DEUXIÈME PARTIE

Objet de la Mécanique moléculaire. — Constitution intime des corps. — L’éther. — Travaux de Cauchy sur la lumière. — Mémoires sur le phénomène de la dispersion. — Physique mathématique. — Réduction des diverses théories à l’unité. — Élasticité des corps solides. — Titres académiques.

Quelles idées faut-il se former sur la constitution intime des corps et sur les lois qui régissent les actions moléculaires? C’est une question difficile qui a occupé, depuis l’antiquité, les savants et les philosophes. Tous ont disserté longuement sur la nature et les propriétés des éléments; ce serait une lourde tâche que de passer en revue leurs opinions divergentes, depuis les atomes crochus d’Épiçure jusqu’au principe de l’attraction universelle; depuis les quatre éléments d’Aristote jusqu’à la transmutation des métaux, et jusqu’aux théories de la chimie moderne. Cependant tous les efforts tentés pour analyser la constitution des corps restaient infructueux. Beaucoup de problèmes avaient été résolus dans l’étude du monde physique; le ciel avait été exploré, et plusieurs de ses lois fondamentales avaient été découvertes; mais

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lorsque les savants en redescendaient pour examiner ce qui se passait autour d’eux, et pour ainsi dire à leurs pieds, ils rencontraient des obstacles insurmontables. A mesure qu’ils essayaient de pénétrer plus avant dans l’essence même de la matière, la nature semblait se replier sur elle-même et s’envelopper d’un voile mystérieux. La nature, en effet, se résume tout entière dans les lois des phénomènes élémentaires, et l’on peut dire, en se servant des paroles mêmes du grand naturaliste romain, « qu’elle ne se révèle jamais plus complètement que dans les plus petites choses. »

Plus lard, lorsque Newton eut trouvé les lois des attractions planétaires, la facilité avec laquelle ces lois rendaient compte des phénomènes célestes jusque dans leurs moindres détails fit supposer qu’elles représentaient d’une manière générale le mode d’action mutuelle de toutes les particules matérielles. On pensa donc qu’après avoir donné dans le ciel l’interprétation des effets de l’attraction à grande distance, elles expliqueraient aussi ceux de l’attraction à petite distance qui se passent à l’intérieur des corps. Les premiers essais tentés dans ce sens furent infructueux et, en présence de cette déception, on alla jusqu’à penser que la théorie de Newton était défectueuse, ou du moins que ses lois n’étaient qu’approximatives. Mais, en y réfléchissant, on vit bientôt que la question avait changé de nature, et qu’en réduisant le champ des phénomènes on avait agrandi démesurément les difficultés du problème. L’attraction planétaire, en effet, n’est qu’un cas très-particulier de l’attraction universelle, et le moindre des phénomènes qui se passent entre quelques atomes resserrés dans un espace imperceptible, reproduit, en les exagérant, toutes les difficultés inhérentes à l’étude des mouvements eé-

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lestes. Il ne faut donc pas s’étonner si les questions relatives aux actions moléculaires ont présenté jusqu’ici aux physiciens et aux géomètres des obstacles dont ils sont encore loin d’avoir triomphé.

Les éléments de la solution devaient venir d’un autre côté; ils' devaient résulter de l’élude de la chaleur, de la lumière et des autres agents du monde physique. L’action de ces agents est intimement liée à la constitution même des atomes, et c’est par leur intermédiaire seulement qu’on peut espérer d’arriver un jour à connaître les véritables principes de la mécanique moléculaire.

