IV. - LA RENAISSANCE. — LA PHYSIQUE POSITIVE

Pendant tout le moyen âge la doctrine d'Aristote, d'ailleurs singulièrement altérée pour la mettre d'accord avec le dogme religieux, régna à peu près sans conteste. L'Eglise trouvait, en effet, dans celte doctrine une conception du monde qui s'alliait assez bien avec ses dogmes, et qui faisait ainsi de la science la • servante de la théologie » [ancilla tkeologiw). On peut bien trouver chez

quelques esprits hardis La conservation de la véritable tradition grecque : le rationalisme el La libre recherche, notamment à la (in

du xif siècle (où il y eut une véritable Renai anticipée . Mais

ces initiatives sont étouffées par In scolas tique, dont la conception scientifique est. absolumenl dominante à partir du \m" si elles

ne réussissent pas à lui substituer une conception scientifique qui satisfasse aux nécessités de La recherche.

Une telle conception n'apparaît qu'au xvie siècle, avec la Renaissance. Léonard de Vmci et surtout Galiléeen sont les protagonistes. F. Bacon et Descartes en analysent l'esprit d'une façon pénétrante, le premier dans le Novum Organum: la logique nouvelle opp la logique d'Àristote; le second dans le Discours de la méthode, les Règles pour la direction de l'esprit (regulœ ad direct ione/n ingenii la Géométrie, la Bioptrique et {^Météores.

La physique reprend alors la tradition hellénique véritable: la libre recherche qui n'a pour but que d'atteindre la vérité quelle qu'elle soit. Seulement elle acquiert une conscience beaucoup plus nette des nécessités de cette méthode, en ce qui concerne l'étude des phénomènes complexes de la nature.

A) Il faut d'abord se débarrasser des défauts qui avaient presque condamné à la stérilité la méthode scolastique. — 1° On doit abandonner la recherche des idées générales et la méthode purement abstractive qui se borne à une description sommaire et superficielle des phénomènes. Conformément aux efforts du nominalisme, on reviendra à l'étude des faits particuliers, individuels, c'est-à-dire des choses qui existent (elles qu'elles existent et non des abstractions: on cherchera leur véritable nature;

2" Conséquence de ce retour à la nature et aux réalités existantes, on proscrira absolument toute explication par quelque chose d'invisible ou d'inintelligible, donc toute qualité occulte ;

On cherchera à se faire de toutes choses des idées claires et distinctes ou tout au moins à les déduire de notions claires et distinctes, évidentes, que l'esprit comprenne et pénètre pleinement, sans qu'aucun doute puisse s'élever sur leur signification {Descartes : Premier précepte de la mélhode, et alinéa 11 de la deuxième partie du Discours de la méthode). Les axiomes et les définitions de la géométrie ou de IV ri Mimétique sont de bons exemples de ces notions claires et distinctes qui doivent remplacer les qualités occultes, comme principes d'explication.

3° On rejettera complètement la notion de cause finale qui, comme le dit Bacon, est une « vierge stérile ».

11 faut remarquer ici que la méthode suivie par les Grecs en géo-

HISTOIRE DE LA MÉTHODE DES SCIENCI - DE LA NATURE

mélrie, au contraire de leur méthode physique, reposait préci ment sur cette double assise: considérer «les laits particuliers «les rapports singuliers et non point des idées générales : L'étude «lu triangle consiste à chercher d'abord toutes les propriétés particulières du triangle, et non pas ce que le triangle peut avoir de commun avec les autres polygones. — D'autre part, il n'esl jamais question de rapporta de finalité en géométrie, mais toujours de rapports déraison s conséquence; d'éléments résultante. — Quant au rejet des qualités occultes et au goût des réalités naturelles, il est incontestable encore que le profond amour des Grecs pour la nature ne fui pas sans Influencer heureusement les penseurs, qui s'inspirèrent de la culture hellénique.

