On avait l’habitude autrefois de considérer l’atome comme une matière
inerte, simple support d’énergie pour ainsi dire, réceptacle d’une force
mystérieuse et inconnue; l’atome, en outre, restait insécable... quoique
étendu. On a beau répéter le mot de Bacon: «Physique, garde-toi de la
Métaphysique», lorsqu’un physicien nous expose ses idées, nous avons le
droit de lui demander des précisions; nous avons beau faire, nous
cherchons, malgré nous, à y voir clair et à classer nos notions
nouvelles dans un ordre logique, soucieux toujours d’éviter les
contradictions.
C’est qu’en fait, il n’y a pas deux façons de raisonner, l’une pour
l’homme de science, l’autre pour le philosophe. Parmi ces derniers, ceux
qui font appel à l’intuition finissent toujours par ne rien expliquer;
quant aux autres, je veux parler des savants, s’ils constatent, je les
comparerai sous un certain rapport aux premiers; il ne suffit pas à
notre esprit avide de savoir, d’enregistrer des faits sans lien
apparent. Découvrir une cause en jeu derrière le phénomène, puis
remonter la série enchaînée des causes, voilà ce que j’appelle faire de
la vraie science... et aussi de la Métaphysique, quoi qu’on dise.
Et la preuve, c’est que les philosophes sont restés des siècles à
discuter sur la nature de l’espace et de l’étendue sans aboutir à autre
chose qu’à des sophismes et à des contradictions; il a fallu
l’intervention du physicien pour que nous commencions à entrevoir le mot
de l’énigme. Ainsi, malgré lui et inconsciemment, le savant se laisse
entraîner par une pente insensible vers la Métaphysique.
La conquête d’une partie des secrets de l’atome est l’exemple le plus
typique peut-être de cette collaboration étroite d’esprits orientés vers
des directions diverses.
* * * * *
Les savants, depuis les travaux de Lorentz, de Larmor, de Zeeman,
auxquels se sont ajoutés ceux de Curie, de Perrin, de Bohr et de tant
d’autres, ont mis en évidence la composition extraordinairement complexe
de l’atome.
Lorsque par une belle nuit, l’astronome, l’œil au télescope, résout en
étoiles distinctes les plages phosphorescentes de la Voie lactée, rien
ne lui laisse encore supposer qu’autour de ces milliers d’astres
tournent des planètes analogues à celles qui gravitent dans notre
système, près du Soleil.
A l’œil nu, il n’y a devant lui qu’une tache blanchâtre et ses moyens
optiques l’avertissent que c’est là une illusion; la tache est en
réalité formée d’une _discontinuité_ de points brillants et si ses
instruments étaient plus puissants, nul doute que chaque étoile se
résoudrait encore, dans la plupart des cas, en système planétaire.
[Illustration: Fig. 1.--Comment les physiciens se représentent la
structure d’un atome: autour d’un noyau positif tournent des électrons
chargés d’électricité négative.]
Or, ce que nous contemplons sur la voûte céleste n’est que l’image
agrandie de ce qui se passe plus près de nous. Le papier sur lequel
j’écris n’est qu’un assemblage fantastique de milliers de milliards
d’atomes représentant chacun pour son propre compte les étoiles de
l’univers, avec cette différence toutefois qu’ici, l’agitation est
caractérisée par des vitesses bien supérieures aux mouvements propres
des étoiles. Les lacunes entre atomes sont de même ordre de grandeur et
toute matière tombant sous nos sens est prodigieusement _discontinue_.
Ce résultat est quelque peu déconcertant lorsqu’on ajoute qu’une tête
d’épingle renferme au moins 8 sextillions de parties distinctes.
Penchons-nous maintenant sur l’atome lui-même; nous allons, à notre
stupéfaction, découvrir en lui le modèle d’un véritable système solaire.
Autour d’un noyau chargé d’électricité positive (_ion_), circulent des
corps d’une extrême ténuité: ce sont les _électrons_ chargés
négativement et qui décrivent de vraies orbites à la façon des
planètes[1]. Les atomes de chaque substance ont un noyau différent, mais
leurs électrons, tous identiques, paraissent varier en nombre et forment
ainsi, avec leur noyau central, la caractéristique du corps[2].
