SUR LA VITESSE ET SUR LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE

Far E. WIECHERT.

Traduit de l'allemand par Eugène BLOGH.

Annalen der Physik und Chemie, t. LXIX, 1899, P* 7^9 à 766.

< Extrait des Nachrichten de la Société royale des Sciences de Goltingen, Classe Mathém.-Phys., Caliier III, 1898, p. 260, communiqué avec quelques modifications par Tauleur.)

§ i. — Introdnction.

L'origine des expériences décrites ci-après fut la découverte par Hontgen des rayons qui portent son nom. De leur mode de formation et de leurs propriétés, je crus pouvoir conclure qu'ils consistent en ondes électromagnétiques de très courte période, ou, plus vraisemblablement encore, en une suite d'impulsions produites par le choc <]qs particules cathodiques lancées par la cathode contre les particules matérielles qu'elles rencontrent. Cette conception, que j'ai développée de plus près dans un Mémoire (') publié au printemps de 1896, présume l'exactitude de l'hypothèse de l'émission pour les rayons cathodiques, et elle suppose à ceux-ci des vitesses bien supérieures à celles qui existent en moyenne dans les mouvements d'agitation thermique, même aux plus hautes températures accessibles à nos expériences. Il me fallait, par suite, essayer de consolider l'hypothèse de l'émission, encore contestée alors à maintes reprises et par des physiciens éminents, et essayer d'obtenir un résultat décisif sur la vitesse des rayons. En combinant dans ce but des observations sur la chute de potentiel dans le tube à décharges et sur la déviation magnétique des rayons cathodiques (^), j'obtins, pour la vitesse, des valeurs

(*) E. WiECHEHT, Abh. d. physikal.-okonom. Gesellsch. à Kônigsberg, t. XXXVII, fSgô, p. I.

(') C/. le rapport cité plus loin du 7 janvier 1897.

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extraordinairement élevées, valeurs qui n'étaient pas très éloignées de la vitesse de la lumière. Ceci est assurément en accord parfait avec l'hypothèse initiale sur les rayons de Rontgen ; mais je trouvai, de plus, que la déviation des rayons cathodiques est beaucoup plus grande qu'il ne serait possible, s'ils consistaient en traînées d'atomes ou de groupes d'atomes chimiques ordinaires. Si l'on voulait conserver l'hypothèse de l'émission, il ne restait plus qu'à conclure que les particules lancées par la cathode possèdent une masse beaucoup plus faible que les atomes d'hydrogène. Par là la question de la nature des rayons cathodiques prenait une importance fondamentale pour la théorie de l'électrodynamique que j'ai développée en accord étroit avec H. -A. Lorentz : il devenait, en eflet, présumable que, dans les rayons cathodiques, se meuvent librement ces mêmes atomes matériels spéciaux chargés d'électricité, dont la théorie avait besoia pour classer en un système satisfaisant la conductibilité métallique et les différences dans les charges moléculaires.

Dans ces condltionsy je me suis proposé de mesurer la vitesse des rayons cathodiques directement, sans utiliser l' hypothèse de rémission, et de soumettre ainsi la noui^el/e conce/Uion à une épreuve décisive.

Mes travaux à l'Institut mathématico-physique de l'Université de Kcinigsberg, qui durent être interrompus au début de 189J, ne conduisirent pas de suite au but. Je réussis seulement à mettre hors de doute que la vitesse est si grande que l'hypothèse d'ions chimiques ordinaires est totalement exclue. Les résultats provisoires et les conséquences qui s'y rattachent furent exposés dans le rapport (') intitulé : I. Sur la nature de l'électricité; II. Recherches expérimentales sur les ?*ayons cathodiques, le 7 janvier 1897. J'indiquai là que la masse des particules qui composent les rayons cathodiques était de 2000 à 4000 fois moindre que celle des atomes d'hydrogène.

Grâce à l'aide de M. le conseiller privé Prof. D"^ Voigt et à l'appui de la Société royale des Sciences de Gottingen, je pus reprendre les expériences pendant l'été de 1897, et j'arrivai cette fois au résultat désiré : Il fut possible de mesurer la vitesse, et les valeurs obtenues se placèrent réellement dans r intervalle prévu par des considérations théoriques.

