SUR LA MATIÈRE RADIANTE

CONFÉRENCE FAITE A SHEFKIKLD, LE 27 AOUT 1879, DEVANT L'aSSOCIATION BRITANNIQUE

POUR l'avancement des sciences, Par m. William CROOKKS,

Membre de la Société Royale de Londres.

Annales de Chimie et de Physique^ 5* série, t. \I\, iS8o, p. 195 à a3i.

(Extraits.)

Pour bien comprendre le titre de cette conférence, il faut se reporter il une époque éloignée de nous de plus de soixante ans, à l'année 1816. Faradaj, à peine âgé de 24 ^^^ ^^ ^^ début de sa carrière, simple étudiant encore, mais expérimentateur passionné, fit à cette époque une série de leçons sur les propriétés générales de la matière, et Tune délies porta le titre remarquable Sur la matière radiante. Les notes du grand physicien sur cette leçon se trouvent dans l'Ouvrage du D' Bence Jones : Vie et lettres de Faraday. Je citerai ici le passage où il emploie pour la première fois l'expression matière radiante.

Si nous concevon? un changement aussi éloigné de la vaporisation que ^clle-ci est au-dessus de la fluidité, si alors nous tenons compte de l'étendue <^^l altération à mesure que le cliringement s'accentue, et alors, si nous somme^ <^>pables de former une conception quelconque de cette altération, nous ne tomberons peut-être pas loin de la matière radiante; et, de même que dans la <'<^rnière transformation nombre de qualités ont été perdues, de même ici un plus grand nombre encore disparaîtraient.

Faraday fut évidemment absorbé par cette spéculation de longue [^rtée, car trois ans plus tard, en 18 19, nous le voyons apporter de nouvelles preuves et de nouveaux arguments pour fortifier cette surprenante hypothèse. Ses notes sont maintenant plus étendues et Montrent que dans cet intervalle de trois ans il a beaucoup et profondément pensé sur cette forme plus élevée de la matière. 11 fait feinarquer d'abord que la matière peut être envisagée sous quatre ^tais difl'érents, qui sont : solide, liquide, gazeux et rayonnant, ces modifications dépendant de différences dans les propriétés essentielles S. P. 8

Il4 WILLIAM CROOKES.

de chacun d'eux. Il admet que l'exisleiice de la matière radiante n*esi pas encore démontrée, el alors il procède, dans une série d'arguments ingénieux, par analogie, à démontrer la probabilité de son existence ('). Si, au commencement de ce siècle, on nous avait demandé ce que c'est qu'un gaz, nous aurions répondu que c'est de la matière dilatée et raréfiée, impalpable jusqu'à un certain point, excepté lorsqu'elle est animée d'un mouvement violent; invisible, incapable d'être réduite à une forme définie ou de la prendre, comme les substances solides, ou de former des gouttes comme les liquides, toujours prèle à se dilater lorsqu'on ne lui oppose aucune résistance, et de se contracter quand elle est soumise à la pression. Ce sont là les principaui attributs que l'on assignait aux gaz il j a soixante ans. Les recherches modernes ont grandement étendu et modifié nos vues sur la constitution de ces fluides élastiques. Les gaz sont maintenant considérés comme étant formés d'un nombre infini de petites particules ou molécules qui se meuvent constamment dans toutes les directions avec des vitesses de toutes les ampli tudes^ Comme ces molécules sont extré-

(') « Je puis maintenant faire remarquer une curieuse progression dans les propriétés physiques, qui arcompagne le changement de forme, et qui est peut-être suffisante pour déterminer, dans l'inventif et ardent savant, un degré considérable de croyance dans Tassociation de la forme radiante avec les autres formes dans la classe des changements que j'ai mentionnés.

» A mesure que nous nous élevons de Tétat solide aux états liquide et gazeux, le» propriétés physiques diminuent en nombre et en variété, chaque état perdant quelque propriété appartenant à Tétat précédent. Quand les solides hont convertis od liquides, les variétés de dureté et de mollesse sont nécessairement perdues. Us formes cristalline et antres sont détruites. L'opacité et la couleur font fréquemment place à un aspect inrolore et iraiisparcnl, en même temps que les particules deviennent animées d'un mouvement général.

