CHAPITRE II

Les faits qui incitèrent à critiquer et à réformer le mécanisme traditionnel.

1. La fondation de la thermodynamique expérimentale. — a) Le principe de la conservation de l'énergie ; b) Le principe de Carnot- : Clausius. — 2. Modifications entraînées par ces principes dans la théorie physique. — a) Au point de vue de la forme; b) Au point de vue du contenu. — 3. Comment ces modifications sont acceptées par les physiciens. La résistance au mouvement réformiste. Classification rapide des diverses attitudes adoptées par la physique contemporaine.

1. — C’est au moment où la physique paraissait avoir atteint sa stabilité définitive, que des découvertes nouvelles vinrent déplacer son centre de gravité, en paraissant à la fois se relier fort mal à la mécanique classique, et permettre une position nouvelle dans laquelle l’équilibre serait mieux assuré. Ces découvertes nouvelles furent la loi d'équivalence de la chaleur et du travail formulée à la suite des expériences de Joule et de Mayer, en 1847, et la loi de Carnot (1824), précisée dans toute son importance et sa généralité par Clausius.

a) La loi de l’équivalence de la chaleur et du travail eût semblé au premier abord apporter un argument de plus à la théorie mécanique de la chaleur, puisque sous la formule d'équivalence qu'elle établissait entre les quantités de travail mécanique et les quantités de chaleur, elle permettait de conclure une identité entre le mouvement et la chaleur : la chaleur ne devait avoir d’autre facteur qu’un mouvement, continuation logique du mouvement qui l’avait provoquée, mais non visible à notre sens grossier de la vue, alors que le premier l'était. La plupart des physiciens ont, en

effet, acceplé celte théorie. Mais il est aisé de remarquer aussi qu'une fois établie .une formule mathématique simple, capable de représenter toujours d’une façon nécessaire et identique les transformations d’énergie mécanique en énergie thermique, certains esprits, mathématiciens de race, qui se meuvent aisément dans les notions abstraites, mais qui répugnent aux images concrètes, devaient consi-, . dérer comme inutile l'hypothèse d’une image concrète. Pourquoi aller chercher des mouvements invisibles, des masses cachées, des liaisons arbitraires, alors que la formule mathématique suffit à tous les besoins de la science ?

Lorsque, par une généralisation qui s’imposait, la loi expérimentale de léquivalence de travail et de la chaleur fut transformée en principe général de l’équivalence de toutes les formes de l'énergie, c’est-à-dire devint le principe de la conservation de l'énergie, cette tendance à se départir du mécanisme traditionnel ne pouvait que s’accentuer. Pourquoi doubler cette formule d’une intelligibilité si claire, par des constructions compliquées, et représenter toutes les formes de l'énergie par l’énergie mécanique, c'est-à-dire par un ensemble de situations et de vitesses initiales ? Certaines formes de l'énergie, comme l'énergie électrique, ne hérissaient-elles pas de difficultés les chemins que l’on essayait de tracer pour établir ces correspondances ? Pourquoi vouloir ramener à la forme spéciale d’un cas particulier une loi qui paraissait être universelle, et pourquoi s’acharner à dériver de ce cas particulier toute la physique, alors qu’on avait une formule générale d’où l’on pouvait au contraire très facilement déduire à son tour ce cas particulier ?

Certains donc trouvèrent plus simple de renoncer à la mécanique classique pour asseoir l'édifice de la physique, et de considérer la mécanique classique elle-même comme une aile de l'édifice, comme une particularisation d’un système plus général, particularisation qui se bornait: à considérer l'énergie de position et de mouvement. L'édifice tout entier serait plus harmonieux, plus simple, plus logique, plus intelligible, s’il se fondait sur la notion d'énergie, au :

sens le plus général du mot, et sur les deux grands principes relatifs à l’énergie. Par là, la théorie énergétique se construisit en opposition au mécanisme traditionnel.

