S 1. - RELATIONS ENTRE L'ETHER ET LA MATIÈRE

Depuis longtemps, l'ambition plus ou moins avouée de la plupart des physiciens a été de construire avec la particule d'éther toutes les formes possibles de l'existence corporelle ; mais nos connaissances sur la nature intime des choses paraissaient trop limitées pour qu'il fut possible de tenter avec chance de succès pareille entreprise. L'hypothèse des électrons, qui a fourni une image satisfaisante des phénomènes les plus curieux qui se produisent au sein de la matière, conduit aussi à une théorie électro-magnétique de l'éther plus complète que celle de Maxwell et ce double résultat fait naître l'espoir d'arriver, grâce à cette hypothèse, à une coordination complète du monde physique.

Les phénomènes, dont l'étude peut nous amener au seuil même du problème, sont ceux où apparaissent nettement, et d'une façon relativement simple, les' connexions qui existent entre la matière et l'éther.

Ai i-i dans les phénomènes d'émission, on voit la matière pondérable donner naissance à des ondes qui se transmettent dans Péther ; dans les phénomènes d'absorption, on constate que ces ondes disparaissent en provoquant des modifications à l'intérieur des corps matériels qui les reçoivent, on saisit ici sur le vif des actions et des réactions réciproques de l'éther et de la matière, si Ton pouvait connaître complètement ces actions, l'on serait sans doute en mesure de combler le fossé qui sépare les deux régions que la physique a séparément conquises.

Dans ces dernières années, de nombreuses recherches ont fourni de précieux matériaux qui doivent être utilisés par ceux qui cherchent à construire une théorie du rayonnement ; on est peutêtre encore mal renseigné sur les phénomènes de la luminescence où les ondulations se produisent d'une façon complexe, comme dans le cas d'un bâton de phosphore humide lumineux dans l'obscurité ou bien encore dans le cas d'un écran fluorescent, mais on connaît très bien l'émission et l'absorption par incandescence où la seule transformation qui se produise est celle de l'énergie calorifique en énergie rayonnée ou réciproquement. C'est dans ce cas seulement que s'applique correctement la célèbre démonstration par laquelle Kirchhoff établit, au moyen de considérations empruntées à la thermodynamique, la proportionnalité entre le pouvoir émissif et le pouvoir absorbant.

A propos de la mesure des températures, nous avons déjà signalé les travaux expérimentaux de MM. Lummer et Pringsheim et les recherches

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héoriques de Stephan et de M. Wien; on peut considérer que l'on eoflnaît aujourd'hui assez bien les lois du rayonnement du corps noir, en particulier la façon dont chaque radiation élémentaire croît avec la température ; cependant, quelques doutes subsistent au sujet de la loi de la répartition de l'énergie dans le spectre. Pour les corps solides réels, les résultats sont naturellement moins simples que pour le corps noir. Uo côté de la question a été particulièrement étudié à cause de son haut intérêt pratique : le rapport de l'énergie lumineuse à l'énergie totale rayonnée par un corps, varie avec la nature de ce corps, la connaissance des conditions dans lesquelles ce rapport devient le plus considérable a conduit à la découverte de l'incandescence par le gaz dans les becs Auer, et à la substitution au filament de charbon dans les ampoules électriques, d'un filament d'osmium ou d'un petit bâtonnet de magnésie, comme dans la lampe Nernst (*). Des mesures soignées, ctuées par M. Fery, et de récentes et très remarquables expériences de M. Rubens ont fourni, en particulier, des renseignements importants sur le rayonnement des oxydes blancs.

De même que, pour connaître la constitution de la matière, on a tout d'abord songé à s'adresser aux gaz qui apparaissent comme des édifices moléculaires bâtis sur un plan plus simple et plus uniforme que les solides, on doit tout naturellement penser qu'un examen des conditions dans lesquelles se produisent l'émission et l'absorption

1. Je me permets de renvoyer le lecteur désireux d'avoir des détails sur ces sujets au chapitre que j'ai consacré à la question de l'éclairage dans mon livre : L'Électricité.

par les corps gazeux pourrait être éminemment profitable et révéler peut-être le mécanisme par lequel s'établissent les relations entre la molécule d'éther et la molécule matérielle.