(■) Imprimé in extenso dans les Sitzungsber. d. physikal.-ôkonom. Gesellsch.y à Koni^sberg, t. XXXVIII, 1897. P* » ^ »^; première partie imprimée dans la JVaturwissenschaftl. Rundschau, mai 1897. ^"^ analyse se trouve dans les Beibl., t. XXI, 1897, P* W (^ ^^ ^^^^ ii y a deux fois à tort 300 au lieu de 2000).

LA VITESSK ET LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RATONS CATHODIQUES. I03l

A la Réunion des Naturforscher à Braunschiveig, en septembre 189^. je fis une communication provisoire (*). Un exposé plus détaillé, où Ton a tenu compte d'observations ultérieures, occupe les pages qui vont suivre. En particulier, on a refait des mesures plus exactes sur la déviation magnétique afin d'obtenir sur la masse des particules en mouvement un résultat plus sûr que dans la première publication du 7 janvier 1897.

Le résultat positif de ces recherches (si on les rapproche des nouvelles découvertes et mesures connexes faites d'autre part) fournit une base expérimentale solide aux conceptions suivantes, que je n'osais exprimer dans des travaux antérieurs (^) qu'avec la plus grande réserve :

La charge électrique de toute particule inatérle lie nest autre chose qu'une liaison électrodynamique avec l'éther, qui dépend essentiellement de la nature spéciale de la partie ule et qui ne 'varie jamais.

Tout changement de charge d'un corps matériel est en même temps un changement de sa composition matérielle, et tout courant électrique est une convection d'électricité par des particules matérielles. Dans la conductibilité métallique, il y a mouvement de certains atomes électriques, qui existent à côté des atomes de la chimie, et ce sont ces atomes qui s'échangent quand, dans les phénomènes d'électrolyse, les charges moléculaires varient. fJ électricité devient ainsi, dans une certaine mesure, elle-même de la matière^ ou tout au moins une forme des manifestations de la matière.

Les rayons cathodiques prouvent l'existence d'atomes négatifs spéciaux. Nous ne possédons, autant que je puis voir, aucune indication précise qui nous porte à admettre aussi l'existence d'atomes positifs correspondants. Même le phénomène de Hall dans les met aux n'exige pas cette hypothèse, car il n'est pas nécessaire, pour son explication, d'admettre un mouvement des particules positives dans un sens invariable, mais il suffit d'un mouvement de va-et-vient. 11

( ' ) E. WiECHERT, Verhandt. d. Gcseltsch, Deutscker Naturforscher u. Aerzte 9 réuniun de Braunschwcig, II" Partie, première moitié, 181J7, p. 5o à 5'J.

(■-) E. WiKCHERT, Sitzungsber, d. pkysikat.'Okononi. Geseltsch., Kônigsberg, t. XXXV, 1894, p. 4; Abh. de la même Geseltsch,, t. XXXVII, 1896, p. i ; Naturwisserischaftl. Rundschau, t. XI, 1896, n» 47. Cf, aussi les travaux plus récents -. Nachrlchten d. kgl, Geseltsch. d. Wissensch., à Gôtiin^en, \fath -phys. Klasse 1898, p. I, et Festschrift pour la féie de l'inauguraLioa du monument de Gauss et Weber à Gôttingen, II" Partie. Leipzig, chez Teubner, 1899.

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est néanmoins naturel de faire l'hypothèse beaucoup plus large que la matière peut se résoudre entièrement en deux sortes d'atomes électrisés, les uns négatifs, les autres positifs.

C'est pour moi une grande joie que de pouvoir exprimer à celle place aux directeurs des Instituts physiques de Konigsberg et de G()ltingen, MM. les Professeurs Volkmann, Voigt et Riecke, ainsi qu'à la Société royale des Sciences de Gôltingen^ ma profonde reconnaissance pour le bienveillant concours qu'ils ont prrlé à mon travail.

S 2. — Méthode de mesure de la ▼itesse.