[1] Pour de plus amples détails V. J. PERRIN: _Les Atomes_, p. 259, 7e
éd. (Alcan, Paris, 1914).
[2] MAX BORN.--_La Constitution de la Matière_, p. 3 (A. Blanchard,
Paris, 1922).
La quantité d’électrons circulant dans la moindre portion de matière est
donc considérable: prenons comme exemple une petite sphère d’hydrogène
de 1/2 millimètre de diamètre seulement; imaginez-vous combien il vous
faudrait d’années pour en détacher les électrons à raison de _un_ par
seconde? Pas moins de un million de siècles! Et cependant, au sein du
corps le plus dur, ces éléments ne se touchent pas; le diamètre des
noyaux est de l’ordre de grandeur de un trillionième de millimètre et
l’électron s’en trouve toujours éloigné dans son mouvement de
circulation; le rayon de son orbite, dans le cas de l’hydrogène, est de
53 milliardièmes de millimètre en moyenne. Trajectoire et mouvement y
paraissent régis par des lois analogues à celles de Képler pour les
corps célestes, mais ici les vitesses sont fantastiques[3].
[3] N. BOHR.--_Phil. Mag._ 26, pp. 1, 476 (1913).
Dans notre système, Mercure, la planète la plus proche du Soleil,
accomplit sa révolution en 88 jours, à raison de 48 kilomètres en
moyenne par seconde, tandis que dans l’atome d’hydrogène, notre électron
parcourt un espace de 2 000 kilomètres à chaque seconde et trouve le
moyen, pendant ce faible laps de temps, d’accomplir 620 000 milliards de
révolutions autour de son soleil[4].
[4] W. NERNST: _Traité de Chimie Générale_, 2e éd. (Hermann, Paris,
1922).
Voilà ce que nous apprennent sur la structure de l’atome, les travaux
réalisés dans la dernière décade et l’on comprend mieux maintenant et
l’incroyable énergie renfermée dans les édifices atomiques et les
difficultés rencontrées lorsqu’on essaie de les dissocier. Généralement,
en effet, en raison de la stabilité de l’atome, cette énergie interne
est latente, cachée pour ainsi dire, mais si nous arrivions à
l’utiliser, nous accomplirions des travaux de géants. C’est ainsi que 20
kilogrammes de charbon dissociés complètement, fourniraient à la France
le même résultat que les 60 millions de tonnes de houille dont nous
avons besoin chaque année pour alimenter notre industrie et nos foyers.
Cette énergie latente se montre au moment de la désagrégation de
l’atome, et celle-ci est toujours spontanée dans les substances très
radioactives qui émettent alors des particules libérées à des vitesses
énormes atteignant jusqu’à 290 000 kilomètres par seconde, presque la
vitesse de la lumière.
Cette particularité a donné l’idée à Rutherford d’employer des
corpuscules de ce genre pour bombarder d’autres atomes et essayer de
leur soustraire quelques électrons. Et ce fut ainsi qu’après avoir lancé
un faisceau de rayons _alpha_ dans une enceinte renfermant de l’azote,
il eut la joie d’obtenir la dissociation d’une partie de ce dernier gaz
en atomes d’hydrogène. A côté de ces expériences que le savant anglais
continue sans relâche, avec l’espoir, nous disait-il récemment, de faire
encore mieux, d’ingénieux physiciens MM. Wendt et Iron en ont imaginé
d’un autre genre.
Nous savons depuis longtemps que les étoiles chaudes sont loin de
renfermer tous les corps prétendus simples que nous connaissons; ceux-ci
doivent donc être dissociés par la chaleur, ramenés à un état plus
primordial et plus proche de l’hydrogène qui forme l’étoffe même de tous
les éléments. Tout le problème revient donc à trouver des sources
calorifiques supérieures à celles dont nous disposons. Et c’est ce qu’a
fourni la décharge brusque de condensateurs à grande capacité: un fil de
tungstène put être ainsi porté à une température de 30 000° et sa
volatilisation donna comme résidu, des atomes d’hélium proche parent de
l’hydrogène[5].
