PREMIÈRE PARTIE

Doctrine thermodynamique et doctrine atomiste.

Je voudrais donner une idée de ce qu'est la physique, et, pour cela, tenter quelque comparaison des deux grands systèmes actuels, des deux grandes théories du monde inanimé : la doctrine thermodynamique et la doctrine atomiste (1).

Quelques indications techniques sont tout d'abord nécessaires, relativement aux termes qui vont être employés : température, quantité de chaleur, intensité d'un courant électrique...

Quand nos sensations de chaleur augmentent, le

(1) Pour l.i partie expérimentale, voir, par exemple : La théorie moderne des phénomènes physiques, par Auguste Righi.

Pour les idées générales, voir : Emile Picard, La science moderne ; Lucien Poincark, La Physique moderne; Henry PotNCARÉ, La Science cl l'Hypothèse, et La valeur de la Science. (Biblioth. de Phil. Scient, chez Flammarion.) P. Duiiem, La théorie physique, Paris, Chevalier et Rivière, 1906 ; II. A. Lorextz, Thermodynamique et théories cinétiques. Soc. française de physique, 1905 ; P. Laxgevin, Electrons, Reçue générale des sciences, 30 mars 1905 ; M. Fr. Daniels, Discours de rentrée de l'Unicersicé de Friboura (Suisse), 1905 ; B. Bruxhes, La dégradation de l'énergie, Ann. de philosophie chrétienne, 19 J(j ; Painlevé, Principes de la physique, Reçue scientifique, janvier 1906 ; G. le Box, Evolution de la matière, Flammarion, '1905.

mercure monte dans le tube de cristal du thermomètre, d'où la définition des températures. Il est essentiel de remarquer que les températures sont repérées, non mesurées, ce qui veut dire : des intensités de courant s'ajoutent, des mètres ou des toises s'ajoutent, des degrés centigrades ne s'additionnent pas.

11 n'y a pas une réalité physique qui soit deux fois plus grande forcément quand une température est doublée.

Ce qui est mesurable, ce qui double, triple réellement, c'est la quantité de chaleur.

Il est intéressant de noter la différence entre température et chaleur, car cette différence va apparaître bientôt dans le principe de Carnot-Clausius.

L'on peut, d'ailleurs, bien facilement concevoir la « quantité de chaleur ».

Observons le phénomène de fusion.

A partir de l'instant où la première goutte liquide est apparue, il a fallu maintenir le feu pour que la fusion continue, mais jusqu'à la disparition de la dernière particule solide la température n'a pas varié quel que soit le thermomètre adopté.

Fournir du « chaud » n'est donc pas forcément équivalent à « élever la température » et l'on a dû introduire dans la science une notion nouvelle, la quantité de chaleur. Ce nouvel élément est mesurable en vertu de la définition suivante : l'unité de quantité de chaleur, ou calorie, c'est « ce qui correspond au passage de la température 0° à 1° centigrade de 1 kilogramme d'eau pure ». Ainsi lorsque l'on dira : 1 kilogramme de plomb absorbe pour fondre 0.0314 calories ; on affirmera simplement ceci : le môme foyer, dans des conditions iden tiques, eût élevé de 0° à 1° une masse d'eau pure de 0.0314 kilogrammes.

La calorimétrie, avec tous ses perfectionnements expérimentaux destinés à réduire toujours davantage la part de l'erreur, ne nous décèle rien du fond des choses, non plus que la thermométrie. Comme celle-ci elle rapporte tout à un phénomène type qui est ici la variation de température centigrade d'une certaine masse d'eau.

Poursuivons en comparant les phénomènes calorifiques aux phénomènes mécaniques, en examinant la transformation des uns dans les autres. Prenons la machine à vapeur la plus simple : un cylindre vertical et un piston soulevant un fardeau. Les mécaniciens disent que l'on a effectué un travail égal à 1 kilogrammètre lorsque l'on a soulevé 1 kilogramme de 1 mètre de haut.

N'y aurait-il pas une relation simple dans notre machine entre le nombre de calories par la chaudière et le nombre de kilomètres recueillis !

En 1842, un savant médecin de Heilbronn, Robert Mayer, eut le pressentiment de l'équivalence exacte : « un nombre donné de calories doit donner un nombre proportionnel de kilogrammètres, et inversement ». Le physicien anglais Joule pensait lui aussi à ces questions et en échauffant de l'eau par un mouvement rapide de palettes il conclut de nombreux essais, en 1847, que 1 kilogrammètre équivaut à 424,9 calories.

De très nombreuses expériences ont fait adopter le nombre 423,50. Le chiffre importe peu; ce qui est remarquable c'est sa constance presque rigoureuse dans les conditions les plus diverses. Ce qui est tout à fait merveilleux c'est qu'en même temps l'on ait pu définir une nouvelle grandeur mesurable, l'énergie électrique.

Du milieu du xixe siècle date ainsi une rénovation véritable des sciences physiques, et dont l'origine est le

mémoire de Ilelmholz « sur la conservation de la Force » présenté en 1845 à la Société de physique de Berlin.

Ce qu'il appelait « Force » les savants l'appellent aujourd'hui « Energie ». Helmholtz traduirait ses idées dans notre langage en disant :

Dans un système de corps à l'abri d'actions étrangères l'énergie totale reste invariable.