» Passant plus avant, jusqu'à l'état gazeux, un plus grand nombre encore de& caractères des corps sont anéantis. Les grandes différences dans leurs poids disparaissent pre>qne; les différences de couleur, qui restaient encore, finissent également |)ar se perdre. Tous doviennenl transpsirenis et élastiques. Ils forment mainteoant une seule série de substances, et les variétés de dureté, opacité, couleur, élasticitt? et forme, qui rendent le nombre de solides et fluides presque infini, sont maintenantsubstituées par quelques légères variations en poids et quelques nuances insignifiantes de couleur.

>) Pour ceux d<mc qui admettent la forme rayonnante de la matière, il n'exista aucune difficulté dans la simplicité des propriétés qu'elle possède, mais plutôt up argument en leur faveur. Ces personnes nous montrent bien une diminution graduelle de propriétés dans la matière, diminution que nous pouvons apprécier à mesure que la matière parcourt réchelle de formes, et elles seraient étonnées si cet effet devait cesser avec l'étal gazeux. Klles font remarquer les efforts plus grande que la nature fait à chaque pas du changement et pensent, par conséquent, que ce rliiingemcnt devrait être des plus grands dans le passage de la forme gazeuse à la forme rddiante. » ( Vie et Lettres de Faraday, t. i. p. 3o8.)

SUR LA MATIERE RADIANTE. lO

fflement nombreuses, il s'ensuit qu'aucune molécule ne peut se mouvoir un peu loin, dans n'importe quelle direction, sans toucher quelque autre molécule. Mais, si nous épuisons l'air ou le gaz contenu dans un vase fermé, le nombre des molécules diminue, et la distance à travers laquelle l'une d'elles peut se mouvoir sans arriver en contact avec une autre est augmentée, la longueur moyenne du chemin de libre parcours étant en raison inverse du nombre des molécules présentes. Plus l'épuisement est prolongé et plus augmente la lon- ^eur moyenne de la distance qu'une molécule peut parcourir avant qu'une collision ait lieu, ou, en d'autres termes, plus le chemin de libre parcours est long et plus les propriétés physiques du gaz ou de Talr sont modifiées. Ainsi, è un certain degré de raréfaction, les |)hénomènes du radiomètre deviennent possibles ; en poussant encore plus loin la raréfaction, ou, ce qui revient au même, en diminuant le nombre des molécules dans un espace donné et en augmentant la dislance moyenne de leur libre parcours, on peut obtenir d'autres résultais, sur lesquels je vais appeler votre attention. Ces phénomènes sont si distincts de tout ce qui se passe dans l'air ou dans un gaz à la pression ordinaire, que nous sommes portés à admettre que nous nous irouvons en face de la matière dans un quatrième état ou condition, condition aussi éloignée de l'étal de gaz qu'un gaz l'est d'un liquide.

Moyenne de libre parcours. — Matière radiante.

Je crois, depuis longtemps déjà, qu'un certain aspect bien connu et observé dans les tubes où l'on a fait le vide est intimement lié avec les phénomènes relatifs à la distance moyenne du libre parcours des molécules. Quand on examine le pôle négatif pendant que la décharge dune bobine d'induction passe à travers un tube vide, on voit un espace obscur autour du pôle. On constate que cet espace obscur augmente et diminue suivant que le degré de vide varie, de même ^jue la moyenne du chemin de libre parcours des molécules augmente et diminue. A mesure que l'on est conduit à concevoir que l'un tievient plus grand, on voit en réalité que l'autre croît en dimension, et, si le vide est insuffisant pour permettre un grand essor aux molécules avant qu'elles entrent en collision, le passage de l'électricité montre que Vespace obscur s'est réduit à des dimensions très petites. ^ous concluons, naturellement, que l'espace obscur est la moyenne du chemin de libre parcours des molécules du gaz qui reste, conclusion que l'expérience confirme.

WILLIAH CROOKUS.