Ji) Il faut ensuite définir d'une façon claire et distincte les procédés de la méthode nouvelle. — La méthode de la Renaissance dans les sciences de la nature a un double aspect : expérimentale, elle essaie de retrouver les causes et les lois des phénomènes naturels; mathématique, elle veut, à L'aide de ces causes et de ces lois pris comme éléments, construire d'une façon rationnelle el mathématique le monde naturel. Il importe de remarquer ce double caractère, car trop souvenl on déclare que la méthode de la Renaissance dans les sciences de la nature est uniquement laméthode expérimentale, etl'on oublie qu'il n'y a là en réalité que le premier temps de la méthode, •coud étant constitué par la reconstruction, grâce au raisonnement mathématique, des phénomènes naturels à partir des éléments Lrouvés par l'expérience. Ces deux moments resteront essentiels <lans la méthode moderne des sciences de la nature, et on peut même dire que, jusqu'à la fin du xviir* siècle, le second aura beaucoup plus d'importance que le premier. Les sciences de la nature chercheront beaucoup plutôt à être une mathématique de l'univers que son explication expérimentale.

Au commencement du \\n" siècle d'ail leur deux parties de

ht méthode font chacune l'objet d'un expos,', détaillé: les procédés expérimentaux dans le Nomtm Organum de Bacon et les procédés de l'exposition mathématique dans le Discours de la, méthode de Descartes, des deux traités forment à eux deux le manifesta de la méthode nouvelle. Mais celui de Bacon n'exercera guère d'influence

i\ anl la lin du xviiT siècle.

1" Descartes suppose que, dans chaquequestion physique, on pourra déterminer les a natures simples», c'est-à-dire les éléments, les propositions premières, les principes nécessaires à la solution de la question.

- notions élémentaires sorit obtenues par mie analyse, c'est-à-

(->:?2 LOGIQl i.

dire par une méthode analogue a la méthode mathématique de réduction. Il s'agit de remonter d'un fait considéré comme un résultat complexe, que nous oflre la nature, aux éléments qui le composent, par un raisonnement méthodique deuxième précepte de la méthode, in Discours de la méthode, deuxième partie. — Voir aussi alinéa 11 do colle partie). On est averti que Ton doit s'arrêter dans celte régression, lorsqu'on arrive soit à des faits déjà connus, soit a des notions si évidentes et simples qu'il est impossible de remonter plus haut. Leur évidence nous suffi! et en même temps nous indique le terme de l'opération analytique. Ces notions sonl celles que le premier précopie de la méthode nous a déjà définies.

Il faut ensuite que, par dos rapports mathématiques établis entre ces éléments et leurs conséquences, on puisse redescendre à la solulution de la question, à ce que Ton veut expliquer, c'est la synthèse, la systématisation mathématique (analogue à la méthode synthétique employée par Euclide en géométrie) (troisième précepte de la méthode).

2° On voit de suite que Descartes donne trop à l'intuition, au raisonnement pur, malgré les enseignements qu'il a retirés de l'échec de la scoîastique. Le raisonnement mathématique a besoin, si on veut l'appliquer à des réalités physiques, d'une hase empruntée à ces réalités.

L'analyse, la recherche des « natures simples», des éléments, des principes, ne sera donc féconde que si elle est poursuivie par Yinduction, c'est-à-dire par la méthode expérimentale. C'est ce qu'a bien compris Bacon.

Examinons par exemple l'explication de l'arc-en-ciel que donne Descaries. En gros, elle revient à ceci :

Si l'on considère que chaque goutte d'eau disperse le rayon lumineux comme un prisme, et si l'on suppose que des gouttelettes d'eau sont en suspension dans l'atmosphère, on explique complètement la nature et les apparences de l'arc-en-ciel.

On voit de suite que cette méthode ne peut être légitime que si l'on a contrôlé d'abord par la recherche expérimentale des causes, comme le demande Bacon, toute la partie analytique du raisonnement et le point de départ de la synthèse. Il faudrait donc avoir observé que, toutes les fois qu'il y a arc-en-ciel, il y a des gouttelettes d'eau dans l'atmosphère (cascades, jets d'eau, pluie).

