, les expressions : pesanteur, chaleur, dureté, couleur, etc., attribuées à différents corps de la nature veulent dire que ces corps se manifestent à nos sens par certains effets que l’expérience de chaque jour nous a fait connaître.

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Quand la matière agit, c’est-à-dire change d’état, il se passe ce que nous appelons un phénomène, et par une nouvelle simplification de langage, nous appelons force la cause inconnue qui a provoqué ce phénomène. Un corps qui tombe, un fleuve qui coule, un foyer qui nous échauffe, l’éclair qui brille, deux corps qui se combinent, etc., tout cela correspond à des manifestations de forces que nous appelons gravité, force mécanique, chaleur, électricité, lumière, affinités chimiques, etc.

Dans les premiers âges de la science, le nombre des forces était multiplié presque à l’infini. Chaque phénomène particulier était considéré comme la manifestation d’une force spéciale. Mais peu à peu, on reconnut que des manifestations diverses peuvent tenir à une cause unique ; dès lors, le nombre des forces que l’on admettait diminua considérablement.

La pesanteur et l’attraction furent réduites à une même force par Newton qui reconnut, dans la pomme qui tombe et dans l’astre retenu en son orbite, les effets d’une même cause : la gravitation universelle. Ampère réduisit le magnétisme à une manifestation de l’électricité. La lumière et la chaleur sont depuis longtemps considérées comme les manifestations d’une même force : un mouvement vibratoire extrêmement rapide imprimé à l’éther.

Dé nos jours, une conception grandiose est venue changer encore la face de la science. Toutes les forces de la nature se réduisent à une seule. La force peut revêtir toutes les apparences : elle devient tour à tour chaleur, travail mécanique, électricité, lumière ; elle donne naissance aux combinaisons chimiques ou aux décompositions. Parfois, la force semble disparaître, mais elle n’a fait que se cacher ; on peut la retrouver tout entière et la faire passer de nouveau par le cycle de ses transformations.

Inséparable de la matière, la force est indestructible comme elle et l’on doit appliquer à toutes deux ce principe absolu : rien dans la nature ne se crée ni ne se détruit.

Avant d’exposer avec quelques détails cette grande conception de la conservation de la force et de ses transformations dans le monde inorganique, voyons si, dans la science

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des corps organisés, il s’est produit quelque généralisation analogue.

L’être vivant, dans ses manifestations de sensibilité, d’intelligence et de spontanéité, se montre si différent des corps inertes et passifs de la nature inorganique, la génération et révolution des animaux leur sont tellement spéciales, que les premiers observateurs ont dû tracer une limite absolue entre les deux règnes de la nature.

Des forces particulières furent imaginées, auxquelles on attribuait chacun des phénomènes normaux de la vie ; d’autres, comme des génies malfaisants, présidaient à la production des maladies dont tout ce qui vit peut être atteint.

La complexité des phénomènes de la vie empêcha pendant longtemps de saisir le lien qui les unissait, de ramener à une même cause ces effets multiples et de réduire ainsi le nombre des forces qui avaient été admises tout d’abord. L’homme finit par prendre pour des réalités les fictions qu’il avait imaginées. Peu à peu, l’attrait de l’inintelligible exerçant une sorte de fascination, on en vint à refuser aux lois physiques toute influence sur les êtres vivants. Ce mysticisme exalté arriva à représenter certains animaux comme capables de se soustraire aux influences de la pesanteur ; pour lui, la chaleur animale était d’une autre essence que celle de nos foyers ; des esprits subtils et insaisissables circulaient dans les vaisseaux et les nerfs.

Le temps n’a pas encore fait justice de toutes ces absurdités. Et pourtant on peut constater que la science de la vie tend à subir aujourd'hui une transformation aussi complète que celle dont nous venons d’esquisser le développement à propos des sciences physiques. Guidée par l’expérimentation, la physiologie cherche et retrouve les forces physiques dans un grand nombre de phénomènes vitaux ; chaque jour voit s’accroître le nombre des cas auxquels on sait appliquer les lois ordinaires de la nature. Ce qui leur échappe reste pour nous l’inconnu, mais non plus l’impénétrable. Parmi les phénomènes de la vie , ceux qui nous sont intelligibles sont précisément d’ordre physique ou mécanique.

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Nous retrouverons dans l’organisme vivant ces manifestations de la force qui s’appellent chaleur, travail mécanique, électricité, lumière, actions chimiques ; nous verrons ces forces se transformer les unes dans les autres, mais il ne faut pas espérer pour le moment arriver à la détermination numérique des lois qui président aux transformations de ces forces. L’organisme animal se prête peu aux mesures exactes, sa complexité est trop grande pour ces évaluations que le physicien a déjà beaucoup de peine à atteindre, en se servant des machines les plus simples.