Je m'efforce rai de rendre cet espace obscur visible pour tous ceui qui sont présents. Voici un tube {fi^- i) muni, au centre, d'un pôle §ous la forme d'un disque de métal, et d'autres pdies auxeilré-

mités. Le pôle du centre est rendu négatif, et les deux pôles e réunis ensemble, forment l'extrémité positive. L'espace obsenr se trouvera dans le centre, (^uand le degré de vide n'est pas trèsmiul, l'espace obscur s'étend très peu de chaque côté du pAIe Dègatif, d»DS If centre. Quand l'épuisement du tube est bon, comme c'est le eu du tube qui se trouve devant vous, et que je fais passer le coorutt ^ 1> bobine, l'espace obscur s'étale à envirou i pouce de chaque cAté.

phiispkoiescente trè* puiuaittt

■toul où elle /rappe.

est la pierre la plus remarquable

pour la phosphurcsrence. n.u.s ce lul.e (». a t, se trouver une colleclion de rubis sous forme de cailloux, aussitôt que l'on fait passer

IVlincelle d'induction, on voit ce» rubis briller avec un éclat d'un beau rouge comme s'ils devenaient incandescents.

La malière radiante

trche en ligne i/roite-

. J'ai ici deux lioules(^^. i) de même forme et identiquement

disposées par rapport aux pâles; la seule diliert

fig. 3.

Il existe entre

mié

^H boules a trait à leur degré de vide : l'une épuisée jusqu'à la pression de quelques millimètres de luernure, pression capable de donner 'es phénomènes lumineux ordinaires; l'autre épuisée à environ un ■ntllionième d'atmosphère. Je mettrai d'abord la biiule peu épuisée A ta communication avec la bobine d'induction, et, conservant le pôle d lin côté a toujours négatif, je placerai successivement le rhéophore p<'«ilif avec les autres pôles dont la houle est munie. Vous voyez (|u'ii mesure que je change la position du pôle positif la ligne de lumière violette qui joint les deux pôles change, le courant électrique

1l8 WILLIAM CROOKRS.

choisissant toujours le chemin le plus court entre les deux pôles et se mettant en mouvement dans la boule à mesure que je change la position des (ils.

Voilà l'espèce de phénomène que nous obtenons avec le vide ordinaire. J'essayerai maintenant la même expérience avec la boule B» dont le vide est poussé à un très haut degré, et, comme précédera^ ment, je placerai à côté, en a\ le pôle négatif, le pôle positif étant en è. Remarquez combien grande est la différence entre l'apparence actuelle et celle que présentait la boule précédente. Le pôle négatif a la forme d'un godet ou tasse peu profonde. Les rayons moléculaires partant de la tasse se croisent dans le centre de la boule, et de là, en. divergeant, ils tombent sur le côté opposé, où ils produisent une étendue circulaire de lumière phosphorescente verte. A mesure que je fais tourner la boule, vous voyez la pièce ou surface verte sur le verre. Observez maintenant : j'enlève le fil positif de la partie supérieure et le mets en communication avec le pôle latéral c. La pièce ou petite surface verte provenant du foyer négatif divergent reste toujours. Je rends maintenant positif le pôle placé le plus bas d^ et la surface verte reste où elle était tout d'abord, sans le moindre changement de position ou d'intensité.

Nous avons ici une autre propriété de la matière radiante. Dans les vides ordinaires, la position du pôle positif est très importante, tandis que dans les vides poussés très loin la position du pôle positif est sans importance : les phénomènes semblent dépendre entièrement du pôle négatif. Si le pôle négatif se trouve dans la direction du pôle positif, c'est très bien; mais, si le pôle négatif se trouve dans une position tout à fait opposée, cela n'a aucune influence : la matière radiante s'élance du pôle négatif en ligne droite de la même façon.

La matière radiante, étant interceptée par une matière solide,

renvoie une ombre,

La matière radiante vient du pôle en ligne droite et ne pénètre paî seulement toutes les parties du tube et ne le remplit pas seulement de lumière, comme dans le cas où le degré d'«'puisement serait moini élevé : là où le chemin est libre, les vapeurs frappent l'écran ei produisent de la phosphorescence, et, là où intervient une matière solide, les rayons sont arrêtés par cette matière solide, et un< ombre est projetée sur l'écran. Dans cette boule en forme de poire {fie' 4)î Je pôle négatif a est à l'extrémité pointue. Au milieu s(

rlERB HADtANTR.