Malheureusement, si un gaz n'est pas absolument incapable d'émettre par simple échauffement des radiations quelconques, le rayonnement ainsi produit, à cause sans doute de la faiblesse des masses intéressées, garde toujours une médiocre intensité ; dans presque toutes les expériences de nouvelles énergies d'origine chimique ou électrique entrent en jeu. A l'incandescence se superpose la luminescence ; le bénéfice que l'on pouvait attendre de la simplicité du milieu disparaît à cause de la complication des circonstances dans lesquelles se produit le phénomène.

M. Pringsheim est parvenu, en certains cas, â faire le départ entre le phénomène de la luminescence et le phénomène d'incandescence, ainsi le premier prend une importance prédominante quand le gaz est rendu lumineux par des décharges électriques, les transformations chimiques jouent surtout un rôle prépondérant dans l'émission de& spectres des flammes qui contiennent une vapeur saline ; dans toutes les expériences ordinaires d'analyse spectrale, on ne saurait donc considérer comme établies les lois de Kirchhoff et cependant la relation entre l'émission et l'absorption se vérifie généralement assez bien. Sans doute, on se trouve en présence d'une sorte de phénomène de résonance, les atomes gazeux entrant en vibration lorsqu'ils sont sollicités de la part de l'éther par un mouvement identique à celui qu'ils sont capables de lui communiquer.

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Si, malgré de remarquables travaux récents •comme ceux de M. Stark et de M. Jean Becquerel Ton n'est pas encore très avancé dans l'étude du mécanisme de la production du spectre, on connaît, en revanche, très bien la constitution de ce spectre. La confusion extrême que semblaient présenter les spectres de lignes des gaz ou des vapeurs est aujourd'hui, en grande partie au moins, débrouillée. Déjà Balmer avait donné, dans le cas du spectre de l'hydrogène, une formule empirique qui a permis de représenter" les raies découvertes beaucoup plus tard, par un éminent astronome, M. Deslandres, mais depuis lors, soit qu'il s'agisse des spectres de lignes, soit des spectres de bandes, les travaux de M. Rydberg, de M. Deslandres, de MM. Kayser et iiunge, de M. Thiele, ont permis de connaître, d'une façon très précise et dans les moindres détails, les lois de répartition des lignes et des bandes.

Ces lois sont simples, mais assez singulières, les radiations émises par un gaz ne sauraient être comparées aux notes auxquelles donne naissance un corps sonore, ni même aux vibrations les plus compliquées d'un corps élastique quelconque; le nombre des vibrations des différentes raies ne sont pas les multiples successifs d'un même nombre, on n'a pas affaire à une radiation fondamentale et à ses harmoniques, et, différence essentielle, le nombre des vibrations des radiations tend vers une limite lorsque la période diminue indéfiniment, au lieu de croître constamment comme il arriverait pour des vibrations sonores.

Ainsi, entre la vibration lumineuse et la vibration élastique, l'assimilation n'est pas correcte;

une fois de plus, nous trouvons que l'éther ne se comporte pas comme la matière qui obéit aux lois ordinaires de la mécanique, et toute théorie devra tenir grand compte de ces curieuses particularités révélées par l'expérience.