L'Energie d'un corps c'est le travail qu'il est susceptible de produire d'après sa position et son état. Une pierre placée à 10 mètres au-dessus du sol possède une certaine énergie, de même un boulet de canon lancé dans l'espace, un bâton de verre électrisé, un ressort élastique tendu, un barreau d'acier aimanté, un volume de vapeur d'eau pure surchauffée, un fil parcouru par le courant d'une pile... Le principe s'appliquera ainsi qu'il suit au boulet de canon : la poudre représente une certaine énergie chimique latente, la mèche de l'artilleur fait sortir cette énergie de son sommeil et elle produit :

1° De l'Energie mécanique non utilisée, celle qu'absorbe le recul de la pièce et la formation des ondes sonores ;

2° De l'Energie calorifique non utilisée, celle qui échauffe l'arme :

3° De l'Energie utile : échauffement et vitesse du projectile.

D'après Helmholtz, l'énergie initiale chimique équivaut à la somme de ces trois énergies.

Plus les expériences ont pu être minutieuses et plus l'on a constaté une approximation considérable dans l'équivalence. Mais il n'est pas un esprit réfléchi qui n'éprouve ici les plus amères difficultés, car si, clans cet exemple simple nous avons bien vu à peu près clairement ce qu'étaient les diverses énergies partielles, l'on

DE LA SCIEXCE 19

ne voit guère comment l'on donnerait de Y Energie une définition absolument générale.

Le principe dans son énoncé même est « aperçu » plutôt que nettement « vu » par le savant. Il constitue cependant une base fondamentale des sciences physiques modernes ; un physicien ou un ingénieur voit-il une chute d'eau, il dit aussitôt : avec tel débit et telle hauteur il y a là tant d'Energie mécanique qu'une turbine accolée à une dynamo transformera en Energie électrique et une lampe en Energie lumineuse et calorifique... j'éclairerai donc tant de mètres carrés avec telle intensité... ou je fondrai tant de métal dans un four électrique... etc., etc.

Si au principe de la conservation de l'énergie l'on adjoint celui de l'augmentation de l'entropie l'on a la base de l'énergétique ou de la thermodynamique.

Les comparaisons faciles de la chute d'eau, de réchauffement par le choc font saisir le premier principe. Le second doit être conçu ainsi : les diverses énergies ont une tendance à se transformer en énergie calorifique, la plus stable, par conséquent la moins utile, ou bien : les températures tendent à devenir uniformes.

Clausius a su tirer ce grand principe des vues géniales mais très incomplètes, parfois fausses, émises par Carnot en 1824.

Repérons les températures en prenant pour zéro absolu 273 degrés au-dessous du point de fusion de la glace ; appelons valeur de transformation d'un changement d'état très faible, le quotient de l'accroissement de quantité de chaleur par la température moyenne correspondante.

Faisons la somme des valeurs de transformation dans un changement quelconque. C'est la différence d'entropie entre l'état initial et l'état final. « L'entropie d'un

système isolé tend à croître. » Voilà l'énoncé savant. Nous tenons là un principe essentiel de la physique, comparable, pour sa largeur, au principe de symétrie énoncé clairement pour la première fois par le regretté Curie :

« Un phénomène est impossible lorsque le milieu dans lequel on le recherche ne présente pas une dissymétrie minima caractéristique du phénomène cherché (1). »

Des énoncés d'une pareille ampleur font penser au mot de Fustel de Coulange : «. Une vie d'analyse pour une heure de synthèse... »

Mais revenons au principe de dégradation :

En gros l'on peut dire que l'état d'ensemble d'un système de corps évolue dans un sens déterminé et ne saurait évoluer en sens contraire.

Ceci exige, et cela est essentiel à dire, que le système soit assez complexe. Prenons le système solaire. A cause des distances immenses des planètes au soleil, l'on peut regarder ce système comme un assemblage tout simple de points géométriques et le principe de Carnot Clausius ne s'applique pas.

Rien, dans la mécanique céleste actuelle, n'indique l'impossibilité des mouvements planétaires en sens inverse de leurs mouvements observés.

Le second principe paraît ne devoir jamais intéresser l'astronomie mathématique : la remarque a une grande importance.

Ainsi donc, à côté des énergies dues à la gravitation, énergie cinétique, égale au carré de la vitesse, énergie

(1) Discours de P. Langevin, Musée pédagogique, Imprimerie nationale, 1901. (Nous avons aussi fait de larges emprunts à cette conférence du savant physicien.)

potentielle égale à la hauteur possible de chute, Ton a pu définir une énergie calorifique, une énergie électrique, une énergie ou potentiel chimique, « grandeur concrète, au même titre que la pression, la force électromotrice, la température (1) ». D'où cette science toute récente et déjà si triomphante : la mécanique chimique, préparée parBerthollet, Sainte-ClaireDeville, fondée par l'illustre Willard Gibbs, ses disciples français, MM. DuhemetLe Chatelier, et bien d'autres.

L'on est arrivé à prévoir le nombre des variations indépendantes que l'on peut faire subir à un système en équilibre chimique sans détruire l'équilibre. C'est la fameuse « loi des phases ». L'on a obtenu des lois essentielles touchant les équilibres chimiques et leur stabilité. L'on a fait dîs merveilles grâce à ce double principe que les énergies sont équivalentes, mais qu'elles tendent à se dégrader, les énergies utilisables diminuant.

Sur ce double principe l'on peut fonder une physique générale, sans faire aucune hypothèse sur la constitu • tion des corps, sur les mécanismes de transmissions des énergies.

Et voici une première école de physiciens qui, suivant des conceptions plus ou moins abstraites, instituent des expériences et des mesures, énoncent des lois, les expriment en langage mathématique. Puis ils font des opérations analytiques sur les formules obtenues, pour obtenir des formules nouvelles. Ces nouvelles formules, issues des premières, peuvent donner l'idée d'instituer des expériences nouvelles. Si ces expériences réussissent c'est que la loi primitivement

(1) Willard Gibbs, par M. Le Chatelier. Reçu; générale des sciences,

énoncée contenait implicitement d'autres rapports vrais 411e ceux d'abord reconnus.