trouve une croix b coupée dans iine feuille il'alumiiiiimi, de sorte que les ra^'ons. parlant du pôle négatif et se projetanlle long du tube, »ront partiellement interceptés par la crois d'aluminium, el en projïUeronl une image sur l'estrémilé hémisphérique du tube, laquelle est phosphorescenle. Je fais marcher le courant, el vous verrez tous

Fig. 4.

l'ombre noire de la croix sur l'e\trémité lumineuse du tube cd. Mais la matière rayonnante a passé à côté de la croix d'aluminium pour produire l'ombre, le verre a été comme martelé et bombardé jusqu'à détenir sensiblement chaud, et en même lemps un autre effet a été produit sur le verre : sa sensibilité a été matée. Le verre est devenu fatif^é, si je puis m'exprimer ainsi, par la phosphorescence excitée. Id changement s'est produit par ce bombardement moléculaire, qui empêchera le verre de répondre facilement à une nouvelle excitation; mais la partie sur laquelle l'ombre était tombée n'est pas fatiguée, elle n'a pas produit encore de phosphorescence el est complètemenl fraîche. Par conséquent, si je renverse cette croix, ce que je puis facilement faire, en la secouant, grâce à une disposition ingénieuse (lablie par M, Gimingham, et que je permette ainsi aux rayons émananldu pôle négatif de tomber d'une manière non interrompue sur 'exiréraité de la boule, vous verrez la cniii noire changer subitement en une croix lumineuse, car l'espace qui est en arrière ne peut maintenant produire qu'une très faible phosphorescence, tandis que la partie qui était limitée par l'ombre noire retient tout son pouvoir phosphorescent.

t%o iriLLI%M c

La matière radiante ereree une fo-rfe mctînn, m^rrauâri^

partout om elle frmfifts,

Nr»ii» avrinn vu, par la nature liien trainrbë««i4^r*)fldbr^s^ rmifc'rTilifr^Tw que la matière radiante est am^lée par àfry iBarîèr^?* ^>liiii^ ptr«* fJann hou parcours. Si ee corps solide p<^at £»«*titMii«nLt *Hr^ ak^ <t mouvement, le choc des mol/fcules $« ré%«^lera par KHir f«»rttf arti>ii mëcani({ue. M. (limingham a fabriqué poor moî m ayyanfil tr«f$ii- ^/'uieux, qui, étant placé dans la lanterne éiertrB«|se. nmJ «Htf action mécanique visible à tout un auditoire. Il ri>M»ar em ■■ tiL^ de verre dont le vide est poussé à un ires \%^u\àtipr ^ Jis- > - ^y^

Fig. S.

un petit chemin à rails en verre qui longe le tube d'une extrémité* rmili'c. l/iixe d'une [jctite roue tourne sur les rails, les ra joos d' hi roue portant des [)iih*ttcs assez lar*;es en mica. A chaque e\tréinil** du liihcctufi peu iiii-dcssiis du centre est placé un pôle en aluniiDiuin. de Icllr HMilr (pic, rMti nu l'aiitrc étant rendu néj^alif. le courant «^ inalfifc H^éhincc de <t pohî vers le louiç du tube et. frappaol 1^ »mIcI|<«h HMpf'ficurcH de la petite roue, la fait tourner et cheminer^ Inii^ drn failn. Vm < liaii^M'ant \vs pôles, je puis arrêter la mue etlenvoycf vw Hi'iiH inverse; et, si j'incline légèrement le tube, la force d MnpiilHÎon sr tnniv<! étr<» suffisante |)Our pousser la roue même u^ l»»i=i cil haut ( ' ).

''; (Son iMfM l'j •111:111 s. ;Vo//.t entrons devoir citer ici un passa se de J-J-

fhnnmon ^i^'fmfttn/ une in/t'r/trc/n/ion xnns doute plus correcte du /ait absent

///// t'nmhru

' " ' "ImiI Ih^ Hiiii|i|r iMoiitniii qu<' lu rotation ne peut pas èlre attribuée a"^ Mi((»iiUiMiii> ' (iiiiMMMiii|iirTH ,iii\ HÏIrtlcH f )éi T !<' clioc (Ics parlicules- Prenons, en efffi. M ' .iB oti Irn iiiv'MiH «n'iiiriil iiHHr/ |)iiisHHntH pour transporter le courant relalivemen' <'"iit)(i|i^i,i|ilr ,1,, ,,, '. j|||||„.||. .,v(.,. |{, vitesse considérable de lo'* centimètres par

SUR LA MATIKRK RADIANTK. 121

Aa matière radiante est déviée par un aimant.