[5] V. _Revue du Ciel_, juin 1922.
Nous arrivons donc à la réalisation de cette chimère caressée pendant si
longtemps par les vieux alchimistes: la transmutation des métaux. Et
voilà nos modernes physiciens rejoignant sans le vouloir ceux dont ils
se sont tant moqués: les métaphysiciens d’antan.
* * * * *
Mais l’étude de l’atome nous réservait bien d’autres surprises. Depuis
longtemps, Faraday avait été conduit par ses expériences, à soupçonner
la nature _discontinue_ de l’électricité et peu à peu on en était venu à
admettre l’existence dans les phénomènes électriques, d’une sorte
d’unité naturelle qu’on nomma _l’électron_. Ainsi, par un détour
inattendu, l’électron des physiciens rejoignait celui des chimistes:
tous deux n’étaient au fond qu’un même objet, une simple charge
électrique.
Mais alors, une autre question se posait: sur quoi reposait cette
charge, car enfin, il fallait un support à cette unité de quantité
électrique, un substrat, une substance en un mot, une masse pondérable
comme disaient les contemporains de Galilée.
Mais ici, nous allons pénétrer dans un domaine tellement extraordinaire
qu’il nous faut exposer de nouveaux faits et nous livrer à une
digression nécessaire.
Aussi impressionnantes que soient les théories relativistes actuelles,
elles n’ont, à tout prendre, révélé aux physiciens avertis, rien de bien
nouveau. Il suffit en effet de jeter un coup d’œil rétrospectif sur
l’histoire de la science depuis deux cents ans, pour voir que la
doctrine de la relativité a envahi tous les domaines au fur et à mesure
de nos acquisitions.
La substance ne se manifeste vraiment que par les effets qu’elle exerce
sur notre _moi_: elle y provoque des états de conscience qui, en aucun
cas, ne sauraient nous donner une représentation adéquate du monde
extérieur. C’est aujourd’hui vérité banale que d’affirmer la
non-identité de la sensation avec la cause qui la fait naître. La
couleur d’un corps n’est pas en dehors de moi comme elle est en moi; il
en est de même du son; il faut distinguer l’objectif du subjectif et
tous les deux ne se ressemblent pas.
Objectivement, le son et la lumière ne sont que des vibrations;
celles-ci excitent mes sens et me procurent des états de conscience
différents. Voilà comment je prends contact avec le monde extérieur. Les
qualités de couleur et de sonorité que je prête à un corps répondent
évidemment à quelque chose, mais ce quelque chose est loin de ressembler
à ce que me fournit la sensation. Peu importe au fond; cela n’entrave
aucunement les progrès de ma connaissance, puisqu’il y a correspondance
constante entre la sensation et sa cause extérieure.
Lors donc que je regarde une orange, ce n’est pas précisément le fruit
que je vois, mais la façon dont _quelque chose_ réagit sur les
vibrations lumineuses; supprimez la couleur, le fruit n’en subsiste pas
moins; de même l’odeur n’est pas nécessaire; et l’élasticité? Pas
davantage. Derrière toutes ces qualités, il y a cependant un support;
c’est ce que nous appelons la substance.
Pour un homme privé de l’odorat, sourd et aveugle, ce qui resterait de
l’orange, ce serait l’impression tactile et, mieux encore, la résistance
que le corps opposerait au sien; en un mot, le corps pesant un certain
poids, notre sujet dirait que le fruit possède une certaine masse.
Ainsi raisonnaient d’ailleurs implicitement les physiciens depuis
Galilée: pour eux, la substance, en dernière analyse, était représentée
par la _masse_, quantité constante, tangible, objet de science parce que
_mesurable_.
En fait, l’appréciation de la masse en Mécanique--qu’il ne faut pas
confondre avec le poids--ne souffrait aucune difficulté. Supposons une
poussée équivalente à _un_ kilogramme et appliquons-la à une bille;
notons aussitôt la vitesse ainsi communiquée, soit 2 mètres par seconde;
je constaterai peu après qu’une force double, c’est-à-dire de 2
kilogrammes, donnera à la bille une vitesse double de la première, soit
4 mètres par seconde.