C'est que l'on avait eu de bonnes idées, des intuitions fécondes, puisque l'on a pu progresser !

L'on continuera ainsi jusqu'au jouroù l'accord cessera entre les formules et les expériences .

Ce jour-là on aura à refaire tout ou partie de la théorie.

Telle est la méthode de physiciens tels que Kirchhoff et M. Duhem.

Cette méthode, que nous appelons ici « thermodynamique », M. Duhem la caractérise ainsi :

Une théorie physique n'est pas une explication, c'est un système de propositions mathématiques, déduites d'un petit nombre de principes, qui ont pour but de représenter un ensemble de lois expérimentales.

D'autres physiciens ont une manière tout autre de voirieursthéories et des préoccupations toutes différentes en les construisant.

Laissons à M. Duhem le soin de nous le montrer.

a On trouve à chaque instant, dans les traités de physique publiés en Angleterre, un élément qui étonne à un haut degré l'étudiant français ; cet élément, qui accompagne presque invariablement l'exposé d'une théorie, c'est le modèle. Rien ne fait mieux saisir la façon, bien différente de la nôtre, dont procède l'esprit anglais, dans la constitution de la science, que cet usage du modèle.

Deux corps électrisés sont en présence ; il s'agit de donner une théorie de leurs attractions ou de leurs répulsions mutuelles.

Le physicien français ou allemand, qu'il se nomme Poisson ou Gauss, place par la pensée, dans l'espace extérieur à ces corps, cette abstraction qu'on nomme

un point matériel, accompagné de cette autre abstraction qu'on nomme une charge électrique ; il cherche alors à calculer une troisième abstraction, la force à laquelle le point matériel est soumis ; il donne des formules qui, pour chaque position possible de ce point matériel, permettent de déterminer la grandeur et la direction de cette force ; de ces formules, il déduit une série de conséquences ; il montre notamment qu'en chaque point de l'espace la force est dirigée suivant la tangente à une certaine ligne, la ligne de forée ; que toutes les lignes de force traversent normalement certaines surfaces dont il donne l'équation, les surfaces d'égal niveau potentiel ; qu'elles sont, en particulier, normales aux surfaces des deux conducteurs électrisés qui figurent au nombre des surfaces d'égal niveau potentiel ; il calcule la force à laquelle est soumis chaque élément de ces deux surfaces ; enfin il compose toutes ces forces élémentaires selon les règles de la statique ; il connaît alors les lois des actions mutuelles des deux corps électris 5s .

Toute cette théorie de l'électrostatique constitue un ensemble de notions abstraites et de propositions générales, formulées dans le langage clair et précis de la géométrie et de l'algèbre, reliées entre elles par les règles d'une sévère logique ; cet ensemble satisfaisait pleinement la raison d'un physicien français, son goût de la clarté, de la simplicité et de l'ordre.

Il n'en est pas de môme pour un Anglais ; ces notions abstraites de point matériel, de force, de ligne de force, de surface d'égal niveau potentiel, ne satisfont pas son besoin d'imaginer des choses concrètes, matérielles, visibles et tangibles. « Tant que nous nous en tenons à ce mode de représentation, dit un physicien anglais, nous ne pouvons nous former une représentation men-

taie des phénomènes qui se passent réellement. » C'est pour satisfaire à ce besoin qu'il va créer un modèle.

« Le physicien français ou allemand concevait, dans l'espace qui sépare les deux conducteurs, des lignes de force abstraites, sans épaisseur, sans existence réelle ; le physicien anglais va matérialiser ces lignes, les épaissir jusqu'aux dimensions d'un tuba qu'il remplira de caoutchouc vulcanisé ; à la place d'une famille de lignes de force idéales, concevables seulement par la raison, il aura un paquet de cordes élastiques, visibles et tangibles, solidement collées par leurs deux extrémités aux surfaces des deux conducteurs, distendues, cherchant à la fois à se raccourcir et à grossir ; lorsque les deux conducteurs se rapprochent l'un de l'autre, il voit ces cordes élastiques les tirer, il voit chacune d'elles se ramasser et s'enfler ; tel est le célèbre modèle des actions électrostatiques imaginé par Faraday, admiré comme une œuvre de génie par Maxwell et par l'Ecole anglaise tout entière. »

Telle est la tendance des illustres savants anglais, diamétralement opposée à celle de physiciens également grands.

Doit-on proscrire absolument la méthode anglaise ?

Pour les phénomènes élastiques et hydrodynamiques, capillaires, pour l'électricité et l'optique classiques l'on peut donc bien, semble-t-il, se passer complètement des conceptions atomiques, des modèles, des images.

Il n'en est pas de même, à cette heure, pour les radiations telles que rayons X, rayons du radium...

Les nouvelles radiations, découvertes en ces dernières années, ont provoqué l'apparition d'un nouvel atomisme sous le nom de « théorie des électrons », et l'on ne voit guère, actuellement, d'autre théorie possible.

Tentons de faire un rapide schème de cette théorie déjà célèbre .

Remplissons l'espace entier d'un fluide subtil, l'éther, qui pénètre même les solides.

Prenons deux cellules conductrices creuses, sphériques ou ellipsoïdales, possédant des charges électriques égales, l'une positive, l'autre négative. Ces sphères s'attirant, on dit que l'éther est le siège d'un champ de forces .

Si l'une des sphères se meut, ce champ de forces devient un champ électromagnétique .

