LL MÉCANIQUE NOUVELLE

INTRODUCTION

Les principes généraux de la Dynamique, qui ont, depuis Newton, servi de fondement à la Science physique et qui paraissaient inébranlables, sont-ils sur le point d'être abandonnés ou tout au moins d'être profondément modifiés ? C'est ce que bien des personnes se demandent depuis quelques années. La découverte du radium aurait, d'après elles, renversé les dogmes scientifiques que Ton croyait les plus solides : d'une part, l'impossibilité de la transmutation des métaux; d'autre part, les postulats fondamentaux de la Mécanique. Peut-être

s'est-on trop hâté de considérer ces nouveautés comme définitivement établies et de briser nos idoles d*hier ; peut-être conviendrait-il, avant de prendre parti, d'attendre des expériences plus nombreuses et plus probantes. Il n'en est pas moins nécessaire, dès aujourd'hui, de connaître les doctrines nouvelles et les arguments, déjà très sérieux, sur lesquels elles s'appuient.

Rappelons d'abord en quelques mots en quoi consistent ces principes :

A. Le mouvement d'un point matériel isolé et soustrait à toute force extérieure est rectiligne et uniforme ; c'est le principe d'inertie : pas d'accélération sans force ;

B. L'accélération d'un point mobile a même direction que la résultante de toutes les forces auxquelles ce point est soumis ; elle est égale au quotient de cette résultante par un coefficient appelé masse du point mobile.

La masse d'un point mobile, ainsi définie, est une constante ; elle ne dépend pas de la vitesse acquise par ce point ; elle est la même si la force, étant parallèle à cette vitesse, tend seulement à accélérer ou à retarder le mouvement du point, ou si, au contraire, étant perpendiculaire à cette vitesse, elle tend à faire dévier ce mouvement vers la droite, ou la gauche, c'est-à-dire à courber la trajectoire ;

C. Toutes les forces subies par un point matériel proviennent de l'action d'autres points matériels ; elles ne dépendent que des positions et des vitesses relatives de ces crïiïérents points matériels.

En combinant les deux principes B et C, on arrive au principe du mouvement relatifs en vertu duquel les lois du mouvement d'un système sont les mêmes soit que Ton rapporte ce ^système à des axes fixes, soit qu'on le rapporte à des axes mobiles animés d'un mouvement de translation rectiligne et uniforme, de sorte qu'il est impossible de distinguer le mouvement absolu d'un mouvement relatif par rapport à ée pareils axes mobiles ;

D. Si un point matériel A agit sur un autre point matériel B, le corps B réagit sur A, et ces deux actions sont deux forces égales et directement opposées. C'est le principe de l'égalité de Vaction et de la réaction^ ou, plus brièvement, le princive de réaction.

Les observations astronomiques, les phénomènes physiques les plus habituels, semblent avoir apporté à ces principes une confirmation complète, constante et très précise. C'est vrai, dit-on maintenant, mais c'est parce qu'on n'a jamais opéré qu'avec de faibles vitesses; Mercure, par exemple, qui est la planète la plus rapide, ne fait guère que 100 kilomètres par seconde. Cet astre se comporterait-il de la même manière, s'il allait mille fois plus vite ? On voit qu'il n'y a pas encore lieu de s'inquiéter ; quels que puissent être les progrès de Tautomobilisme, il s'écoulera encore longtemps avant qu'on doive renoncer à appliquer à nos machines les principes classiques de la Dynamique.

Comment donc est-on parvenu à réaliser des ▼itesses mille fois plus grandes que celles de Mer-

218 8CIENCE ET MÉTHODE

cure, égales, par exemple, au dixième et au tiers de la vitesse de la lumière, ou se rapprochant plus ■ encore de cette vitesse ? C'est à l'aide des rayons cathodiques et des rayons du radium.

On sait que le radium émet trois sortes de rayons, que Ton désigne par les trois lettres grecques a, p, y ; dans ce qui va suivre, sauf mention expresse du contraire, il s'agira toujours des rayons (3, qui sont analogues aux rayons cathodiques.

Après la découverte des rayons cathodiques, deux théories se trouvèrent en présence : Crookes attribuait les phénomènes à un véritable bombardement moléculaire; Hertz, à des ondulations particulières de Téther. C'était un renouvellement du débat qui avait divisé les physiciens il y a un siècle à propos de la lumière ; Crookes reprenait la théorie de l'émission, abandonnée pour la lumière ; Hertz tenait pour la théorie ondulatoire. Les faits semblent donner raison à Crookes.

