CHAPITRE III Des idées de matière, de masse et d'inertie

100. — L'expérience la plus familière nous apprend que les objets qui affectent nos sens d'une manière si variée, et auxquels nous donnons le nom de corps quand nous voulons les désigner par une appellation commune, sont sujets non seulement à se déplacer, mais encore à changer de dimensions, de figure, d'aspect et d'état, et même à périr dans leur individualité par la désagrégation et la dispersion de leurs parties. Ce qui persiste après le changement ou la destruction du corps, en restant inaltérable dans la collection des parties, est ce que nous nommons la matière, car, telle est la constitution de notre esprit que nous sommes naturellement portés à concevoir quelque chose d'absolu et de persistant dans tout ce qui se manifeste à nous par des quahtcs relatives et variables et que, naturellement aussi,- notre langage s'accommode à la forme habituelle et nécessaire de nos conceptions. Par analogie ou par extension, le mot de matière a pris d'ailleurs, dans la langue commune et dans le discours philosophique, des acceptions très diverses ; mais nous n'avons à l'envisager ici que dans son acception purement physique.

101. — Cependant il faudrait bien reconnaître que le penchant de notre esprit nous abuse, et que l'idée de matière ne correspond à rien de réel hors de l'esprit qui la conçoit, s'il était prouvé que, dans des circonstances convenables, les corps peuvent être anéantis ou détruits sans qu'il en reste rien. Alors la tâche du physicien serait de définir avec précision les circonstances de cette destruction, cL les corps ne cesseraient pas pour cela de nous présenter le spectacle de phénomènes

liés et bien ordonnés, phœnomena bene ordinaia, selon l'expression de Leibnitz. La véracité du rapport des sens n'en serait nullement compromise, car ce ne sont point les sens qui nous donnent cette idée d'un substratum ou d'un soutien insaisissable et indestructible de toutes les apparences et de toutes les qualités destructibles que nos sens saisissent*. Au contraire, si l'on se contentait d'interpréter grossièrement les rapports des sens, on se figurerait qu'un corps consumé par le feu est totalement anéanti, que la diminution du liquide qui remplit un vase est la marque d'une déperdition de matière, et ainsi pour d'autres cas analogues. Il a fallu qu'une observation minutieuse et méthodiquement dirigée enseignât aux modernes que, dans tous les changements d'état des corps, résultant des actions qu'ils exercent les uns sur les autres, ou de l'influence d'autres agents naturels, s'il en existe, il y a toujours (nonobstant certaines apparences trompeuses) quelque chose de persistant et d'absolument invariable, à savoir le poids ; pourvu, bien entendu, que toutes les pesées se fassent à la même latitude et à la même hauteur au-dessus du niveau des mers : autrement, le poids cesse d'être quelque chose d'invariable, ainsi qu'on le dira plus loin. De telle sorte que, si l'on recueille soigneusement tous les produits nouveaux qui ont pu se former, toutes les particules intégrantes du corps qui s'est en apparence évanoui, la balance accusera ce fait capital, que le poids total est resté le même, sans augmentation ni déchet, ou du moins que le poids total n'a subi que des variations irréguhères et si faibles qu'on doit les imputer aux erreurs inséparables de l'expérimentation. Voilà l'expérience fondamentale et décisive d'où il résulte que l'idée de substance, dans l'application que nous en faisons aux corps que nous pouvons soumettre à nos pesées, n'est pas seulement une abstraction logique, une fiction de notre esprit, et qu'elle a au contraire sa raison et son fondement dans l'essence des corps, quoique nous soyons condamnés à ignorer toujours en quoi cette essence consiste. Or, l'idée de matière n'est pas autre chose que l'idée de substance appliquée aux corps, ou

1 « Si corpora mera essent phaenomena, non ideo fallerentur sensus. Neque enim sensus pronuntiant aliquid de rébus metaphysicis. Sensuum veracitas in eo consistit, ut phaenomena consentiant inter se, neque decipiamur eventibus, si rationes experimentis insedificatas probe sequamur. » (Leibnitz, édit. Dutens, t. II, p. 519.)

l'idée de cette quiddiié inconnue qui reste invariable et indestructible, malgré tous les changements de forme, d'agrégation moléculaire, de composition chimique et d'organisation.

