CHAPITRE PREMIER

NOTIONS PRÉUMINAIRES.

1. Origines de la physique. — La physique a pour objet l'élude du monde e.vtérieur, des phénomènes qu’il nous présente, des lois qui les régissent, des applications fpii peuvent en être faites à nos divers besoins. C'est une bianche j[ie la philosophie générale qui, s’occupant e.xclusivemeiil des faits <iui intéressent la matière, a reyu le nom très-expressif et lrè.s-heureux de philosophie naturelle (Ç’jiiç, nature). Ainsi entendue, la physique doit remonter évidemment à l’origine du monde, car dès que l’homme a existé, il a dû nécessairement être frappé, et par le spectacle du ciel et par le tableau sans cesse renaissant des phénomènes terrestres ; mais des observations isolées et plus ou moins vagues, une admiration stérile pour des |)hénomènes qui provoquent l’attention ou excitent la curiosité, ne constituent point la science; celle-ci résulte d’un corps de doctrine précis, dans lequel les faits sont rapprochés les uns des autres et étudiés au point de vue de la cause qui les produit. Ce travail de coordination n’est possible qu’après im’un ensemble considérable de faits a pu être recueilli; mais il devient alors inévitable par suite de l’essence même de l’esprit humain. Aussi, eu consultant l’histoire des peuples chez lesviuels nous plaçons le berceau de notre civilisation, nous constatons les efforts constants des philosophes pour riiïs. nesciiANEL. t

NOTIONS l’KÉLlMlNAIUliS,

expliquer le méeuiiisine du monde exléi ieur, pour soumettre a une théorie, à un système, l’eiisemble des faits que nous présent»! ta nature. Les philosoi)hes grecs, en particulier, qui avaient du reste emprunté la plupart de leurs connaissances physiques aux prêtres égyptiens, nous ont laissé diflércuts systèmes à l’aide desfjuels ils avaient la prétention d'expliquer tous les phénomènes naturels. .\insi Thalôs, le plus célèbre des sept sages de la Grèce (61|0 avant J.-C.), faisait de l’eau un principe universel dont se nourrissent à la fois le soleil, la terre et les planètes-, Platon (398 avant J.-C.) admettait deux principes distincts, la matière et la forme, qui donnent naissance parleur combinaison à cinq éléments: la terre, l'eau, le feu, l’air et l’éther. Pour Auaximandre il n’y a qu’un principe, c’est rûi^ni qui doune naissance à tous les corps; suivant Anaxagore, c’est l’air qui est le .souverain de la nature. Nous n'avons pas à e.xaminer ici la signification exacte de ces propositions, qui, prises dans leur sens littéral, peuvent paraître aujourd’hui assez inintelligibles; tout en reconnaissant d’ailleui-s que ces illustres philosophes ont enseigné ou connu quelques faits importants de la physique générale, nous tenons à faire remarquer que dans l’élaboration de leurs systèmes l’expérience ne jouait aucun rôle, que l’observation ellemême n’intervenait que d’une façon secondaire, et que leui-s théories étaient de véritables conceptions à priori, auxquelles devaient s’accommoder les faits. 11 n’y a donc dans leurs travaux rien qui se rapproche de la méthode expérimentale qui sert de fondemeut à la physique moderne. Cette méthode semble avoir été pressentie par Aristote (383 avant J.-C.), disciple de Platon, d'un génie scientifique bien supérieur à celui de son maître, naturaliste éminent d’ailleurs, dont VHisioire des animaux constitue un monument impérissable. Ainsi pour se rendre compte de la pesanteur de l’air il eut recours à une exi)érience directe, qui consistait à peser une outre gonfiée et dégonllée. Toutefois, n’ayant pas ü'ouvé de différence de poids, il en conclut, à tort, que l’air n’est point pesant, et fut ainsi conduit, pour l’explication de divers phénomènes, au fameux principe de l’aversion de la nature pour le vide, qui fut universellement admis jus- »|u’au temps de Galilée.