On a reconnu, en premier lieu, que les rayons cathodiques transportent avec eux une charge électrique négative ; ils sont déviés par un champ magnétique et par un champ électrique ; et ces déviations sont précisément celles que produiraient ces mêmes champs sur des projectiles animés d'une très grande vitesse et fortement chargés d'électricité. Ces deux déviations dépendent de deux quantités : la vitesse, d'une part, et le rapport de la charge électrique du projectile à sa masse, d'autre part : on ne peut connaître la valeur absolue de cette

masse, ni celle de la charge, mais seulement leur rapport ; il est clair, en effet, que, si Ton double à la fois la charge et la masse, sans changer la vitesse, on doublera la force qui tend à dévier le projectile; mais, comme sa masse est également doublée, Taccélération et la déviation observables ne seront pas changées. L*observation des deux déviations nous fournira donc deux équations pour déterminer ces deux inconnues. On trouve une vitesse de 10.000 à 30.000 kilomètres par seconde; quant au rapport de la charge à la masse, il est très grand . On peut le comparer au rapport correspondant en ce qui concerne Tion hydrogène dans Télectrolyse ; on trouve alors qu*un projectile cathodique transporte environ mille fois plus d'électricité que n'en transporterait une masse égale d'hydrogène dans un électrolyte.

Pour confirmer ces vues, il faudrait une mesure directe de cette vitesse que Ton comparerait avec la vitesse ainsi calculée. Des expériences anciennes de J.-J, Thomson avaient donné des résultats plus de cent fois" trop faibles ; mais elles étaient sujettes à certaines causes d'erreur. La question a été reprise par Wiechert dans un dispositif où Ton utilise les oscillations hertziennes ; on a trouvé des résultats concordant avec la théorie, au moins comme ordre de grandeur; il y aurait un grand intérêt à reprendre ces expériences. Quoi qu'il en soit, la théorie des ondulations parait impuissante à rendre compte de cet ensemble de faits.

Les mêmes calculs, faits sur les rayons p du

220 6C1ENCB ET METHODE

radium, ont donné des vitesses encore plus considérables : 100.000, 200.000 kilomètres ou plus encore. Ces vitesses dépassent de beaucoup toutes celles que nous connaissions. La lumière, il est vrai, on le sait depuis longtemps, fait 300.000 kilomètres par seconde ; mais elle n'est pas un transport de matière, tandis que, si Ton adopte îa théorie de i'émissioï^. pour les rayons cathodiques, il y aurait des moiécules matérielles réellement animées des vitesses en question, et il convient de rechercher si les lois ordinaires de la Mécanique leur sont encore applicables.

WASSE LO GiTUDINALE ET MASSE TRANSVERSALE

On sait que les courants électriques donnent lieu aux phénomènes d'induction, en particulier à la self-induction. Quand un courant croît, il se développe une force électromotrice de self-induction qui tend à s'opposer au courant ; au contraire, quand le courant décroît, la force électromotrïce de selfinduction tend à maintenir le courant. La self-induction s'oppose donc à toute variation de Tintensité du courant, de même qu'en Mécanique, l'inertie d'un corps s'oppose à toute variation de sa vitesse. La self-induction est une véritable inertie. Tout se passe comme si le courant ne pouvait s'établir sans mettre en mouvement Téther environnant et comme si l'inertie de cet éther tendaitj en conséquence, à

LA MÉGANIQUE ET LE RADIUM 22i

maintenir constante Tintensité de ce courant. li faudrait vaincre cette inertie pour établir le courant, il faudrait la vaincre encore pour la faire cesser.

Un rayon cathodique, qui est une pluie de projectiles chargés d'électricité négative, peut être assimilé à un courant ; sans doute, ce courant diffère, au premier abord tout au moins, des courants de conduction ordinaire, où la m^itière est immobile et où Télectricité circule à travers la matière. C'est un courant de convection^ où Télectricité, attachée à un véhicule matériel, est emportée par le mouvement de ce véhicule. Mais Rowland a démontré que les courants de convection produisent les mêmes effets magnétiques que les courants de conduction ; ils doivent produire aussi les mêmes effets d'induction. D'abord, s'il n'en était pas ainsi, le principe de la conservation de l'énergie serait violé ; d'ail leurs, Crémieu et Pender ont employé une méthode où Ton mettait en évidence directement ces effets d'induction.