Aussi Bacon propose-t-il de dresser, à propos de tout phénomène qu'il s'agit d'expliquer, c'est-à-dire de ramener à ses éléments, à ses causes, une table de présence des phénomènes semblables à ceux que l'on veut étudier. 11 demande encore que, par une table d'absence, on montre que dans toutes les circonstances où l'on pourrait

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s'attendre à voir apparaître un arc-en-ciel, il ne se produit pas s'il n'y a pas de gouttelettes d'eau suspendues dans l'atmosphère. Enfin il trouve bon, si le phénomène étudié est susceptible de variation, d'établir une table dedegrés, qui montrerait par exemple que l'arcen-ciel est d'autant plus brillant que le nombre des gouttelettes en suspension est plus nombreux ou que la source lumineuse est plus vive. Toutes ces expériences permettraient d'éliminer les éléments qui ne jouent aucun rôle dans la production des phénomènes, les mauvaises hypothèses, et de restreindre graduellement le nom lue de celles parmi lesquelles on trouvera la bonne.

Après ce travail il resterait précisément à vérifier, parmi les hypothèses qui demeurent possibles, quelle est la bonne, par une des méthodes d'expérimentation dont Stuart MM donnera beaucoup plus lard les formules aujourd'hui traditionnelles, et dont on peut trouver l'idée dans la théorie baconienne des faits solitaires. Ces faits montrent soit ['apparition de l'effet dans les circonstances les plus dissemblables, pourvu que Tune d'elles (la cause) soit toujours présentée, soit la disparition de l'effet dans les circonstances les plus voisines, pourvu que lune d'elles (la cause) ne s'y trouve plus. Ces deux méthodes se rapprochent beaucoup de la méthode de concordance et de la méthode de différence de Stuart MM.

Le trait caractéristique de cette méthode sera donc de préparer, là où elle est possible, la déduction mathématique par une recherche expérimental'4 rigoureuse, et là où la déduction paraît impossible, de s'en tenir à cette recherche expérimentale. 11 faut :

1° Que l'expérience soit extrêmement précise; aussi devra-t-elle toujours consister en mesures effectuées sur les différentes propriétés des phénomènes.

Que l'on cherche constamment à l'aide de ces mesures les rapports qui unissent ces différentes propriétés, de façon à montrer comment les unes varient en fonction des autres, c'est-à-dire à manifester leurs rapports de causalité : les sciences de la nature peuvent donc aussi BC définir la recherche des causes; la vraie science est la science i\v> causes [vere scire estper causas scire). Par cause d'un fait on entend un autre t'ait qui amené l'apparition du premier, son antécédent nécessaire.

En résumé, dans les sciences de la nature :

a) U expérience seule a qualité pour fournir lepoint de départde la recherche scientifique et le contrôle de ses résultats. — Nous de^ demander à des expériences portant sur des faits particulier- réels, et non à des asbtractions générales, de nous enseigner les rapports des phénomènes, rapports qui deviendront les lois physiques, lu. d'autre part, si de ces lois nous déduisons des prévision- concer-

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liant un phénomène particulier, il faudra demander encore & l'expérience de vérifier ces prévisions. Toute généralisation s'appuiera donc sur l'expérience et no sera admise qu'aprè fication expérimentale.

h) Systématisation mathématique, — Mais généraliser, c'est é blir une formule telle que l'on en puisse déduire 'les conséquen particulières et dos provisions à propos de tout un ensemble de faits. Cette déduction doit être précise et non pas vague comme celle que permet le raisonnement ordinaire qui so formule, par syllogismes. Or, nous avons un instrument de déduction précise : c est la déduction mathématique. Nous aurons donc a formuler la loi que nous tirons de l'expérience sous une forme mathématique, telle que l'on en puisse déduire d'abord par le calcul la marche de tous les phénomènes qui obéissent à cette loi, telle encore que Ton puisse ensuite relier cette loi aux autres lois par des rapports mathématiques, pour les déduire les unes des autres dans la mesure où cette systématisation sera possible.