La perturbation se propage avec la vitesse de la lumière. Donnons à la sphère, de rayons très petits, un mouvement de va-et-vient extrêmement rapide et nous aurons une perturbation périodique de l'éther analogue aux rayons lumineux.

C'est la synthèse de la lumière. Nous pouvons donc regarder une source lumineuse comme formée de petites cellules électrisées, les électrons.

Nous regardons alors un courant électrique comme un déplacement d'électrons dans un fil conducteur, la résistance au passage des électrons à travers les atomes de métal provoquant réchauffement du fil. Si le fil aboutit à une ampoule vide, les électrons sont projetés violemment, ne rencontrant aucun obstacle : ce sont des rayons cathodiques, formés d'électrons négatifs, car les électrons positifs, au contraire, restent liés aux atomes du métal conducteur.

Soit une lumière émise par une flamme ; si l'on approche un aimant trè3 puissant, la structure de la lumière est modifiée, les raies du spectre sont changées .

C'est le phénomène de Zeemann, que la théorie des électrons a fait découvrir. A son tour l'expérience a imposé certaines transformations de la théorie. Tout

cela est très remarquable. Comme on le verra plus nettement par la suite, l'on est donc arrivé, peu à peu, à une conception granulaire du fluide électrique et à la définition de l'électron.

Et parallèlement, d'ailleurs, l'étude des solutions colloïdales amenait à une conception essentiellement granulaire, discontinue, de la matière (1).

Mais revenons à l'électron.

L'électron est comme l'atome indivisible et invariable de l'électricité, c'est-à-dire qu'il a toujours et partout la même eharge électrique.

D'après tout ce qui précède nous serions portés à nous en faire une image absolument matérielle et à lui attribuer une masse mécanique. Mais voici qu'une surprise nous attend !

Pour déplacer un corps dans l'eau ou dans le mercure l'on fait un plus grand effort que pour le mouvoir dans le vide, comme si la masse du corps avait augmenté.

Attribuons donc à l'électron une masse totale formée d'abord de sa masse mécanique absolue, puis d'une masse apparente due aux frottements dans l'éther. Or Kaufmann, par des expériences photographiques, a obtenu ce résultat : la masse totale augmente avec la vitesse dans la même proportion que la masse apparente.

Donc la masse mécanique absolue de l'électron est nulle. Il n'a qu'une masse apparente, due aux perturbations électromagnétiques engendrées dans l'éther par son mouvement.

Un résultat aussi extraordinaire devait frapper vivement les physiciens.

il) V. J. Perrin, Revue du mois, mars 1003.

Et comme chacun sait l'inextricable cercle vicieux qui se trouve à la base de la mécanique : faut-il définir la masse d'abord ou la force d'abord ? Laquelle de ces deux notions est première et laquelle est dérivée ?... En présence de ces difficultés logiques qui n'empêchent pas, bien entendu, que tout le monde, en pratique, se comprenne, une idée merveilleuse est apparue :

Tenir la matière ordinaire pour un conglomérat d'électrons et tenir la masse mécanique pour une masse apparente, d'origine électromagnétique, due au sillage du déplacement dans l'éther.

Ainsi l'hypothèse des électrons, bien en harmonie avec les phénomènes électriques classiques, explique les rayons cathodiques, source des rayons X, et nous conduit à une théorie de la matière en accord avec les découvertes récentes touchant la radioactivité.

D'abord il y aurait ïéther. Dans l'éther il y aurait les électrons, cellules formées ou d'éther condensé (?) ou d'un élément hétérogène (?).

Des agrégats d'électrons tourbillonnants formeraient les corps, les corps radioactifs seraient ceux pour lesquels, sous l'action de causes extérieures très faibles, cet agrégat se déferait progressivement comme un obus qui éclate...

Pour ceux qui aiment les hypothèses scientifiques simples, les corps sont dans l'éther comme des trombes dans l'atmosphère et la radioactivité n'est que la dissolution, la fusion de la trombe d'éther dans la masse stable d'éther.

Et l'on peut bien admettre que tout ceci se passe conformément aux principes de l'inertie, de la conservation de la masse et de l'énergie.

Peut-être seulement n'en va-t-il pas de même pour l'égalité de l'action et de la réaction.

Et assurément, aussi, il ne paraît pas facile d'incorporer le second principe de la thermodynamique dans cette nouvelle physique.

Précisons encore et voyons quelles sont, aujourd'hui, les positions respectives des deux grands systèmes de physique.

Nous avons vu qu'une première catégorie de physiciens veut ne s'occuper que de grandeurs bien directement accessibles à nos mesures, températures, quantités de chaleur, intensités de courants électriques...

Pour une autre classe de savants, il faut pénétrer le mécanisme intime des phénomènes, représenter les mouvements des molécules, atomes, électrons, tous éléments absolument hypothétiques, inaccessibles à nos sens et à nos instruments...

La doctrine des premiers a fait prévoir l'influence de la pression sur le point de congélation : elle a fourni les règles de variation de température dans l'allongement ou la contraction d'un fil ; elle est le fondement de la magnifique théorie moderne des équilibres chimiques ; elle a fait prévoir qu'un métal étant donné, ayant en A une région chaude et en B une région froide, si un courant électrique passe dans ce métal, suivant sa nature il absorbera ou développera de la chaleur.

Or, dans les questions d'équilibre chimique, en particulier, les théories atomistes restent, à ce jour, d'une médiocre puissance. Les atomistes pensent que l'on

peut considérer le principe de Carnot-Clausius comme vrai seulement pour des assemblages assez complexes de molécules, de sorte que l'exception présentée par la théorie astronomique n'embarrasse plus. Ceci est parfait.