Je pai«se maintenant à une autre propriété de la matière radiante.

Dans ce long tube on a fait le vide jusqu'à un très haut degré.

Il a un pôle négatif à Tune des extrémités a et renferme un écran

phosphorescent très long bc. Devant le pôle négatif se trouve une

lame de mica 6rf, avec un trou ^, dont l'effet est de produire, quand

je fais passer le courant, une ligne phosphorescente ef^ qui prend

le tube tout entier. Je place maintenant au-dessous du tube un fort

aimant en forme de fer à cheval. Voyez : la ligne de lumière eg se

courbe sous Finfluence de l'aimant et produit même des ondulations,

comme le ferait une baguette Henible, à mesure que je porte l'aimant

en avant et en arrière.

Cette action de l'aimant est très curieuse, et, si on la suit de près, elle pourra élucider d'autres propriétés de la matière radiante. Voici un lube {fig. 6) exactement pareil, mais ayant à l'une des extrémités un petit tube contenant de la potasse, laquelle, étant chauffée, produira une légère altération du vide. L'aimant en fer à cheval étant au-dessous du tube, je fais partir le courant d'induction, et vous Nojez le rayon de matière rayonnante traçant sa trajectoire dans une ligne courbe que Ton aperçoit sur l'écran. Observez bien la forme de la courbe. Les molécules lancées du pôle négatif peuvent être comparées à une décharge de balles de fer d'une mitrailleuse, et l'aimant qui se trouve en bas représentera la terre courbant la trajectoire du

seconde. Soit m la masse de chaque corpuscule. N le nombre de corpuscules rencon- '^•>ot la surface pendant Tuniié de temps. Si les corpuscules rebondissaient en arriére en conservant leur vitesse, Vimpulsion (quantité de mouvement) communiquée à la surface par unité de temi>s serait j N m lo**. Si e est la charge d'un rorpusc&le, rintensité du courant est Ne, soit, dans le cas actuel, lo ^C. G.S; par conséquent

^'impulsion communiquée à la surface par seconde est 2 — 10* dynes. Or — = io\

donc l'impulsion est de a.io~^ dynes. Pour une surface d'un centimètre carré cette impulsion serait équivalente à une différence de pression de un cinq cent millionième d'atmosphère, et son action serait beaucoup trop faible pour expliquer la rotalion i»bscrvée.

Ce mouvement est probablement dû à un effet en tout semblable à celui que l'on observe dans le radioméire; le choc des rayons cathodiques ayant seulement pour effet d'échauffer la face des ailettes (|ui le reçoit.

Stark a montré qu'en disposant les ailettes de façon à diminuer l'effet de radiomètre, l'action mécanique se trouve excessivement diminuée.

[J.-J. Thomson, Conduction 0/ electricily through gases, p. 5oi (Cambridge, 1903).]

8VB L* IIATIBR8 RADIANTS.

munie d'un pâle négatif sous la forme d'une calotte a. Les rayons seront, par conséquent, concentrés dans un foyer où l'on place et maia tient un fragment d'i ri dîoplatî ne b. D'abord, je tourne à peine la bobine d'induction, de façon à ne pas développer toute sa force.

Kg. 7.

U fojer agit maintenant sur le métal et élève sa température au rouge Itlanc. J'approche un petit aimant, et vous voyez que je puis dévier le %er de chaleur exactement comme je fis pour le foyer lumineux dans l'autre tube. En changeant l'aimant de place, je puis faire mon- "w ou faire descendre le foyer, el même te pousser complètement en (■ebors du métal et empêcher que celui-ci devienne lumineux. Je '^tire l'aimant et je laisse les molécules agir amplement de nouveau : le métal est maintenant d'un rouge blanc. J'augmente l'intensité de ' étincelle : le platine iridié acquiert un éclat presque insupportable et 'ond vers la fin.

Eu étudiant le quatrième état de la matière, il semble que nous avons mis à notre portée et soumis à notre centrale les petites parti- . eules que, avec de bonnes garanties, nous supposons constituer la base physique de l'univers.