Il y a donc une relation entre la force appliquée à un corps et la
vitesse communiquée. Pourquoi? Évidemment parce que le corps oppose
toujours la même résistance au déplacement et que cette résistance
dépend de la quantité de matière en présence, de sa _masse_ qui mesure
ainsi ce qu’on appelait autrefois son inertie.
Si donc, j’appliquais la force de _un_ kilogramme à une bille nouvelle
et si la vitesse obtenue n’était que de un mètre par seconde, je serais
en droit de conclure que ma bille contient _deux fois moins_ de matière
que dans le premier cas, donc que la masse est exactement _la moitié_ de
la première.
Cette fois, pouvaient prétendre les physiciens, nous nous dégagions du
phénomène subjectif pour atteindre vraiment le réel, nous tenions
l’absolu[6] car la masse, en réalité, c’était la substance. Hélas! la
quiétude fut de courte durée dès qu’on eut le moyen d’apprécier les
vitesses des atomes et surtout celles des électrons. Ceux-ci sont en
effet expulsés dans quelques-unes de nos expériences, nous l’avons vu, à
des vitesses fantastiques: 100 000 kilomètres à la seconde dans les
ampoules de Crookes; 280 000 kilomètres et davantage pour les rayons
Bêta du radium. Or, les mesures mille fois répétées ont montré que, loin
d’être invariable et indépendante de la vitesse, la masse apparaît
toujours comme une fonction de cette vitesse. En d’autres termes, un
même corps n’offrirait pas toujours la même résistance aux actions
extérieures: l’inertie de la matière serait un mot vide de sens; la
masse, ce dernier refuge de la substance, ne serait elle-même qu’un
accident comme la couleur, une modalité de la substance, et, qui mieux
est, elle serait tout entière d’ordre électrique.
[6] Le mot absolu offre des sens très différents suivant les cas: ici,
il est simplement opposé au mot _relatif_.
Voilà d’ailleurs ce qu’avaient déjà annoncé Max Abraham et Lorentz
d’après la théorie, mais la première idée du fait est due à J.-J.
Thomson qui l’avait émise dès 1881[7].
[7] Cf. J.-J. THOMSON: _Philos. Mag._ 5e série, t. XI, 1881, p. 229;
MAX ABRAHAM, _Dynamique de l’électron_ dans _Ann. der Phys._ t. X.
1903 pp. 105 à 179; H. A. LORENTZ, _Sur la Théorie des Électrons_
dans _Ions, Électrons, Corpuscules_, édité par la Soc. de Phys. de
France (Gauthier-Villars, Paris).
Les auteurs qui attribuent cette trouvaille à Einstein exagèrent quelque
peu «la pratique de la relativité» puisqu’à cette époque, notre futur
physicien était dans sa deuxième année!
Au reste, n’est-ce pas rendre un bien mauvais service à un savant que de
lui attribuer faussement ce qu’il n’a pas découvert. Einstein,
j’imagine, n’a nul besoin de cette inopportune réclame; avant d’être le
théoricien que nous savons, il avait à son actif d’importants travaux
sur la physique moléculaire et plus tard cela suffira peut-être à sa
renommée[8].
[8] Cf. _Ann. der Phys._ t. XVII, 1905 et t. XIX, 1906.
Quoi qu’il en soit de ces considérations, nous allons voir comment les
physiciens furent peu à peu acculés, c’est le mot, à jeter par dessus
bord l’ancienne notion de la masse.
Supposons une petite masse électrisée, notre électron, lancée avec force
dans une certaine direction. Il est facile de démontrer que cette petite
masse chargée d’électricité est équivalente à un courant proportionnel à
sa vitesse. Mais toute apparition d’un courant donne naissance à un
champ magnétique d’intensité également proportionnelle à cette même
vitesse.
Pour maintenir notre électron en mouvement, nous sommes donc obligés de
lui communiquer une quantité d’énergie plus grande que s’il s’agissait
d’un mobile non électrisé.