Une autre différence, bien importante également, entre les vibrations lumineuses et les vibrations sonores, qui indique, elle aussi, combien peu doivent être analogues les constitutions des milieux qui transmettent les vibrations, apparaît dans les phénomènes de dispersion : la vitesse de propagation qui, nons l'avons vu à propos de la mesure de la vitesse du son, dépend peu de la note musicale, n'est plus du tout la même pour les diverses radiations qui se peuvent propager dans une même substance ; l'indice de réfraction est variable avec la durée de la période, ou, si Ton préfère, avec la longueur d'onde dans le vide qui est proportionnelle à cette durée puisque dans le vide la vitesse de propagation est bien ia même pour toutes les vibrations,

Gauchy, le premier, proposa une théorie sur laquelle sont venus se mouler d'autres essais, par exemple la théorie fort intéressante et plus simple de Briot; ce dernier supposait que la vibration lumineuse ne peut sensiblement entraîner la molécule matérielle du milieu au travers duquel elle se propage, mais que la matière réagit néanmoins sur l'éther, avec une intensité proportionnelle à Télongation, de façon à tendre à le ramener dans sa position d'équilibre; avec cette hypothèse simple on interprète assez bien les phénomènes de la dispersion de la lumière pour le cas des substances transparentes, mais assez mal, comme l'a reconnu M. Garvallo dans des expériences extrêmement soi-

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innées, la dispersion du spectre infra-rouge, et er. aucune façon, les particularités que présentent le* substances absorbantes.

M. Boussinesq arrive à des résultats, à peu près semblables, en attribuant au contraire la dispersion à l'entraînement partiel de la matière pondérable et à son action sur l'éther; en combinant en quelque sorte, comme l'a fait par la suite M. Boussinesq, les deux hypothèses, on arrive à établir des formules qui sont beaucoup mieux en accord avec tous les faits connus.

Ces faits sont assez complexes ; on avait cru tout d'abord que l'indice variait toujours en sens inverse de la longueur d'onde, mais on a découvert de nombreuses substances présentant le phénomène de la dispersion anormale, c'est-à-dire des substances où certaines radiations se propagent, au contraire, d'autant plus vite que la période est plus courte; il en est ainsi pour les gaz eux-mêmes, comme le montre par exemple une très élégante expérience de M. Becquerel sur la dispersion de la vapeur de sodium. D'ailleurs, il peut se faire que l'on rencontre d'autres complications encore, aucune substance n'est transparente dans toute l'étendue du spectre : pour certaines radiations, la vitesse de propagation deviendra nulle et l'indice présentera parfois des maxima, parfois des minima. Tous ces phénomènes sont en relation étroite avec les phénomènes d'absorption.

C'est peut-être la formule proposée parHelmholtz qui rend le mieux compte de toutes ces particularités ; Helmholtz arrivait à établir cette formule, en supposant qu'il s'exerce entre l'éther et la matière une sorte de Sottement, qui, de même

qu'un frottement s'exerçant sur un pendule, produit ici un double effet, en changeant, d'une part, la durée d'oscillation, en amortissant, d'autre part, cette oscillation; il supposait en outre que la ma- .ière pondérable subit des forces élastiques. La théorie d'Helmholtz a le grand avantage de représenter, .ion seulement les phénomènes de dispersion, mais encore, comme l'a montré If. Carvallo, les lois de la polarisation rotatoire, sa dispersion et d'autres phénomènes encore, entre autres le dichroïsme des milieux rotatoires découverts par M. Gotton.

Dans l'établissement de ces théories, on a toujours employé le langage de l'optique ordinaire; on envisage les phénomènes comme dus à des déformations mécaniques, à des mouvements commandés par certaines forces ; la théorie électro-magnétique conduit à employer, nous l'avons vu, d'autres images, M. H. Poincaré, puis Helmholtz ont proposé des théories électro-magnétiques de la dispersion. Si l'on examine les choses de près, on trouve qu'il n'y a pas, à vrai dire, dans les deux façons d'envisager le problème, deux traductions équivalentes de la réalité extérieure. La théorie électrique conduit beaucoup mieux que la théorie mécanique à comprendre que, dans le vide, la dispersion doit être rigoureusement nulle, et cette absence de dispersion parait confirmée avec une extraordinaire précision par les observations astronomiques.

Ainsi, l'observation répétée maintes fois, et à différentes époques de l'année, prouve que, pour l'étoile Algol, dont la lumière met au moins quatre ans pour nous parvenir, aucune différence de coloration sensible n'accompagne les changements d'éclat.

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