Ils ajoutent que l'on pourra déduire cette loi à partir d'éléments mécaniques grâce à la méthode des moyennes, la méthode statistique, si heureusement employée dans la théorie des gaz, et en s'inspirant de l'admirable théorie des systèmes monocycliques d'Helmholtz qui aurait ouvert la voie...

Il y a là une espérance, assurément, non encore une réalité. Mais nous devons donner du temps aux audacieux et géniaux théoriciens de l'électron, si nous savons avoir égard à la splendeur de leur œuvre actuellement faite.

En vertu de tout un ensemble d'expériences — car, dans cet ordre, l'on a toujours à discuter un bloc d'expériences et non pas un fait isolé — l'on doit considérer la masse de Yéleetron négatif comme étant comprise entre un et deux millièmes de la masse de l'atome d'hydrogène ; la masse de Yéleetron positif, au contraire, serait de l'ordre de grandeur de la masse de l'atome-type de la chimie, l'atome d'hydrogène.

Un métal donné, à une température donnée, aurait, par unité de volume, un nombre donné N d'électrons négatifs libres, circulant dans les interstices du métal supposé poreux, avec des vitesses de plus de cent kilomètres par seconde aux températures ordinaires.

Pour un autre métal, au lieu du nombre N on a un nombre N'.

L'on peut alors expliquer la force électromotrice au contact de deux métaux, par une sorte d'évaporation des électrons négatifs dans un métal, accom-

pagnée d'une sorte de condensation dans l'autre.

Et l'on retrouve exactement la théorie thermodynamique alors que, dit M. Lorentz, on pouvait ne pas s'y attendre car un l'acteur tenu pour essentiel dans l'une des théories est tenu pour secondaire dans l'autre.

Voici donc un succès notable ; la théorie de la pile est retrouvée au moyen d'une représentation mécanique dont la fécondité pourra être immense.

Un succès encore a été remporté dans la théorie de l' Absorption ; un faisceau de rayons tombe sur un corps ; les forces électriques de ce faisceau vont troubler la dynamique des électrons dans le corps. Or, un changement de vitesse fait qu'un électron devient un centre de rayonnement. Ce rayonnement serait essentiellement calorifique. D'où une théorie complète de l'absorption.

Par contre, un magnifique problème est encore, d'après M. Lorentz, sans solution : pourquoi un corps, progressivement échauffé, devient-il peu à peu lumineux ? C'est-à-dire pourquoi, en échauffant un corps, déplace-t-on le rayonnement du côté des petites longueurs d'oncle ?

La dynamique des électrons n'a pas encore répondu. Mais souvenons-nous qu'elle est née hier ou avant-hier et que demain elle aura, peut-être, fait des prodiges.

A la mécanique des électrons est d'ailleurs lié un problème si vaste, que je crois devoir le poser ici.

Les physiciens, dit M. Henry Poincaré, ont acquis l'intuitiun de plus en plus précise, qu'aucune expérience ne peut révéler le mouvement de la terre par rapport à l'éther (il ne s'agit pas du mouvement de la terre relativement aux astres). Cette impossibilité est appelée par M. Henry Poincaré le « principe de relativité ».

D'autre part, à l'électron sphérique indéformable de

M. Abraham, de Gottingen, M. Lorentz a substitué un électron ellipsoïdal à axes constants, et M. Langevin un électron ellipsoïdal de volume constant. M. Poincaré a tout récemment montré que si l'on veut conserver le principe de relativité, l'on doit prendre l'électron de M. Lorentz, tenir son inertie pour purement électromagnétique et adjoindre une certaine pression sur les parois.

Ainsi donc, Vêlement hypothétique dit « éther », que nous introduisons pour porter les champs de force électrique et magnétique, se conduit de la manière suivante : chaque fois que nous voulons lui arracher le secret de son existence, il.se dérobe. Au moment où nous croyons tenir la mesure de sa densité, une critique pénétrante des expériences montre qu'elles sont illusoires... Au moment où nous voulons trouver un mouvement absolu par rapport à lui, il nous échappe encore, car il semble décidément que les phénomènes optiques entre deux corps dépendent seulement de leur mouvement relatif...

L'éther ne veut rien nous livrer de positif. Il veut rester environné de mystère !

L'on est au bord de l'abîme, en présence d'obstacles mathématiques effrayants, lorsque l'on veut être l'un des pionniers de ce pays de l'imagination...

Laissant de côté cette question si fondamentale, d'une difficulté si redoutable, voyons enfin le champ d'application le plus naturel de la théorie des électrons.

M. Duhem, depuis vingt ans, ne cesse de travailler, avec un art merveilleux, à faire prédominer les idées purement thermodynamiques dans la physique. Mais récemment, dans la conclusion d'une magistrale étude, il faisait cet aveu : « L'étude des diverses radiations qui, depuis quelques années, prodigue aux expérimentateurs l'occasion de découvertes, leur a révélé des effets

si étranges, si difficiles à soumettre aux lois de notre thermodynamique, que l'on verrait sans surprise une nouvelle branche de la mécanique sortir de cette étude... »

C'est de la radioactivité qu'il s'agit et cette nouvelle mécanique est née : c'est la dynamique de l'électron. Reprenons brièvement la suite des faits :

Le radium émet des rayons actifs, émet de la chaleur sans que l'on voie clairement, au premier abord, d'où lui vient Y énergie ainsi dépensée. Cela est merveilleux ! Ce qui ne l'est pas moins, c'est le procédé par lequel M. et Mme Curie ont découvert cette fameuse substance. M. Le Bon, M. Becquerel, M. et Mme Curie ont fondé une chimie nouvelle qui n'a cure des balances et des réactifs de la chimie ancienne. C'est la « chimie sans balance ».