V. — L'APPLICATION DE CETTE MÉTHODE DANS LA MÉCANIQUE ET LA PHYSIQUE MODERNES. — LES GRANDES HYPOTHÈSES

Nous avons dit que cette méthode, à la fois expérimentale et mathématique, bien qu'elle ait été décrite à peu près au même moment dans son aspect expérimental et dans son aspect mathématique, n'avait pas été appliquée intégralement; l'influence de Descartes et du côté mathématique de la méthode ayant d'abord primé les idées expérimentales de Bacon. Aussi les sciences de la nature, bien que s'acheminant vers leurs phases définitivement positives, à partir de la Renaissance, mettront un certain temps à la réaliser. D'abord la mécanique seule se présente comme positive, car les expériences nécessaires à l'élaboration des principes sont relativement simples, quoiqu'elles le soient moins qu'en géométrie, et ont été poursuivies pendant tout le moyen âge sur les bases laissées par Archimède. Le raisonnement mathématique peut donc s'y appliquer presque directement sans recours continuel à l'expérience. Malgré des erreurs dues à cette négligence de l'expérience, notamment celles de Descartes, la mécanique réussit à se développer d'une façon normale. Mais la physique proprement dite a plus de mal à se défendre contre une méthode intuitive trop simpliste, tou-^ jouis duo ala hâte avec laquelle on veut passer par-dessus l'expérience pour la développer d'une façon purement mathématique.

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Avec Des car tes on cherche exclusivement dans les intuitions géométriques les notions élémentaires qui doivent être à La base de la physique. On entreprend de déduire tous les phénomènes physiques des mouvements tourbillonnaires dont V étendue identifiée sans aucune autre spécification, à la matière, serait le siège, dette hypothèse hasardée, Bans être autorisée par une analyse expérimentale suffisamment poussée des phénomènes physiques, rappelle trop lus vues arbitraires de l'esprit de L'ancienne physique, (l'est cependant une conception moderne, parce que ùescartes demande uniquement nu raisonnement mathématique les déductions qui permettront d'arriver a des conclusions que Ton pourra confronter avec l'expérience. De telle sorte que, si l'hypothèse est injustifiée, on eu sera certainement prévenu, tandis (pie, dans l'ancienne physique, il était toujours Loisible de taire intervenir au milieu du raisonnement de nouvelles intuitions [qualil el de i

ter dans une description si vague qu'elle paraissait toujours continuée par L'expérience.

La stricte rigueur mathématique, qui restreint les conclusions que Ton peut tirer de L'hypothèse de Descartes, semble précisément d'abord manifester son insuffisance à L'égard de certains faits expérimentaux. On est obligé de corriger les lois du choc [Huyghi el L'expression de la quantité constante qui caractérise un système isolé [Leibniz .

(les deux corrections font imaginer deux hypothèses nouvelles qui se substituent à L'hypothèse de Descartes. Dans ces hypothèses, la matière est discontinue, elle est formée de particules très petites, atomes. Seulement, dans Tune, l'atome est inerte, comme la matière de Descarti q mouvement lui vient uniquement de

l'extérieur par les chocs qu'il subit de la part des autres atomes, tous les atomes étant supposés parfaitement élastiques. C'est l'hypotbèse atomistique soutenu.' par Huyghens, renouvelée d'ailleurs de L'hypothèse de Démocrite, â'Epicure et de Lucrèce, et déjà reprise du vivant de Descartes par Gassendi.

Dans l'autre hypothèse qui e^t déduite des découvertes ni' niques de Leibniz et de celle- de Newton relatives à l'attraction universelle, et qui a été exposée par le P. Boscovitck et plus tard par Laplace et par K<int, les atomes -..ut réduits a des points immatériels, centres de force qui agissenl les uns sur Les autres, de faç rendre compte aux distances sensibles de l'attraction claux distan insensibles de la cohésion.