Suivant son degré de complexité, chaque science s’approche plus ou moins de la précision mathématique à laquelle elle doit arriver tôt ou tard. Une loi n’est que la détermination de rapports numériques entre différents phénomènes; il n’y a donc pas de loi physiologique parfaite. Dans les phénomènes de la vie, il n’est guère possible de déterminer et de prévoir à l’avance autre chose que le sens dans lequel la variation se produira. Jusqu’ici le physiologiste n’est arrivé qu’à ce degré de connaissance que posséderait, par exemple, l’astronome qui saurait que l’attraction entre deux astres diminue quand leur distance augmente, mais qui n’aurait pas encore déterminé la loi de proportionnalité inverse au carré des distances. Ou bien encore, il est comme le physicien qui aurait constaté que les gaz comprimés diminuent de volume, sans avoir reconnu la relation numérique qui rattache leur volume à la pression.

Nul doute, cependant, qu’il n’y ait des relations numériques entre les phénomènes de la vie ; on arrivera plus ou moins vite à les découvrir, suivant l’exactitude des méthodes d’investigation auxquelles on aura recours.

Si les physiciens s’étaient bornés à constater que les corps, en s’échauffant, se dilatent, et s’ils n’avaient pas cherché à mesurer la température de ces corps et le volume qu’ils prennent à chaque variation de la température, ils n’auraient qu’une idée imparfaite des phénomènes de dilatation des corps par la chaleur. Pendant longtemps, le physiologiste s’est borné à signaler que telle ou telle influence augmente ou diminue la force des muscles, fait varier la

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rapidité de leurs mouvements, accroît ou affaiblit la sensibilité et la force motrice. La science, aujourd’hui, se montre plus exigeante, et déjà, la détermination rigoureuse de l’intensité et de la durée de certains actes, de la forme des différents mouvements, des rapports de succession de deux ou plusieurs phénomènes, l’estimation précise de la vitesse du sang et du transport de l’agent nerveux sensitif ou moteur ; toutes ces mesures exactes introduites dans la physiologie font espérer que, de mensurations plus rigoureuses, sortiront bientôt des lois mieux formulées.

Dans la comparaison que nous allons faire entre les forces physiques et celles qui animent l’organisme animal, nous supposons connues les notions fondamentales récemment introduites dans la science et par lesquelles toutes ces forces tendent à se réduire à une seule : celle qui engendre le mouvement. Aussi nous bornerons-nous à esquisser rapidement la théorie nouvelle.

La valeur d’une théorie dépend du nombre des faits qu’elle embrasse ; celle de l’unité des forces physiques tend à les absorber tous.

Depuis l’atome invisible jusqu’au corps céleste perdu dans l’espace, tout est soumis au mouvement. Tout gravite dans une orbite immense ou infiniment petite. Maintenues à une distance définie les unes des autres , en raison même du mouvement qui les anime, les molécules présentent des rapports constants qu’elles ne perdent que par l’apport ou la soustraction d’une certaine quantité de mouvement. En général l’accroissement du mouvement des molécules agrandit leurs orbites et les éloignant les unes des autres , accroît le volume des corps. A ce titre, la chaleur se montre comme une source de mouvement. Sous son influence, les molécules, s’écartant de plus en plus, font passer les corps de fétat de solide, à celui de liquide, puis de gaz. Ces gaz eux-mêmes se dilatent indéfiniment par l’apport de nouvelles quantités de chaleur. Mais cette force qui imprime une rapidité extrême au mouvement des molécules, cette force que la théorie fait admettre, on la rend saisissable par l’expérimentation s on en mesure l’intensité en opposant à la dilatation d’un corp;

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un obstacle qu’elle devra surmonter. C’est ainsi que les molécules des gaz ou des vapeurs, captives dans le cylindre des machines, communiquent aux parois et au piston cette pression si considérable qu’on emploie à produire du travail mécanique. Ce travail mécanique, à son tour, se transforme en chaleur si l’on renverse les conditions de l’expérience : si, par exemple, une force extérieure, refoulant le piston d’une pompe à gaz, entrave les mouvements moléculaires par une violente compression.

La théorie nouvelle est venue éclairer certaines hypothèses, celles, entre autres, qui faisaient admetttre la chaleur latente de fusion ou de vaporisation des corps, la chaleur latente de dilatation des gaz. Elle en a supprimé d’autres, c’est ainsi que la découverte de la pression atmosphérique a banni l’hypothèse aujourd’hui ridicule de l’horreur de la nature pour le vide.

Bien que la théorie se plie moins facilement à l’interprétation des phénomènes lumineux et électriques, elle permet, d’après les grandes analogies de ces phénomènes avec la chaleur, de supposer qu’ils ne sont eux-mêmes que des manifestations du mouvement. Du reste , la transformation du mouvement en chaleur, en électricité, en lumière, peut se prouver expérimentalement.