Dès 189G, M. Henri Becquerel montre que le sulfate d'uranyle et de potassium émet des rayons impressionnant une plaque photographique à travers un papier noir. La radio-activité était découverte.

Ces rayons, en même temps, déchargent sur leur passage les corps électrisés ; nous traduirons cette propriété en disant qu'ils ionisent l'air, sauf à préciser un peu ultérieurement.

A la même époque, M. et Mme Curie observent dans un minerai : la pechblende, contenant des sels d'uranium, une très forte radio-activité, infiniment supérieure à celle de l'uranium.

Ils en concluent l'existence d'un corps nouveau, très actif, dans la pechblende, et, par une série admirable de mesures (1) électriques et optiques, ils arrivent à

(1) Où ils ont été largement aidés par le savant E. Demarçay, mort prématurément.

isoler ce corps nouveau, un chlorure, qu'ils nomment chlorure de radium, et dont l'activité est un million de fois celle de l'uranium.

Un élément nouveau était découvert, en dehors des voies de l'ancienne chimie, par l'électroscope et le spectroscope. Remarquons, d'ailleurs, que le radium est une hypothèse : l'on ne connaît que le chlorure et le bromure de cet élément.

Certains se demandent si cet élément existe. En tout cas, tout se passe comme s'il existait et l'on a même obtenu son poids atomique.

Nous dirons donc indifféremment « radium » ou « sel3 de radium ».

Le radium émet trois groupes intéressants de rayons :

1° Les rayons a, formant 99 pour 100 de l'ensemble, sans action sur la plaque photographique, ayant un très faible pouvoir de pénétration ;

2° Les rayons [î, ayant un très grand pouvoir de pénétration ;

3° Les rayons y, qui, à l'inverse des deux précédents, ne sont pas déviés par un aimant.

Ce très court résumé va nous permettre de faire entrevoir tout un ordre de phénomènes nouveaux et très généraux.

Ce n'est pas seulement le radium qui émet des rayons : les métaux éclairés, les pointes métalliques èlectrisèes, les corps en combustion ou en réaction chimique émettent des rayonnements.

Afin de pouvoir classer et étudier ces rayonnements innombrables, l'on a dû faire les hypothèses suivantes :

Tous les corps seraient formés d'atomes et chaque atome porterait les particules électriques dites électrons.

Soit, par exemple, un gaz simple ; sous certaines

influences un atome de gaz perd quelques électrons n natifs ; alors des atomes neutres de gaz sont attirés par eux et l'ensemble forme un ion négatif.

L'atome de gaz privé do ces électrons négatifs reste chargé positivement et il attire des atomes neutres ; l'ensemble forme un ion positif.

Le gaz est alors « ionisé ». Précisément l'on a vu que le radium ionise les gaz et que c'est là ce qui l'a fait découvrir.

Les rayons a du radium seraient formés d'ions positifs et les rayons p d'électrons négatifs.

Ainsi est bien mise en évidence la similitude reconnue des rayons p et des rayons cathodiques, ces rayons qui jaillissent de l'ampoule de Crookes, tube à gaz raréfié où éclate une étincelle électrique.

Les rayons S, comme les rayons cathodiques ont un grand pouvoir de pénétration : ils traversent plusieurs millimètres d'aluminium.

Les rayons chargés positivement sont arrêtés par un métal, mais, en le frappant, ils engendrent les rayons X, et ces rayons X sont très analogues aux rayons y du radium. Les rayons X ou y sont très pénétrants, rendent l'air conducteur et, dans certaines conditions, ils engendrent des rayons cathodiques !

Tous ces faits s'interprètent très bien, grâce à la conception des électrons, tandis qu'il ne semble pas facile de les ranger dans une doctrine purement thermodynamique.

Voici encore un fait si bien en harmonie avec la doctrine électronique qu'il a même été l'une des bases de son édification :

D'un volume de gaz issu d'une flamme, quelle que soit la machine employée, l'on ne peut extraire qu'une quantité limitée d'électricité.

En plus, il est connu qu'il y a là deux électricités coexistantes et ne se neutralisant pas intégralement et constamment.

Tout cela n'est pas facile à comprendre si les charges des deux signes disponibles dans le gaz sont distribuées de façon continue, et nous sommes encore portés à admettre l'existence de centres électriques positifs et négatifs, distincts, en nombre limité. Helmholtz avait eu cette idée pour interpréter les lois de l'électrolyse de Faraday.

Une très belle expérience donne du corps à cette hypothèse et lui permet de se préciser : un gaz conducteur fait condenser la vapeur d'eau saturante.

L'on va donc définir les centres électriques par les gouttelettes d'eau séparées. En mesurant la vitesse de chute de la goutte d'eau sous l'action de la pesanteur, on peut calculer sa masse d'après une formule de mécanique. Alors plusieurs procédés donnent la charge électrique de la goutte, c'est-à-dire la grandeur de l'atome électrique.

11 paraît inutile d'insister : la théorie de l'électron a conquis une place immense dans la physique contemporaine.

Que dire, en résumé, pour conclure, après cette trop rapide et trop incompétente exposition des découvertes et des doctrines des physiciens ?

D'abord, il faut constater qu'actuellement l'hypothèse de l'éther semble s'imposer à tous.

L'éther est nécessaire pour supporter les champs électrique et magnétique dont nos appareils mesurent les intensités.

Peut-être même faut-il placer l'éther à la base de toute la physique ?