Des évaluations et des mesures antérieures de la vitesse des ra>0D5

cathodiques sans l'emploi de l'hypothèse de l'émission ont été faite? par Goldstein ( * ), Spottiswoode et Flelscher Moulton ( * ), J.-J. Thomson (') et Th. Des Coudres (*). Les méthodes de Goldstein el de Spottiswoode et Fletscher Moulton, qui utilisaient les déviations des rayons cathodiques par une seconde CHthode, ne peuvent pas être considérées comme rigoureuses d'après nos connaissances actuelles i/i: il en est donc de même de leurs résultats. D'après Goldstein, la vitesse serait plus grande que 800000" par seconde; d'après Spottiswoode et Fletscher Moulton, elle serait notablement plus petite que la vitesse de la lumière. J.-J. Thomson s'est servi du miroir toamant pour mesurer la différence entre les époques d'illumination de dcni surfaces phosphorescentes situées à des distances différentes de h cathode. 11 trouva une vitesse de 200 000" par seconde, mais il a renoncé de lui-même récemment à ce résultat qu'il considère comme beaucoup trop faible. Th. Des Coudres a employé pour la mesure du temps les oscillations électriques et a établi que la vitesse était certainement supérieure à 2000000" par seconde; on donnera plus loin des détails plus complets sur la méthode.

(•) E. GoLDSTEix, Afonatsber. d. k. Akad. d. Wissensch. de Berlin, anoêf i^^ p. 122; Wied. Ann.f t. XII, i«8o, p. loi.

(') W. Spottiswoode et Plïtscher Moulton, PhiL Trans. Boy. Soc., u CLXXI- 1880, p 627.

(3) J.-J. Thomson, P/iii. Afag., t. XXXVIII, 1894, p. 358.

(*) Th. Des CoxiDni:», Verhandl. d. physikal. Gesellsch. de Berlin, l. \IV, ^^ p. 86; I. XVI. 1897. p. 157; Verhandl. d. Gesellsch. Deutscher Saturfoncker u. Aerzte, réunion de Franc forts, -M., a* Partie, i" moitié, 189^, p. 6(».

(*) Cf. la discussion plus approfondie dans le Mémoire original, Gof/. Xachrickien : Malh.-phys. Klasse, Cahier 1, 1898.

LA VITKSSE ET L\ DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES HAYONS CATHODIQUES. Io33

Pour mes propres mesures, il m'a semblé que le miroir tournant n'offrait que peu d'espoir de succès pour les vitesses extraordinaireluent grandes auxquelles il fallait s'attendre; et je me suis déridé par suite à employer, en conformité avec Des Coudres, les oscillations électriques.

La mesure de la vitesse exige que l'on évalue l'intervalle de temps pendant lequel les rayons parcourent un chemin déterminé. Dans notre cas il faut donc rapporter le début et la fin du parcours aux phases, de la vibration du système électrique qui sert à la mesure. Pour ce qui est du début, le procédé le plus naturel est de simplifier la méthode d'observation, comme l'a du reste fait Des Coudres dans ses mesures, en chargeant le système même qui sert à la mesure de l'émission des rayons cathodiques. On peut alors placer l'origine de la distance à mesurer à l'électrode elle-même, et le début du parcours du rayon est déterminé par ce fait, qu'il se produit pendant que le système envoie de l'électricité négative à l'électrode. Pour situer dans le temps l'arrivée des rayons, on peut utiliser soit, avec Des Coudres, la modification subie par le rayon sous l'influence magnétique d'une portion du système de mesure qui transporte le courant, soit la modification sous l'influence électrique d'une seconde électrode.

Des expériences de ce genre dans l'automne de 1896 me montrèrent qu'il y avait peu d'espoir d'atteindre ainsi le but, car il n'était pas possible d'obtenir des rayons cathodiques de longueur même approximativement suffisante. Dans l'intérêt de ce qui va suivre il est nécessaire de développer ceci d'un peu plus près.

Soit T la durée d'une oscillation complète du système de mesure,

L la longueur de l'onde électrodynamique correspondante, de sorte

que