Aujourd'hui la physique paraît bien avoir subordonné définitivement la systématisation mathématique et rationnelle aux résultats de l'expérience. Ainsi se trouvent conciliées le- deux grand

qui se sont fail jour à l'époque de la Renaissance au sujel de la méthode des sciences de la nature : le système surtoul expérimental de Bacon, et le système surtout rationnel de Descarte

Toutefois, dans l'application de celle double méthode, on rencontre encore des divergences notable

Les uns ne veulent pus que la systématisation mathématique anticipe sur l'expérience actuelle et y ajoute. Ils proscrivenl dans cette systématisation toute hypothèse el se bornent à chercher une description mathématique de l'expérience qui tente surtout les esprits abstraits. Bien qu'on puisse sans doute essayer de réaliser cette idée en fondant toute la physique sur la mécanique les équations de la mécanique devenant simplement les formes générale^ et symboliques qui servent à exprimer les lois naturelles , la plupart de ses partisans se rallient actuellement à Yécole énergétique. On l'appelle ainsi parce qu'elle considère comme les principes premiers des sciences de la nature non les lois de la mécanique traditionnelle, mais les deux principes de l'énergie, généralisation des deux lois fondamentales de la thermodynamique : la conservation et la dégradation de l'énergie. On peut dans cette école distinguer deux grands courants. Pour le premier il ne peut y avoir entre le résultat des études des principales propriétés physico-chimiques que des analogies formelles et mathématiques dans les équations qui en traduisent les lois, et la science doit se borner à les mettre en évidence sans pouvoir atteindre au-dessous ce qui

Iles fonde (c'est X énergétique formelle). Pour le second, la réalité i n'est en elle-même qu'énergie, plus exactement que transformation d'énergie ; les équations que permettent dans chaque cas les principes de l'énergie, en exprimant ces transformations et leur sens, seraient l'expression môme de la réalité tout entière [Énergétique réaliste d'Ostwald).

Pour les autres, l'hypothèse réaliste et concrète est un élément nécessaire de la méthode et de la systématisation rationnelle des sciences de la nature. Il faut anticiper par le raisonnement et l'imagination raisonnée, sur les résultats de l'expérience, chercher la contexturc cachée des phénomènes et essayer d'en expliquer les lois. Cette voix qui tente surtout les esprits concrets est la plus «séduisante» et la plus féconde d'après Nernst [Revue scientifique 1910, t. Il, 514) et la grande majorité des physiciens contemporains. Gomme en la suivant on a lié étroitement en espérant les réduire les uns aux autres les phénomènes de la nature au mouvement matériel, dont la mécanique est la science, on peut conserver le nom de mécaniste à cette école. Nombre de ses partisan s actuels toutefois, au lieu de déduire comme jadis toutes les

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lois naturelles de la mécanique rationnelle, ne voient dans celleci que les lois des mouvements particuliers,. IN cherchenl ailleurs, notamment dans la théorie de l'électricité, comme on va soir, les lois générales du mouvement. Mais il s'agit bien là toujours d'explications par le mouvement corpusculaire, el le nom de mécaniste, par une extension naturelle, s'y peut encore appliquer. Voici les principales classes d'hypothèses auxquelles conduisent ces vues : La première classe se rattache à L'hypothèse cartésienne. II'. Thomson, par exemple, suppose que Vespace est rempli d'un fluide homogène, Vèther, dont les mouvements tourbillonnais e?it en certains points des centres de condensation ou de rotation, qui présentent toutes les propriétés que l'on attribue à l1 atome solide élastique»

La deuxième classe suppose, au contraire, que ? univers est constitué à lu fois par u/i fluide homogène, féther, et par des atomes matériels qui se mouvraient dans ce fluide, La matière pondérable liiit formée par les atomes ; les diverses formes de L'énergie que nous connaissons : la Lumière, la chaleur, L'électricité, La pesanteur seraient produites par 1rs ondulations de l'éther, effets des vibrations des atomes matériels. On a essayé à plusieurs reprises une représentation de ce milieu éthéré dont les éléments se comportent comme des ressorts qui se tendent et se détendent [Maxwell). Mais ces représentations sont toujours 1res compliquées et peu satisfaisantes (Maxwell les a lui-même abandonnées). Cette théorie a été imaginée à la suite des découvertes de Fresnel sur la nature de la lumière.