Si la vitesse d'un corpuscule cathodique vient à varier, l'intensité du courant correspondant variera également; et il se développera des effets de selfinduction qui tendront à s'opposer à cette variation. Ces corpuscules doivent donc posséder une double inertie : leur inertie propre d'abord, et Tinertie apparente, due à la self-induction qui produit les mêmes effets. Ils auront donc une masse totale apparente, composée de leur masse réelle et d'unemasse fictive d'origine électromagnétique. Le calcul

montre que cette masse fictive varie avec la intesse, et que la force d'inertie de self-induction n'est pas la même quand la vitesse du projectile s'accélère ou se ralentit, ou bien quand elle est déviée ; il en est donc de même de la force d'inertie apparente totale.

La masse totale apparente n'est donc pas la même quand la force réelle appliquée au corpuscule est parallèle à sa vitesse et tend à accélérer le mouvement ou bien quand elle est perpendiculaire à cette vitesse et tend à en faire varier la direction. Il faut donc distinguer la masse totale longitudinale et la masse totale transversale. Ces deux masses totales dépendent, d'ailleurs, de la vitesse. Voilà ce qui résulte des travaux théoriques d'Abraham.

Dans les mesures dont nous parlions au chapitre précédent, qu'est-ce qu'on détermine en mesurant les deux déviations ? C'est la vitesse d'une part, et d'autre part le rapport de la charge à la masse transversale totale. Comment, dans ces conditions, faire, dans cette masse totale, la part de la masse réelle et celle de la masse fictive électromagnétique? Si l'on n'avait que les rayons cathodiques proprement dits, il n'y faudrait pas songer ; mais, heureusement, on a les rayons du radium qui, nous Tavons vu, sont notablement plus rapides. Ces rayons ne sont pas tous identiques et ne se comportent pas de la même manière sous l'action d'un champ électrique et magnétique. On trouve que la déviation électrique est fonction de la déviation magnétique, et l'on peut, en recevant sur une plaque sensible des rayons du radium qui ont subi l'action des deux

ehamps, photographier la courbe qui représente la relation entre ces deux déviations. C'est ce qu'a fait Kaufmann, qui en a déduit la relation entre la vitesse et le rapport de la charge à la masse apparente totale, rapport que nous appellerons e. On pourrait supposer qu'il existe plusieurs espèces de rayons, caractérisés chacun par une vitesse déterminée, par une charge déterminée et par une masse déterminée. Mais cette hypothèse est peu vraisemblable ; pour quelle raison, en effet, tous les corpuscules de même masse prendraient-ils toujours la même vitesse ? Il est plus naturel de supposer que la charge ainsi que la masse réelle sont les mêmes pour tous les projectiles» et que ceux-ci ne diffèrent que par leur vitesse. Si le rapport 6 est fonction de la vitesse, ce n'est pas parce que la masse réelle varie avec cette vitesse ; mais, comme la masse fictive électromagnétique dépend de cette vitesse, la masse totale apparente, seule observable, doit en dépendre, bien que la masse réelle n'en dépende pas et soit constante.

Les calculs d'Abraham nous font connaître la loi suivant laquelle la masse fictive varie en fonction de la vitesse ; l'expérience de Kaufmann nous fait connaître la loi de variation de la masse totale. La comparaison de ces deux lois nous permettra donc d^ déterminer le rapport de la masse réelle à la masse totale.

Telle est la méthode dont s'est servi Kaufmann pour déterminer ce rapport. Le résultat est bien surprenant : la masse réelle est nulle.

224 SCIENCE ET MiTHODB

On s'est trouvé ainsi conduit à des conceptions tout à fait inattendues. On a étendu à tous les corps ce qu'on n'avait démontré que pour les corpuscules cathodiques. Ce que nous appelons masse ne serait qu'une apparence ; toute inertie serait d'origine électromagnétique. Mais alors la masse ne serait plus constante, elle augmenterait avec la vitesse ; sensiblement constante pour des vitesses pouvant aller jusqu'à 1.000 kilomètres par seconde, elle croîtrait ensuite et deviendrait infinie pour la vitesse de la lumière. La masse transversale ne serait plus égale à la masse longitudinale : elles seraient seulement à peu près égales si la vitesse n'est pas trop grande. Le principe B de la Mécanique ne serait plus vrai^