b) Une autre raison devait donner à l’énergétique une impulsion nouvelle ; cette raison est d’un caractère moins général que la première. Celle-ci repose, somme toute, sur une tournure d'esprit mathématique, abstraite, qui chercha à utiliser, dans le sens de ses tendances et de ses répugnances propres, des découvertes qui s’y prêtaient admirablement. Celle-là, au contraire, se fonde directement sur une exigence de la science physique à laquelle le mécanisme traditionnel ne pût — surtout à ses débuts, et malgré ses efforts, — répondre d’une façon satisfaisante; il s’agit des difficultés considérables où le mécanisme traditionnel (il a été modifié depuis par les continuateurs du mécanisme) se trouva engagé pour interpréter le principe de Carnot- Clausius. Le principe de Carnot-Clausius nécessiterait ici, pour être établi dans toute sa précision et dans toute sa rigueur, une intrusion trop longue dans le domaine de la physique pure. En s’aidant des analogies de l’expérience, on peut en établir grossièrement le sens ; ce fut d’ailleurs sous une forme assez semblable qu'il fut d’abord exposé à l’époque à laquelle on fait ici allusion. Carnot était parti de l’idée de l'impossibilité du mouvement perpétuel; il l'avait appliquée au calorique. Toute machine thermique peut être comparée à une machine hydraulique. Du travail ne peut être produit par une machine hydraulique que s’il y a une différence entre le niveau du liquide avant l’utilisation dans le moteur, et le niveau après l’utilisation. Celui-ci doit être plus bas : il faut une chute. De même, pour que du travail soit produit par une machine thermique, il faut qu'il y ait une différence de niveau entre la température de la source thermique (niveau avant l’utilisation) et celle du condenseur (niveau après l’utilisation). Il faut une chute de température.

Si donc l’on ne dispose pas d’une force extérieure au système, si l’on considère un système clos et fini, il arrive un moment où il est impossible que le système puisse

engendrer du travail, car il est en équilibre parfaitement stable, toute l’eau dont on disposait étant au niveau le plus bas, si c'est un système hydraulique, ou toutes les parties étant à la même température, si c’est un système thermique. D'où ces formules du principe de Carnot :

a) On ne peut faire passer de la chaleur d’un corps froid sur un corps chaud (pas plus qu’on ne peut faire remonter de l’eau) sans fournir un travail extérieur.

b) Tout système fini s'achemine vers un état d'équilibre thermique où il ne pourra plus se transformer (0 absolu).

c) La valeur de transformation d’une modification est égale à la diminution que subit par cette modification, une certaine grandeur, liée à toutes les propriétés qui fixent l’état du système, mais indépendante de son mouvement, cette grandeur étant l’entropie du système et tendant sans cesse à croître dans un système clos, isolé, pour toutes les transformations qu’il subit, etc.

Or, si tout est réductible aux principes de la mécanique classique, il semble bien qu'on ne puisse rendre compte de cette inutilisation grandissante de la force, de cette diminution de l’énergie utilisable, de cet équilibre se réalisant constamment sans espoir de retour. La nature doit pouvoir revenir en arrière, en quelque sorte, et recommencer sans fin le même cycle de transformation. Nous ne pouvons avoir que des équilibres statistiques et apparents.

M. Lippmann, au Congrès de physique de 1900, a signalé encore - quelques-unes des difficultés d'ordre expérimental que le principe de Carnot pose au mécanisme, et a conclu pour cela au rejet de toute interprétation mécaniste du principe de Carnot. Des mécanistes intransigéants ont préféré à leur tour le rejet de ce principe; mais jusqu'ici la physique, à moins de ne plus être une science expérimentale, ne peut, au nom d’une vue théorique, se passer d’une déduction nécessaire des données de l’expérience. Maxwell, Helmholtz, Gibbs, et bien d’autres se sont essayés au difficile problème de donner une figuration mécanique de cette loi. Et pourtant la plupart des physiciens contemporains se refusent encore à dire qu’il ait

élé résolu d’une façon satisfaisante en se plaçant au point de vue du mécanisme traditionnel. Ces discussions montrent bien les difficultés que rencontrait ce dernier. On se trouve donc en face d’un très gros obstacle, dans une science fondée tout entière sur l'expérience, et pour une théorie qui prétend expliquer la nature d’une façon réaliste, c’est-à-dire conforme à l’expérience. On comprend la brèche faite à l'édifice classique, et qu'on füt tenté aussitôt de le réformer et de le soumettre à une critique sévère dans toutes ses parties.

Le résultat fut qu’effectivement la seconde moitié du x1x° siècle et l'aurore de ce siècle-ci ont été consacrées, soit à une critique minutieuse, soit à une revision des fondements de la physique classique. Cette critique et cette revision ont amené des modifications importantes dans la conception générale que les physiciens se font de la physique, dans leur théorie de cette science. C’est à l'examen de ces modifications qu'il faut procéder maintenant 1.