La troisième classe suppose une constitution atomique aussi Inen pour la matière pondérable que pour l'éther. Léther serait simplement le maximum Limite de raréfaction des atomes par unité de volume : le vide et des petites sphères élastiques, se mouvanl en Ligne droite dans ce vide, tant qu'elles ne rencontrent pas d'autres sphères du même genre, voilà L'image de la nature. La théorie cinétique des gaz de Clausius a été L'origine de cette conception, l'état gazeux étant considéré comme L'état le plus simple de la matière, à moins que l'on ne considère comme un nouvel état (état radiant) l'état d'un gaz qui est raréfié jusqu'à la pression 10-6 d'atmosphère. La transmission des actions énergétiques lumière, chaleur, électricité) serait due aux mouvements périodiques des atomes de l'éther.

I ne quatrième hypothèse due au h Gustave Le Bon considère «in»-

La matière est une condensation formidable d'énergie dans certains

états d équilibre de féther, états suffisamment stables pouravoir été

crus indestructibles atome- . La vitesse des tourbillons de l'éther ou

éléments constitutifs expliquerait cette condensation d'éi

638 i.omoi e

gie. Mais la stabilité de la matière de L'atome ne serait pas éter nelle ; la matière se dématérialiserait petit à petil en retournant h Yrilier impondérable, et cette dématérialisation, en libérant l'énergie intra-atomique, serait l'origine des grandes ; naturelles (chaleur, électricité, radio-activité, etc

Cette théorie est d'ailleurs plutôt présentée par son auteur comme une indication philosophique très générale, que comme une construction scientifique rigoureuse. C'est pourquoi elle a été critiquée par des physiciens de métier. La, [conservation de l'énergie et Vindestructibilitè de la matière »in un sens plus large que dans l'ancien mécanisme : au sens de substrat dernier de tous les phénomènes) leur paraissent devoir être maintenus, à titre d'invariants nécessaires, par la physique alors que le Dr Le Bon en fait hon marché.

La cinquième classe d'hypothèses, qui actuellement rallie le plus grand nombre de physiciens, identifie la matière et V électricité. C'est la théorie électronique. Les électrons sont les éléments derniers de toute réalité physique. Ce sont de simples charges électriques ou bien des modifications de l'éther, symétriquement distribuées autour d'un point, et qui représentent parfaitement, en vertu des lois du champ électro-magnétique, l'inertie, propriété fondamentale de la matière. Cette dernière n'est donc qu'un système d'électrons. Selon le sens des modifications de l'éther (modifications encore inconnues), les électrons sont positifs ou négatifs; un atome matériel est formé de ces deux sortes d'électrons. Les électrons négatifs ou au moins une partie d'entre eux se mouvraient autour de la partie restante, comme les planètes autour du soleil. (Tout cela est encore fort mal connu, surtout l'élément positif. ) Les forces moléculaires et atomiques ne seraient ainsi que des manifestations du mouvement des électrons, de môme les différentes modalités de l'énergie (lumière, électricité, chaleur). Conséquence remarquable, la masse pondérable ne serait constante qu'à des vitesses moyennes; mais, fonction de la vitesse, elle augmenterait avec celle-ci d'autant plus rapidement que nous nous approcherions de la vitesse de la lumière. Celte hypothèse suppose donc soit des éléments électrisés et l'éther, soit seulement l'éther, l'électron n'étant qu'une modification (raréfaction ou condensation?) de l'éther.

Toutes ces hypothèses ont, comme on le voit, pour éléments fondamentaux des déplacements, des vitesses, des forces, des accélérations, c'est-à-dire des éléments cinétiques, donc mécaniques. Llles reposent sur une théorie moléculaire de la matière : « Ce n'est pas ici le lieu d'examiner si l'hypothèse moléculaire répond à