Un résultat essentiel de celte étude a été d’amener les savants à reconnaître, en dehors de la matière perceptible à nos sens, l’existence d’un Uuide impondérable, répandu dans tout l’univers. Cet agent mystérieux, qu’on désigne sous le nom d 'Éther, sert aujourd’hui à expliquer la plupart des phénomènes naturels. Pour en avoir une idée, il faut se figurer un tluide excessivement rare et léger, répandu dans tout l’espace et pénétrant jusqu’aux particules les plus intimes des corps. Sa ténuité est telle, que son poids échappe à tout moyen d’observation. Qu’on se représente une halle de plomb suspendue au milieu de l’air le plus raréfié d’une machine pneumatique, on n’aura qu’une idée encore très-imparfaite de la molécule de matière pondérable nageant au milieu de l’éther qui l’environne de toutes parts. Ce fluide est doué en même temps d’une sensibilité extrême, et d’une élasticité parfaite, de sorte que tous les mouvements qui lui sont communiqués, toutes les impressions qu’il reçoit, sont transmis au loin par lui, sans altération, sans déperdition, et avec une prodigieuse rapidité.

Si l’on veut maintenant avoir une idée de la constitution atomique des corps, il faudra y transporter hardi-

ment l’état de choses qui existe dans le ciel. Dans les espaces célestes, nous voyons des astres innombrables réagissant les uns sur les autres et circulant autour de divers centres d’action. Eh bien! chaque corps, chacun des groupes de particules matérielles répandus dans la nature, réalise les mêmes merveilles, chacun d’eux est un ciel en miniature, un monde en raccourci. Si un observateur pouvait se réduire aux dimensions de ce monde infiniment petit et se transporter au centre d’une de ces molécules impalpables, il serait témoin d’un spectacle tout à fait semblable à celui que les cieux nous présentent. Chaque molécule voisine lui apparaîtrait comme un astre, et l’espace, autour de lui, offrirait l’aspect d’un nouveau firmament constellé d’innombrables étoiles. Chacun de ces mondes a ses lois et son astronomie, et, à la rigueur, rien n’empéchera une imagination inventive de transporter dans ces astres atomiques tous les phénomènes et toutes les merveilles dont nous sommes les témoins sur notre propre planète.

Quoi qu’il en soit, c’est à l’étude de l’éther que les savants s’adressent aujourd’hui pour obtenir l’explication des principaux phénomènes de la nature, et le succès éclatant de leurs découvertes permet d’en espérer encore de plus grandes pour l’avenir.

Descartes parait être le premier qui ait donné à l’hypothèse de l’éther une forme vraiment scientifique en montrant comment on pouvait en déduire l’explication de la lumière et de la chaleur. Avant lui on considérait habituellement ces agents comme des substances matérielles que les corps émettaient de leur sein et lançaient sans cesse dans toutes les directions. C’était l’ancien système de V émission. Dans le système nouveau des ondulations, la lumière et la chaleur deviendront de sim-

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pies mouvements; chaque molécule sera animée de vibrations extrêmement rapides et incessantes que le milieu élastique de l’éther transmettra au loin dans l’espace. On arrive ainsi à des phénomèues tout semblables à celui que le son produit dans l’air, et le mode de production et de propagation des ondes sonores donne une image fidèle de ce qui se passe pour les ondes calorifiques ou lumineuses. Aujourd’hui l’expérience a prononcé d’une manière définitive entre les deux systèmes. L’émission rend bien compte de certains faits, mais elle en laisse un grand nombre sans explication; d’autres enfin ne peuvent se concilier avec elle. Les ondulations, au contraire, satisfont à toutes les exigences de la science; le doute n’est donc plus possible.

Au commencement de ce siècle plusieurs savants éminents s’étaient déjà occupés avec succès de traiter la théorie de la lumière dans le système des ondulations, et Frcsnel, le plus illustre d’entre eux, avait réalisé dans cette partie de la physique des progrès considérables. On admire la sagacité merveilleuse avec laquelle il procédait, mêlant avec une rare habileté le calcul et l’expérience, complétant tour à tour ses formules par ['observation, puis l’observation par des formules nouvelles. La découverte de l’équation de la sut face des ondes est un trait de génie et comme le résultat d’une véritable divination. On peut en dire autant de ses recherches relatives à la double réfraction, à la diffraction, à la polarisation elliptique et aux autres grands faits de l’optique. Toutefois, malgré leur haute portée, ces travaux demeuraient incomplets; la méthode de tâtonnement, suivie pour les réaliser, était lente et pénible, et ne permettait pas de remonter sûrement à la source et aux lois générales des phénomènes.