2. — a) D'une façon générale on peut dire que les modifications de la conception générale de la physique consistent surtout dans le rejet de la valeur ontologique des théories figuratives, et dans le sens phénoménologique très accentué que l’on attribue à la physique. On va jusqu'aux limites du positivisme, si l’on entend par ce mot l’exelusion rigoureuse de toute tendance métaphysique et ontologique, qui prélendrait dépasser ou outrepasser les apparences sensibles. Il est sorti de cet effort une conception nouvelle de la physique — qui ne s'oppose peut-être pas autant qu'on l’a dit quelquefois à la conception antérieure — Mais qui, en tout cas, la modifie profondément. Cette conception nouvelle, on peut l’appeler conceptuelle, parce qu'elle substitue aux intuitions figurées, aux constructions représentalives du mécanisme traditionnel, des notions

1. On ne parlera de la revision particulière des principes fondamentaux de la physique qu'autant qu'il sera nécessaire pour l’inteiligence de ces modifications, puisque l’objet de ce travail porte sur l'esprit de la science et non sur son contenu, et parce que les savants seuls ont qualité pour traiter des questions qui concernent les principes de la science et leur revision.

abstraïtes pures et simples, des concepts de quantités non tigurées. Elle remplace ce qui était langage sensible, termes de perceplion, comme les masses, les mouvements, les liaisons, les chocs, les mécanismes, par un langage d'idées, par des termes d’intellection. Des grandeurs définies algébriquement, et non géométriquement, encore moins mécaniquement, des varialions numériques mesurées à l’aide d’une échelle conventionnelle et non plus des changements perceptibles, mesurés par des déplacements dans l’espace par rapport à une origine locale, voilà les matériaux de la conception nouvelle : la physique conceptuelle, par opposition à la physique mécaniste ou figurative.

b) Cette modification de forme est parallèle à une modification du contenu, et a été amenée par elle. La physique mécanisle parlait des principes de la mécanique rationnelle et des éléments considérés par cetle mécanique. Comme il se trouve que les principes de la mécanique ne paraissent plus suffisants pour asseoir la science physique, il faut lui chercher des principes nouveaux, des principes qui, cette fois, seront les principes propres et spécifiques de la science physique. C’est en abandonnant les principes de la mécanique que les novateurs sont amenés à rejeter les éléments empruntés à l'intuition et sur lesquels portent les démonstrations de la mécanique. En chercher d’autres n'était guère que substituer à une hyperphysique une autre hyperphysique, restaurer des éléments transcendants l’expérience. C’est pourquoi la réforme abandonne résolument l'intuition figurée, et cherche une. théorie purement abstraile, qui éliminera autant qu'il est possible l'hypothèse malérielle.

Quant aux principes spécifiques de la physique, il était naturel de les chercher dans cette partie nouvelle de la science que le mécanisme se montrait impuissant à représenter. Puisque là était la pierre d’achoppement, là devaient être aussi les principes que la physique avait besoin d'ajouter aux principes de la mécanique pour se constituer scientifiquement. La réforme devait donc demander à la thermodynamique les fondements de sa nouvelle doctrine,

et les trouver dans le principe de la conservation de Ténergie et le principe de Carnot-Clausius, bases de la thermodynamique. La notion d'énergie devenait ainsi la substructure de la physique nouvelle. C’est pourquoi la physique conceptuelle peut encore le plus souvent être appelée physique énergétique. On emploiera dans ce travail ces deux expressions ; la première est cependant plus générale, et mieux appropriée à une étude méthodologique, à une étude de l'esprit de la science, car la seconde se relie plus directement au coutenu, à l’organisation matérielle de la physique, et certains partisans théoriques de la méthode conceptuelle, comme Mach, seraient mal désignés par la dénomimation d’énergétistes, bien que leurs idées méthodologiques se relient à celles des physiciens énergétistes.

3. — Ce serait une erreur de croire que les idées réformatrices ont conquis d'emblée l'adhésion des physiciens. Ce serait même une erreur de croire qu’elles ont triomphé, actuellement, et qu’elles ont rallié la majorité des physiciens. Tout en modifiant la conception traditionnelle de la physique, en lui imprimant une allure générale nouvelle, la très grande majorité des physiciens n’a pas rompu aussi complètement avec la tradition. Et l’histoire des sciences doit constater qu’actuellement encore, l’école conceptuelle et énergétique est une petite minorité. Il semble même qu'il y ait une réaction contre ellef, et qu’on considère que ses innovations sont loin d’être toutes heureuses.

1. La physique électronique qui doit être rangée parmi les théories d'esprit général mécaniste tend à imposer actuellement sa systématisation à la physique. Elle est d'esprit mécaniste, bien que les principes fondamentaux de la physique ne soient plus fournis par la mécanique, mais par les données expérimentales de la théorie de l'électricité, parce que : 1° Elle emploie des éléments figurés, matériels, pour représenter les propriétés physiques et leurs lois ; elle s'exprime en termes de perception.