Peut-être faut-il introduire les masses variables dont l'immortel Laplace avait déjà parlé (1) ?

Pent-être allons-nous voir plus clair en renversant nos conceptions, en mettant au plus profond des théories physiques d'abord l'éther et les champs électrique et magnétique qu'il supporte.

L'avenir dira s'il y a là, comme on est porté à le penser aujourd'hui, l'occasion d'une superbe révolution scientifique.

On avait d'abord la chimie et la mécanique de la « matière prise en masse ». Maintenant l'on fonde une chimie et une mécanique de la « matière intime ».

Il se pourrait que ces dernières sciences devinssent les premières par l'importance et par une sorte d'antériorité logique.

L'ancienne mécanique deviendrait une première approximation de la mécanique électro-magnétique, de la dynamique des masses variables (approximation plus que suffisante, en tous cas, pour l'ingénieur).

L'électron, qui aura servi à édifier la mécanique nouvelle subsistera-t-il ? Ou bien, les grands résultats obtenus, éliminera-t-on l'électron pour ne conserver que les nouvelles formes mathématiques atteintes grâce à lui?

La chose est possible, car, d'après une formule bien souvent employée, une fois la voûte achevée l'on peut abattre les cintres qui avaient servi à sa construction.

Mais je croirais, pour ma part, que si un jour l'on renonçait à l'électron parce que, en présence de faits trop variés, sa théorie serait devenue trop compliquée,

(1) Note de MM. Cosserat dans la Physique de Chwolson ; Paria Hermann.

impossible, ce ne serait pas définitif: il ressusciterait plus tard.

Si la thermodynamique, dit M. Lorentz, est un guide très sûr, il y a cependant beaucoup de raisons de faire des théories cinétiques qui parlent à l'imagination.

Voilà, en effet, la vraie question, elle est d'ordre psychologique.

M. Duhem comprend lorsqu'il est en présence d'un système abstrait bien ordonné et M. Lorentz comprend lorsqu'il voit des images.

Nous prenons sur le vif les tendances opposées des grandes écoles de physique. Les uns font des découvertes grâce à leur puissance de coordination logique d'idées, de symboles, grâce au flair spécial qui fait qu'ils devinent, qu'ils prévoient dans l'abstrait. Les autres découvrent par une imagination plus concrète, par un luxe d'images incohérentes, peut-être, contradictoires souvent, mais riches de vie...

Telle tendance convient à une époque donnée, à un homme donné.

Pour un autre homme ou pour un autre temps c'est la tendance opposée qui doit dominer.

« Cela est fort heureux, dit M. Picard (1), ce n'est qu'en adoptant des points de vue divers, quelquefois opposés, que les sciences progressent. »

Pratiquement, d'ailleurs, entre les tendances extrêmes il y a bien des points de jonction et de contact. Pour n'en citer qu'un exemple, M. van der Waals, dans sa théorie de la continuité des états liquide et gazeux, se sert à la fois de la théorie moléculaire et de la théorie thermodynamique.

(1) Volume cité, p. 135.

La vie engendre la tolérance qui, forcément, est exclue d'une théorie logique.

En tout cas il m'a semblé intéressant de constater à l'occasion des sciences rationnelles, que les fameux mots COMPRENDRE et EXPLIQUER ont des sens assez différents suivants les individus.

Que sera-ce dans les autres domaines où -ce que l'un appelle « savoir », l'autre l'appelle « voir », un troisième « sentir » et un quatrième « pouvoir »...

Une autre constatation s'impose. Quand nous parlons de la Seieaee moderne, certains sourient. « Ave/.vûus donc tout inventé depuis la Renaissance, et avant n'y avait-il donc que des imbéciles ? Mais les Grecs avaient parlé des atomes ! Mais ils avaient prédit la constance de quelque chose dans les phénomènes ! Mais l'antiquité et le moyen âge avaient parlé des microbes ! »

Voilà ce que. l'on nous dit constamment. Voilà ce que je réponds :

Connue puissance do pensée, un Aristote ne sera peut-être jamais dépassé. Mais laissons les philosophes.

Au point de vue scientifique, Archimède avait un incomparable génie. C'est indiscuté.

Notre admiration, notre reconnaissance pour la pensée grecque est sans bornes.

Mais il faut bien admettre que de Y « atome » de Démocri te aucune théorie physique n'a jailli. L'atome des Grecs était une idée générale d'où rien de positif n'est sorti. L'atome n'est devenu fécond que de nos jours lorsqu'on l'a particularisé suffisamment pour en faire cet admirable électron.

Mais il faut bien admettre encore que « la conservation de quelque chose » des philosophes grecs n'a rien donné.

11 a fallu que Carnot, Mayer, Joule, Clausius,

Helmholtz, aient l'idée de la conservation de quelque élément définissable géométriquement et expérimentalement pour que surgît, il y a cinquante ans, la superbe et féconde doctrine de la constance de l'énergie, complétée par la doctrine de la dégradation, laquelle a dû le jour à l'observation attentive de la nature et des machines à vapeur.

Mais il faut aussi admettre qu'avant Pasteur l'on n'a pas développé, reconnu des microbes particuliers, qu'au moyen âge on ne vaccinait guère et c'est pour cela que le mot microbe n'était autrefois que le bruit d'une cymbale pi us ou moins retentissante, un assemblage da sons...

On ne saurait se lasser de répéter que les Grecs n'avai mt aucune idée de notre science rationnelle moderne dont le prototype est la physique. Leurs géomètres avaient fait merveille, mais c'est à peine si Archimède avait aperçu la méthode infinitésimale, et puis chacun sait, aujourd'hui, que la mathématique pure n'est que construction et abstraction. La géométrie à quatre dimensions n'est que l'étude abstraite de fonctions de quatre variables et il ne faut pas y chercher le secret de la notion espace . On n'y trouve que le secret de notre esprit créateur.