C’est surtout entre les mains d’Archimède (287 avant J.-C.) et

JIÉTHODli f;Xl>ÉIU.MliNTALH. 3

des savants de l’école d’Alexandrie, qui peuvent être considérés cüinine scs successeurs, que la uiélliode d’observation scientifique prend un corps précis et donne lieu à d’importants résultats. Tout le inonde connaît les admirables découvertes d’Archimède relatives à la théorie du levier, à la détermination des centres de gravité, à la mesure des poids spécifiques effectuée à l’aide du principe qui porte son nom : découvertes nées d’une expérimentation qui n’était sans doute pas très-précise, mais qui, dans l’esprit de l’inventeur, pouvait seule servir de fondement solide à ses méditations. Après lui llipparque (lliO avant J.-C.), par le moyen d’observations persévérantes et mélliüdiquement dirigées, renouvelle la face de l’astronomie , arrive aux plus brillantes découvertes, parmi lesquelles il convient de citer surtout celle de la précessiou des équinoxes. Plus tard Ctésibius, Héron, Possidonius , etc., marchant sur les traces de leurs illustres devanciers, agrandirent le domaine des connaissances exactes déjà acquises, et imaginèrent différents appareils plus ou moins ingénieux; c’est au premier de ces savants, parait-il, qu’est due l’invention des pompes, et chacun sait que la fontaine de Héron se rencontre encore dans tous les cabinets de physique.

Parmi les savants qui se rattachent plus ou moins directement à l’école d’Alexandrie et qui ont enrichi la science de quelque découverte importante, nous citerons seulement Plutarque, qui fit connatti-e la réfraction de la lumière dans son passage de l’air dans l’eau, et Ptolémée, auteur de travaux importants sur l’optique et la physique céleste, qui constituent pour lui un titre de gloire beaucoup plus solide que le système astronomique auquel il a attaché son nom, et qui n’a eu d’autre effet que de retarder les progrès de la science.

Nous ne pousserons pas plus loin cet aperçu historique, et nous nous bornerons à remarquer qu’à partir du vu» siècle, époque de la conquête d’Alexandrie par les Arabes et de l’incendie de la célèbre bibliothèque que renfermait cette ville, jusqu’à Galilée (156(i), il y a comme une sorte d’interruption dans la marche de la science. Quelques découvertes d’une importance capitale se rapportent toutefois à cette période ; telle est, par exemple, celle de la boussole, connue dès le xiu"' siècle. Peu de temps avant Galilée, le thermomètre, le microscope et les lunettes avaient pris naissance; mais c’est incon-

NOTIONS PUÉLIMINAIKKS.

Icstablement à ce savant illustre qu’est due la véritable iiiélbode scientifique, la méthode expérimentale. Ses mémoires sur la chute des corps, le pendule, etc., fournissent d’admirables exemples de la façon dont le physicien doit, à l’aide de 1'e.xpérience, interroger la nature. C'est en entrant dans cette voie que la physique s’est définitivement dégagée des préjugés, des principes à priori qui avaient jusque-là embarrassé sa marche.

Aujourd’hui, après des découvertes sans nombre qui ont amené dans notre état social une modification profonde, la ])hysique a atteint un degré de perfection très-remarquable ; c’est à la méthode expérimentale qu’est dû ce résultat , c’est en y demeurant fidèle qu’on peut espérer de réaliser de nouveaux progrès.

2. Méthode expérimentale. — La méthode expérimentale est facile à préciser d’une manière générale : elle consiste à observer les faits, au lieu de chercher à les deviner; à examiner avec soin comment les choses se pas.sent, et non point à rechercher comment elles devraient se passer. Elle est donc entièrement exclusive de la métaphysique, qui doit être considérée comme une ennemie redoutable; tout le temps, en effet, que celle-ci a régné, la science est restée dans l’ornière, elle n’en est sortie que loi’sque, grâce aux enseignements de Bacon et surtout de Galilée, il a été admis qu’il n’y a de vérité physique que celle qui résulte de l’observation ou de rexpérience.

Dans le langage philosophique, la méthode expéi imentale porte le nom de méthode d'obsercalion et d' induclion. De l’observation des faits particuliers elle remonte à la loi générale de leur production, bien différente en cela de la méthode de déduclion employée en mathématiques', dans laquelle on descend toujours d’un principe certain et absolu aux diverses conséquences qui en dérivent. Entrons à cet égard dans quelques détails.

3. Phénomène. —Loi physique. — Un phénomène est un changement quelconque survenu dans l’état d’un corps; la chute d’une pierre, l’écoulement de l’eau, la fusion du plomb, la combustion du bois, etc., sont dos phénomènes. Quand on étudie les particularités qui se rapportent à des phénomènes d’un même genre, on reconnaît aisément que les diverses circonstances de leur production sont dans une dépendance mutuelle, si bien que si l’une

LOI PlIYSIQl'K. ü

(IVIIps vient <i varier, les autres ('prouvent une variation correspondante. I/expression de ce mode de variation constitue une loi physicpie.