2° Si elle ne considère plus les phénomènes physiques comme des cas particuliers des phénomènes mécaniques, elle considère les phénomènes mécaniques comme un cas particulier des phénomènes physiques. Les lois de la mécanique sont donc toujours en continuîlé directe avec les lois de la physique; et les notions de la mécanique restent du même ordre que les notions physico-chimiques. Dans le mécanisme traditionnel, c'étaient les mouvements calqués

Aussi, à côté d’elles, trouve-t-on des physiciens, qui, tout en approuvant quelques-unes des critiques adressées par l’école conceptuelle au vieux mécanisme, n’acceptent pas intégralement les réformes qu’elle propose. D'accord avec elle sur la partie négative, ils ne le sont plus sur la parte positive. Ils considèrent que dans l’état actuel de la science, il est prématuré d'imposer une forme spéciale et nettement définie de systématisation. Représentations mécamstes et représentations énergéliques ont leurs avantages et peutêtre leurs défauts : en tout cas, la seconde ne paraît pas pouvoir être considérée d'ores et déjà comme triomphante. Pour le moment, il est bon de se servir de l’une et de l’autre, en ne les acceptant que sous bénéfice d'inventaire, et comme des instruments plus ou moins commodes, Il convient de conserver une attitude critique en face de leurs - affirmations décisives lorsqu'elles prétendent s'appliquer aux expériences possibles en dépassant l'expérience présente. Il est enfin utile de faire une part à l’intuition empirique, donc aux constructions mécanistes, dans les théories physiques, sans se faire illusion sur l’objectivité de cette interprétation, qui reste très hypothétique. Cette attitude critique a été fortement indiquée par H. Poincaré.

sur les mouvements relativement lents, qui, étant les seuls connus et les plus directement observables, avaient élé pris, sur la loi de l'expérience, pour types de tous les mouvements possibles. Les expériences nouvelles au contraire montrent qu'il faut étendre notre conception des mouvements possibles. La mécanique traditionnelle reste tout entière debout, mais elle ne s'applique plus qu'aux mouvements relativement lents (comme ceux des corps que nous percevons). À des vitesses considérables, les lois du mouvement sont autres. La matière paraît se réduire à des particules électriques, éléments derniers de l'atome, si bien que les lois de la mécanique ne sont plus que les conséquences des lois des particules d'électricité, dans le cercle facilement délimitable des phénomènes mécaniques.

3 Le mouvement, le déplacement dans l’espace reste l'élément figuratif unique de la théorie physique.

4° Enfin — ce qui, au point de vue de l'esprit général de la science physique, prime toute autre considération, S Ja conception de la science physique, de ses méthodes, de ses théories et de leur rapport avec l'expérience, reste absolument identique à celle du mécanisme, et à la conception de la physique depuis la Renaissance.

Elle renonce à toute critique hostile pour s'en tenir à une critique bienveillante, utile, favorable.

Enfin, se reliant d’une façon continue à la tradition mécaniste, mais en la modifiant sous l'influence de l’école concepluelle et surtout de l’école critique, la nouvelle école mécaniste cherche à se rapprocher de l'expérience plus que l’ancienne. Elle n’accorde à la théorie mécaniste que la valeur d’un schème figuratif, nécessaire, parce qu'il ‘est commandé dans une certaine mesure par l'expérience acquise et que rien n'autorise à dire qu'il ne sera pas — avec les modifications convenables — apte à coïncider de mieux en micux avec l'expérience future. Elle comprend le plus grand nombre des expérimentateurs, des ouvriers de laboratoire. Elle constitue le gros de l’armée des physiciens; mais, malgré ses divergences profondes avec l’école conceptuelle, l'emploi des procédés figuratifs, et la liaison étroite qu’elle maintient entre la physique et la mécanique, il ne faut pas oublier que, comme l’énergétique, comme l’école crilique, pour les mêmes raisons et selon la même évolution, elle se fait une conception essentiellement phénoménologique de la science physique.

lelles sont, d’après une description préliminaire très générale, les grandes divisions du chapitre de l’histoire de la physique qu'il reste à poursuivre avec plus de détails.

On peut distinguer très facilement ces écoles, grâce à un signe extérieur que l’on posera momentanément comme une marque provisoire, mais qui est l'expression, comme nous le verrons, des causes les plus profondes de ces divergences, Dans les théories physiques, l’école conceptuelle ou

énergélique n’admel jamais — l’école critique admet d’une façon accessoire — l’école mécanisie admet toujours et

? = AS 2 11; à 2 a d'une façon essentielle, des éléments figuratifs, empruntés à la représentation du mouvement.