102. — Imaginons qu'à l'aide d'un ressort écarté de sa position d'équilibre on donne une impulsion horizontale à un globule de plomb supporté par un plan horizontal qui détruit l'action de la pesanteur sur ce globule : on lui imprimera ainsi une vitesse constante qui pourra être mesurée. Soudons à ce globule un autre globule parfaitement semblable, puis deux, trois, quatre globules, et supposons que l'on écarte toujours le ressort de la même manière, pour que les conditions de l'action qu'il exerce soient identiques : on trouvera que la vitesse imprimée devient successivement la moitié, le tiers, le quart, le cinquième de celle que prenait d'abord le globule isolé, la quantité de matière ou la masse à mouvoir étant devenue successivement double, triple, quadruple, quintuple de ce qu'elle était dans l'expérience primitive.

A la vérité, pour constater exactement ce résultat, il faudrait faire en sorte que le corps, en se mouvant sur le plan, n'éprouvât aucun frottement appréciable ; car le frottement, la résistance de l'air, etc., sont autant de causes perturbatrices qui compliquent et masquent la loi principale qu'il s'agit d'établir ou de vérifier. Mais, en voyant que cette loi si simple se vérifie d'autant mieux qu'on a mis plus de soins à atténuer l'influence des causes perturbatrices, on ne peut pas douter qu'elle se vérifierait exactement, si l'on parvenait à s'affranchir tout à fait de cette influence. D'ailleurs, il ne s'agit pas maintenant pour nous d'examiner quel est le degré de précision que l'expérience comporte, ni quels sont les procédés pratiques d'expérimentation : il est uniquement question de faire concevoir qu'il y a là matière à expérimentation et de fixer le point sur lequel l'expérience ou l'observation peut porter.

103. — L'action exercée par le ressort est du genre d6 celles qui s'accomplissent dans un temps si court qu'on a pu les prendre, quoique à tort, pour des actions instantanées. Supposons qu'au lieu de l'impulsion d'un ressort on emploie l'action d'un aimant pour ébranler un globule de fer dont on observera le mouvement horizontal, en notant l'espace décrit pendant un temps extrêmement court (55), quand le globule et l'aimant sont séparés par un intervalle déterminé. Soudons

au globule de fer un globule de plomb sur lequel l'aimant n'a pas d'action directe, et en tenant l'aimant à la même distance, donnons par des tâtonnements au globule de plomb un volume tel que l'espace décrit soit réduit à moitié ; puis ajoutons sucoessivement au globule de fer deux, troi=:, quatre globules de plomb parfaitement semblables : nous trouverons que l'espace décrit devient successivement le tiers, le quart, le cinquième de ce qu'il était quand le globule de fer n'avait point d'appendice à traîner avec lui : ce qui est parfaitement d'accord avec les résultats de l'expérience faite au moyen du ressort, et ce qui nous montre en outre que le globule de fer, dont le volume n'est pas le même que celui du globule de plomb, se comporte comme s'il avait la même masse. On peut d'ailleurs vérifier que la même impulsion communique à l'un et à l'autre globule des vitesses égales, et qu'ils ont précisément le même poids.