La figure i représente la disposition de l’expérience.

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Sur une table sont rangés différents appareils à travers lesquels on peut faire passer un courant électrique engendré par une pile P. (A la place de l’élément unique représenté dans la figure, il faut disposer une série de couples de Bunsen pour réaliser complètement l’expérience.) Le courant de la pile est conduit dans un circuit elliptique représenté au centre de la figure sur une planchette carrée. Ce circuit est forme d’un gros fil de cuivre; de distance en distance, ce fil s’interrompt et plonge dans des godets à mercure desquels partent d’autres fils qui se rendent aux appareils que le courant devra traverser. Dans la disposition représeï itée fig. 1 , des ponts métalliques 1, 2, 3, 4, 5 relient l’un à l’autre les godets à mercure et forment un circuit complet que le courant peut traverser sans passer par les appareils qui sont disposés autour de lui.

Si Ton enlève l’arc n° 1, le courant de la pile qui passait par cet arc est forcé de traverser le circuit elliptique sans toutefois traverser les appareils environnants. Mais si ensuite on enlève l’arc n®2, le courant devra traverser f appareil M, qui est un moteur électro -magnétique. Cet appareil entrera en mouvement et produira un travail mécanique.

Enlevons en même tempg l’arc n® 3, le courant devra traverser également un thermomètre enregistreur. (Voici comment cet instrument est construit : c’est une sorte de thermomètre de Reiss formé d’une spirale de platine que le courant traverse et qui plonge dans un ballon plein d’air. Sous l’influence de réchauffement de la spirale par le courant qui la traverse, fair du flacon se dilate et passe, à travers un long tube, dans l’appareil enregistreur. Celui-ci se compose d’un tambour de métal dont la paroi supérieure est formée par une membrane de caoutchouc. Quand fair pénètre dans le tambour, sa membrane se gonfle et soulève un levier enregistreur qui trace sur un cylindre tournant E une courbe dont les élévations et les abaissements correspondent aux élévations et aux abaissements de la température.)

En enlevant f arc n® 4, on force le courant à traverser un appareil L, à pointes de charbon, dans lequel l'électricité donne naissance à cette vive lumière que tout le monde connaît.

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Lorsqu’il passe par le voltamètre V, le courant produit la décomposition de l’eau. On mesure l’intensité du courant par la quantité de l’eau décomposée, c’est-à-dire par les volumes d’oxygène et d’hydrogène qui se dégagent.

On voit d’abord, au moyen de ces appareils, que l’électricité peut devenir tour à tour, travail mécanique dans le moteur M, chaleur dans la spirale du thermomètre T, lumière entre les pointes de charbon L, et action chimique dans le voltamètre V.

Mais on reconnaît aussi que l’électricité qui subit une de ces métamorphoses est enlevée au courant dont l’énergie se trouve ainsi diminuée. Si, par exemple, on fait travailler le moteur M, on voit que Tenregistreur accuse une diminution de chaleur dans le thermomètre. Qu’on arrête à la main le moteur électro-magnétique, aussitôt apparaît un accroissement dans la température; la courbe enregistrée s’élève.

Quand le moteur électro- magnétique travaille, on voit aussi diminuer l’intensité de la lumière, décroître la décomposition de l’eau dans le voltamètre. Tous ces phénomènes reprennent leur énergie première dès qu’on supprime la production de travail mécanique.

Pendant ce temps, toute la force dépensée dans ces appareils divers est dégagée de la pile sous l’influence d’une action chimique : la transformation d’une certaine quantité de zinc en sulfate de zinc. C’est ainsi que dans le foyer d’une machine à vapeur, la combustion du charbon, c’est-à-dire l’oxydation qui transforme du carbone en acide carbonique ^égage de la chaleur que l’on convertit ensuite en travail.

Mais cette force dégagée des corps y était contenue quand le zinc était à l’état de métal et le carbone à l’état de houille; ces corps avaient, employé pour se former la quantité de force qu’ils ont cédée en passant à un autre état. De sorte qu’il faudrait rendre au sulfate de zinc et à l’acide carbonique autant d’électricité ou de chaleur qu’ils en ont dégagé si l’on voulait reproduire le zinc métallique ou le carbone à l’état de pureté.

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Dans la théorie moderne, cette force qui se manifeste à un instant donné n’est pas créée, mais seulement rendue sensible de latente qu’elle était.

On appelle force en tension celle qui, emmagasinée dans un corps, attend l’occasion de se manifester. C’est ainsi qu’un ressort tendu rendra au bout d’un temps indéfini la force qu’on avait employée à le tendre ; qu'un poids soulevé à une certaine hauteur restituera, à l’instant de sa chute, le travail qu’on avait employé à l’élever.