Si l'on regarde toujours Galilée comme le premier savant représentant authentiquement la science moderne, c'est parce qu'il a renoncé à se payer de mots pour expliquer la chute des corps ; c'est parce qu'il a renoncé à chercher par des déductions a priori les lois des vitesses et des espaces ; parce qu il a établi ces lois en mesurant tous les phénomènes de la bille roulant sur le plan incliné...

Assurément Galilée, pas plus qu'aucun homme, n'a été un « commencement absolu », mais il est bien reprô-

sentatif de l'état d'esprit qui inaugure la science moderne. Et si je parle ainsi de « la science », ce n'est pas pour en proposer une définition abstraite.

Je vois « des sciences » dont je saisis à peu prés l'orientation générale, c'est-à-dire ce sur quoi les techniciens sont d'accord.

Chacune creuse son sillon et comme, manifestement, il y a une tendance à l'unité, à l'établissement de liens réciproques de plus en plus nombreux et apparents entre les sciences, j'aperçois bien au terme de chacune, à l'infini, une zone de convergence qui enveloppera la «la science »... Mais je n'en sais pas plus long sur « la science ».

Et ceux qui ont cru pouvoir, de façon statique, classer les sciences — l'avenir leur a donné les démentis les plus cruels : Ampère a classé soigneusement cinquante branches du savoir dont personne n'a eu à s'occuper ; et il n'a à peu prés rien prévu de ce qui se fait aujourd'hui d'admirable et de fécond, physicochimie, chimie biologique, mécanique de la vie...

Ce qui crée, peut-être, la plus grande distance entre les savants lorsque, quittant leur technique, ils philosophent, c'est que, partout, deux points de vue opposés se partagent les esprits : le point de vue statique et le point de vue dynamique.

Ceux qui ne font qu'enseigner, ceux-là n'aiment que les théories parfaites, achevées, comparables à des systèmes clos réversibles.

Ceux qui ne font que chercher, au contraire, détournent presque les yeux d'une théorie bien ordonnée, et achevée. Comme le dit M. Picard : « Artistes, ils admirent l'harmonie, mais leur plus grand bonheur est de la troubler . »

M. Picard me disait un jour, très spirituellement :

« Certes, nous avons, dans le monde, trop de pécheurs en eau trouble, mais je voudrais, au contraire, qu'il y ait davantage de savants qui n'aient pas peur de l'eau trouble ! »

Oui, assurément, il faut avoir pour but les systèmes logiques, parfaits, bien ordonnés, mais l'on n'y arrive pas du premier coup, pas plus que les pierres du Parthénon n'ont été achevées après le premier coup de ciseau.

Souvent une méthode imprécise, incohérente, est celle qui mène à la découverte. Rien ne se ferait si les savants étaient toujours obsédés par le désir de l'idée claire, car l'idée féconde, à cause de la faiblesse de notre esprit, ce n'est pas l'eau claire et limpide, c'est l'eau boueuse, riche de matière, riche de ferments, riche de vie.

Mais, les mêmes personnes qui me disaient que chez les anciens ils ont tout trouvé, vont me dire : Ainsi donc, pour être un savant « moderne », il suffit d'être un esprit bizarre, imprécis, incohérent et illogique !

Ce n'est pas tout à fait cela. Et je suis certain d'interpréter fidèlement la pensée de mon illustre maître en disant : « la science veut que l'on ne se borne pas à contempler avec intelligence les théories faites ; il faut avancer ; la science c'est essentiellement l'invention, c'est la découverte. Si l'on veut avancer, progresser, il n'y faut point prétendre par les mêmes procédés normaux, « honnêtes », limpides que l'on emploiera dans l'exposition.

Ne repoussons donc pas ce qui, comme l'électron, pourrait paraître singulier, incohérent, contradictoire presque avec soi-même.

Bien au contraire, élançons-nous dans cette voie. Les savants véritables sont ceux qui n'ont pas peur de

l'eau trouble et du chaos. Là où les autres se noieraient, eux surnagent, à la longue.

Ils ne craignent point de se mouvoir dans le désordre, ceux qui ont les intuitions profondes leur faisant prévoir que finalement le désordre sera ordonné, au moins pour un temps...

Dans la science, comme partout ailleurs, l'on ne saurait se flatter de construire pour l'éternité !

Je voudrais encore, par ces rapides considérations, avoir mis en relief cette idée que, dans toute science, il y a comme deux stades.

Dans la physique, par exemple, nous avons vu cette première science, très utile, très compliquée, la science des mesures thermométriques et calorimétriques.

Plus loin, nous avons rencontré une seconde science très différente, que l'on pourrait appeler une « Philosophie naturelle ». Ici, les idées, les hypothèses, les conceptions invérifiables jouent le rôle prépondérant, et l'on assiste à une magnifique débauche d'imagination.

Il y a la physique de Regnault, et il y a la physique de Fresnel !

Il est clair que ce n'est pas la première qui a ici retenu notre attention. Peut-être, même, à cause de cela, serons-nous mal compris : il n'y a pas grande critique philosophique qui s'impose à l'occasion de ce déploiement de génie minutieux qui caractérise Regnault.

Au contraire, comment ne pas philosopher quand on aborde Fresnel, Maxwell, Lorentz ? Au contact de ces puissants génies l'on se pose, même malgré soi, tous les problèmes philosophiques.

Et par là ils nous élèvent moralement !

DE LA SCIEXCE 43