L'observation la plus vulgaire nous apprend que les parti- ' ules matérielles dont un corps est formé peuvent être agrégées diversement, de manière à laisser entre elles plus ou moins de vides ou d'intervalles ; nous voyons que le même corps change de volume selon sa température et selon la compression à laquelle on le soumet : en sorte qu'il nous est très facile de concevoir comment, sous le même volume, peuvent se trouver des quantités de matières ou des masses inégales. Il ne suit pas de là nécessairement que la raison de l'inégalité de masse des globules de fer et de plomb, sous le même volume, la même pression et la même température, tienne uniquement à la plus ou moins grande abondance de vides ou d'intervalles. Il suffît que des expériences du genre de celles que nous avons indiquées constatent entre ces corps qui paraissent différer essentiellement, jusque dans leurs dernières particules, une inégalité de masse sous le même volume : inégalité dont les effets mécaniques sont absolument les mêmes que ceux qui résultent d'un plus ou moins grand rapprochement des particules, dans les corps dont les particules ont exactement les mêmes propriétés et paraissent être parfaitement similaires. Or toutes les expériences que nous pourrions faire, non plus seulement sur le plomb et le fer, mais sur tous les corps de la Nature, non plus seulement en employant pour les mouvoir l'action d'un ressort ou celle d'un aimant, mais en mettant en jeu toute

autre action mécanique, nous offriraient des résultats parfaitement concordants, nous donneraient pour les masses comparées des divers corps ou particules matérielles les mêmes évaluations numériques, et nous montreraient, en outre, d'accord en cela avec les expériences de pesées (101), que la masse d'un corps est quelque chose d'invariable et d'absolument indestructible. De quelque manière qu'on désagrège les particules d'un corps, si l'on en recueille avec soin toutes les parties dispersées, on pourra s'assurer, par des expériences du genre de celles qui viennent d'être indiquées, que la masse totale n'a subi aucune altération.

De là il résulte que la pesanteur agit de la même manière sur toutes les particules d'égales masses, ou que l'énergie avec laquelle la pesanteur tend à mouvoir un corps est précisément en raison de la masse à mouvoir, ou bien enfin que les poids sont toujours proportionnels aux masses, résultat bien important au point de vue de la physique expérimentale. Car, autant les expériences pour la mesure directe des masses par le moyen de l'observation des vitesses (expériences qu'il fallait indiquer en vue de l'enchaînement logique des explications) rencontrent de difficultés et d'obstacles dans la pratique, autant l'opération de la pesée comporte de précision et, par conséquent, c'est la seule qui s'effectue réellement. C'est par rinvariabihté des poids relatifs ou l'invariabilité du poids absolu (à la même latitude et à la même hauteur au-dessus du niveau des mers) que l'on constate effectivement le principe le plus capital de la physique," à savoir l'indestructibilité de la masse ; mais il n'en est pas moins indispensable de bien distinguer la notion de la masse de la notion du poids, car la théorie et l'observation nous enseignent que l'intensité de la pesanteur varie et que, par suite, les poids de tous les corps varient avec la latitude et la hauteur ; de sorte qu'en ce sens le poids est quelque chose d'accidentel au corps et qui peut changer, diminuer môme jusqu'à s'évanouir, tandis que la masse, qui est quelque chose d'inhérent et d'essentiel au.x corps, ne change jamais.

Ainsi donc, de même que la notion vulgaire que nous avons des corps suppose la notion que le sens intime nous donne de l'cfTort que nous exerçons pour les mouvoir, ou de la résistance qu'ils opposent à nos propres mouvements (81), de môme l'idée

scientifique de matière ou de masse ne peut se définir que par l'idée de poids, c'est-à-dire d'un genre spécial de force, ou plus généralement et plus philosophiquement, par l'idée d'une cause motrice ou d'une force quelconque. Il est donc bien vrai de dire que ces deux idées de force et de matière, dans toutes les phases de leur évolution, se soutiennent et s'impliquent l'une l'autre. Nous verrons dans toute la suite de nos recherches cette dualité se manifester, et il n'y a pas de fait plus capital, ni sur lequel il faille plus spécialement attirer l'attention des lecteurs réfléchis, les seuls assurément qui puissent nous suivre avec patience dans cette minutieuse, mais indispensable analyse.