Quelquefois la loi ai)parall d’elle-infine sans difflcuitt' par l’observation seule; telle est, par e.veinpie, celle-ci : Tous les corps nbandonnès à eux-mêmes lomheiil à la surface de la terre. .Mais le plus souvent elle .se trouve mas(|uëe par des causes perturbatrices dont il faut ('liniiner autant que possible rinlluence. ('/est là l’objet de l’expcirience. L’e.vpérience ditïï’re de l’observation eu ce que le phénomi'uie se produit sous des conditions détcrtnim'es et régk'es à l’avance par le physicien. Veut-on savoir, par exemple, quelle est la vitesse (|ue la pesanteur im|)rime aux diiït'renis corps, il ne faut pas les faire tomber dans l’air, ])arce que ce fluide retarde, et d’une manière im'gale pour chacun d’eux, le mouvement; il faut opcirer dans le vide, et on arrive ainsi à cette loi que l’observation .seule n’aurait pu faire d('couvrir : La pesanteur imprime à tous les corps la même vitesse.

On conçoit donc que l’art d’expdrimenler, c’est-à-dire de rt'gler les conditions spéciales suivant le.s(|uelles s’accomplis.sent l(*s phénomènes, et d’en mesurer les éléments constitutifs, est absolument m'ccs-saire au i)hysicien ; que c’est dans cette aptitude portée à un degré plus ou moins éminent que consiste véritablement le génie de la i)hysique. Quoi qu'il en soit, remarquons que, la loi générale d’une classe de i)bénomènes étant connue, l’expression de celle loi devient ce qne l’on appelle la cause physique des phénomènes particuliei-s qu’elle embrasse. Expliquer l’uii quelconque d’entre eux revient à montrer qu’il est contenu dans l’énoncé de la loi.

.\insi, quand une fois on a posé en principe que les volumes des gaz soumis à des pressions dilTérentes varient en rai.son inverse de ces pressions, on parvient à expli(juer une foule de faits dans les([uels intervient l’action d’un gaz dont le volume et la pression peuvent varier simultanément.

Lorsque la loi des phénomènes observés est susceptible d’une expression algébrique, le calcul intervient comme un instrument précieux propre à en faire connaître toutes les conséquences. La vérification expérimentale de ces conséquences constitue une confir-

NOTIONS PRÉLl.MINAIliKS.

mation de la loi pliysiqiic elle-même. \ ce point de vue, les méthodes malliématïques sont un au.viliaire puissant de la physique.

4. Théorie physique. — L’énoncé de chacune des lois physiques, le développement rationnel des consé([uences qui en dérivent, constituent une théorie physique partielle. L’ensemble des lois qui se rappellent é une même classe de phénomènes forme une théorie physique plus générale ; mais on comprend que ces diverses lois puis.scnt n’être que de simples corollaires d’une loi unique.

La découverte de cette loi unique, quand elle e.\iste, réalise nn progrès important dans la physifjuc. C’est ainsi (juc Newton a i-attaché A la loi unique de la gi-avitation tous les mouvements de notre système planétaire, ainsi que ceux des corps <jui tombent l\ la surface de la terre.

De même les divei-ses théories partielles de l'optique sont toutes une conséquence rigoureuse des propriétés attribuées A un fluide nommé éther qu’on suppose remplir l’espace, et dont les vibrations semnt d’intermédiaire A la propagation de la lumière et de la chaleur.

Ce travail de synthèse est du reste peu avancé encore, bien que des efforts très-efficaces dans ce .sens aient signalé ces dernières années; maison doit le considérer comme le véritable objectif de la physique générale, et celle-ci sera arrivée A la perfection lorsqu’on pourra rigoureusement démontrer que tous les agents jihysiques distincts admis jusqu’A présent ne sont que la transformation d’un seul et même agent primordial.

5. Divisions de la physique générale. — La physique générale comprend l'ensemble de tous les jihénomènes du monde extérieur; mais l’accumulation des connaissances acquises sur les diverees parties de ce vaste en.semble en a nécessité le partage en plusieurs branches, qui constituent aujourd’hui des sciences distinctes.

L’histoire naturelle se compose de tout ce qui se rapporte aux différents êtres, organisés ou non, qui se rencontrent A la surfac.e du globe; elle se subdivise elle-même en plusieurs parties :

La zoologie .s’occupe de l’organisation et des moeurs des animaux, de leur classification méthodique et de tous les phénomènes qui ont trait A leur développement et A leur reproduction.