lu

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Cauchy aborda à son tour la question avec les puissantes ressources de son analyse. Reprenant le problème à son origine, il s’occupa tout d’abord d’étudier la cause pt ornière en elle-même et d’en déduire, de la manière la plus générale, les mouvements de la molécule élémentaire, sans faire aucune hypothèse particulière sur la constitution même des corps. 11 analysa ensuite les mouvements d’un système de molécules au milieu duquel on vient à produire divers ébranlements, puis s’éleva au cas de deux systèmes de molécules qui viendraient à se pénétrer mutuellement. L’éther n’a point partout la même densité; l’atmosphère éthéréede chaque atome est plus ou moins condensée suivant la nature du corps; de plus, sa densité et son élasticité ne sont pas les mêmes dans chaque direction, et dépendent des formes géométriques primitives des molécules; c’étaient autant d’éléments essentiels dont il fallait tenir compte successivement et qui augmentaient singulièrement la difficulté du problème. Cauchy en triompha heureusement; ses calculs lui ont donné l’explication mathématique des phénomènes les plus délicats, et il a pu en même temps les rattacher entre eux en les faisant tous dépendre d’une cause unique et en les renfermant dans une même théorie.

Les premiers travaux de Cauchy sur cette matière font partie de ses Anciens Exercices de Mathématiques, mais c’est à partir de i83o que ces questions devinrent plus spécialement l’objet de ses études. Dans l’impossibilité où nous sommes d’analyser ici toutes ses recherches, nous nous contenterons de dire quelques mots des beaux Mémoires sur la Dispersion de la Lumière, qui furent publiés en 1 835 et i83G, à Prague, par les soins de la Société royale des Sciences de cette ville.

Cauchy était alors près de Charles X, occupé de l’édu-

cation du duc de Bordeaux; mais ni les déceptions, ni l’exil, n’avaient ralenti son ardeur scientifique. Il le fait lui-même noblement remarquer dans la préface de l’ouvrage. • On sait assez, y est-il dit, quels événements in’ont fait un devoir de renoncer aux trois chaires que j’occupais en France, et quelle voix auguste a pu, seule, me déterminer à quitter encore la chaire de Physique Mathématique que le roi de Sardaigne avait daigné me confier. Mais ce n’est pas sans doute auprès des descendants de Louis XIV, auprès de ces princes, protecteurs éclairés des lettres et des sciences, que je pourrais me croire dispensé de faire de continuels efforts pour contribuer à leurs progrès. Les Nouveaux Exercices paraîtront comme les précédents par livraisons, qui, s’il est possible (car sur cette terre et dans ce siècle surtout on ne saurait répondre du lendemain), se succéderont à des époques peu éloignées les unes des autres. »

Le but principal que se proposait l’auteur était d’établir une théorie mathématique du phénomène de la dispersion des rayons lumineux et de donner l’explication des couleurs qui en sont le résultat.

Si la lumière était homogène et due à un mouvement unique de l’éther, elle se propagerait en restant toujours identique avec elle-même, et, dans ce cas, tous les corps éclairés nous apparaîtraient sous le même aspect et avec une teinte uniforme. Mais, en réalité, l’onde lumineuse résulte de la superposition d’une série d’ondes élémentaires, à chacune desquelles correspond une sensation propre, une couleur déterminée.

Pour se former une idée exacte des faits, il convient de rappeler ce qui se passe dans les phénomènes sonores. Ce qui détermine la nature et la qualité d’un son, c’est la durée plus ou moins grande des vibrations exécutées par