105. — Dans une foule de circonstances, les corps sont manifestement inertes, c'est-à-dire qu'ils ne se mettent en mouvement que sous l'action d'une force extérieure et apparente ; dans d'autres cas, il semble que les corps, même privés de tout principe de vie, se déplacent d'eux-mêmes ou sont agités d'un mouvement intérieur ; et enfin la faculté du mouvement ou de l'arrangement spontané paraît caractériser les corps vivants, quelque obscures que soient en eux les traces de la vie et de l'organisation. Mais tout cela change avec les circonstances extérieures et la constitution intime du corps : tandis que ce qui persiste dans les éléments des corps, ou dans ce que nous nommons la matière, c'est V inertie, à savoir la propriété de rester en repos tant qu'une force extérieure et apparente ne vient pas les soUiciter, et de se mouvoir dès qu'une telle force les sollicite. Voilà comment, sans rien préjuger sur l'inertie ou sur l'activité des êtres complexes auxquels nous donnons le nom de corps, on est autorisé à dire que la matière est inerte ; et dès lors il n'y a rien de plus naturel ni de plus conforme à la subordination observée entre les phénomènes que de concevoir une force qui, en agissant sur la matière, lui imprime l'activité et le mouvement, même dans les cas où nous ne sommes plus frappés de l'action d'une force extérieure et apparente.

Par exemple, un barreau de fer peut acquérir ou perdre la propriété magnétique en vertu de laquelle il semble s'orienter de lui-même ; un œuf acquiert par la fécondation et perd par l'influence d'une trop haute température les qualités vitales en vertu desquelles le germe se développe

et l'embryon s'organise ; mais, outre ces qualités spéciales qui peuvent s'acquérir et se perdre, le barreau et l'œuf en ont une qui ne se perd pas, et qui leur est commune avec un barreau de plomb ou de zinc, avec un globe d'argile ou de marbre : à savoir celle de se mouvoir par l'intervention d'une force extérieure, et seulement en vertu de cette intervention, absolument comme pourrait le faire tout autre corps de même figure et de même masse. Voilà une propriété essentielle aux corps, ou attachée à ce qu'il y a en eux de fondamental et d'indestructible : c'est donc une propriété de la matière. Le principe de l'inertie de la matière ne peut pas avoir en physique un autre sens : il est l'expression pure et simple de ce que l'expérience nous a appris sur la manière dont se subordonnent les uns aux autres les phénomènes que nous présente le monde matériel. Nous allons plus loin, il est vrai, et nous outrepassons les strictes conclusions de l'expérience, lorsque nous admettons qu'en tout cas l'élément matériel, au lieu de posséder la force en lui-même, en subit l'action, comme si l'élément matériel et la force devaient nécessairement être conçus chacun à part et indépendamment l'un de l'autre. Le principe de l'inertie de la matière ainsi entendu n'est plus qu'une hypothèse métaphysique dont le contre-pied consiste à n'admettre que des forces et des monades essentiellement actives, pour l'expUcation de tous les phénomènes du monde matériel. Mais le moment n'est pas encore venu d'analyser cette partie transcendante de la philosophie naturelle : nous nous bornons ici à exposer les principes incontestables de la mécanique physique.

106. — L'expérience nous enseigne que l'inertie de la matière consiste non seulement à rester dans l'état de repos, quand aucune force ou cause de mouvement ne la sollicite, mais à persévérer dans l'état de mouvement et à continuer de se mouvoir, d'un mouvement rectiligiie et uniforme, quand nulle force ou nul obstacle extérieur ne viennent arrêter son mouvement ou en changer soit la vitesse, soit la direction. De là cette différence capitale, que nous avons déjà signalée(35), entre la théorie du mouvement, au point de vue géométrique, et la mécanique physique. On dit en conséquence que linertie de la matière consiste dans Vindi/Jérence au repos et au mouvoinent, de sorte que cette qualité des corps que l'on

nomme la mobilité ne doit pas être considérée comme une qualité distincte, mais seulement comme une suite de l'inertie de la matière.