Ne sait-on pas en effet que la naissance d’un champ magnétique a pour
conséquence l’apparition d’un phénomène de self-induction qui s’oppose
au courant et, dans le cas particulier que nous considérons, au
mouvement de l’électron. Tout se passe donc comme si, par le fait
qu’elle est électrisée, notre petite sphère avait vu sa masse
s’augmenter. A la masse ordinaire, peut-on dire, s’est ajoutée une masse
de nature magnéto-électrique.
On démontra ensuite que cette masse apparente, variable avec la vitesse,
croît indéfiniment lorsque la vitesse de l’électron tend vers celle de
la lumière; d’où cette conséquence, à tout le moins inattendue, que le
travail nécessaire pour communiquer à un électron cette vitesse de
300 000 kilomètres à la seconde devrait être infini. Il apparaissait
donc impossible, déjà à cette époque, que nous puissions jamais obtenir
des vitesses supérieures à celle de la lumière. Encore une assertion
qu’on a attribuée à tort à Einstein! Il est bien vrai que ceci peut être
regardé comme une conséquence de sa théorie, mais quel que soit le sort
de cette dernière, le fait n’en restera pas moins tel qu’il était
auparavant et indépendant de toute hypothèse.
Un nouveau pas fut franchi bientôt: M. Kaufmann ayant opéré sur des
électrons animés de grandes vitesses, parvint à prouver que,
conformément aux vues de Max Abraham, la masse totale apparente était
égale à la masse électro-magnétique; cela voulait dire en bon français,
qu’ainsi s’évanouissait ce que nous appelions autrefois la masse
mécanique; la masse matérielle de l’électron est nulle; sa vraie masse,
celle que nous mesurons, est d’origine purement électrique[9].
[9] Cf. W. KAUFMANN dans _Gott. Nachr._ 1903, pp. 90 à 103.
Ainsi disparaissait pour toujours cette cloison étanche que les anciens
matérialistes nous avaient constamment opposée, le rempart qui séparait
Force et Matière.
A tous les points de vue, ce n’était pas dommage: notre Mécanique
classique était un amas de contradictions. Qu’était-ce en effet qu’une
force appliquée à une substance inerte? Ce qui était capable, nous
répondait-on, de faire passer un corps de l’état de repos à l’état de
mouvement ou de modifier le mouvement existant; mais vraiment c’était ne
rien définir ou prendre l’effet pour la cause. Cette cause qu’est-elle
_en soi_? Comment une force peut-elle se superposer à la matière,
s’ajouter à une substance?
Le mot inertie lui-même était vide de sens; aucune matière n’est inerte:
tout est changement dans l’univers, donc mouvement; donc la cause n’est
qu’un aspect de la substance qui devient ainsi la force, seule réalité
accessible à nos sens et qui manifeste la substance elle-même.
--Métaphysique pure, direz-vous.
--Je le nie formellement; constatation des faits plutôt; ce sont au
contraire les savants d’autrefois, Galilée en tête, qui, en nous
imposant une distinction entre force et matière, en posant comme
postulat l’inertie obligée de toute matière, nous avaient conviés à un
cours de mauvaise métaphysique.
Tous ces corollaires sont acquis définitivement à la science, et nous ne
les devons aucunement à la théorie de la relativité, ainsi qu’on a
essayé de le faire croire aux non-initiés. Mes lecteurs que ces
questions intéressent pourront en suivre les développements et les
conséquences dans mon livre _Que deviendrons nous après la Mort?_[10]
qui vient d’atteindre sa quarante septième édition et qui parut en 1913,
époque à laquelle Einstein commença ses travaux sur la Relativité
généralisée.
[10] TH. MOREUX.--_Que deviendrons-nous après la Mort?_ (Edit.
Scientifica, Paris 1913).
* * * * *
Depuis longtemps d’ailleurs, la relativité était à l’ordre du jour;
Lorentz l’avait mise à la mode; les signaux optiques, le retard des
horloges, le temps local qu’il avait imaginés, servaient déjà de base
aux discussions entre savants. Henri Poincaré m’en avait parlé plusieurs
fois lorsque nous arpentions, certains soirs, la rue de Médicis qui
longe le jardin du Luxembourg. Plus tard, bien plus tard, il lui
consacra des pages dans sa _Valeur de la Science_[11]; il faut les
relire et se pénétrer aussi de ses idées sur les notions de
simultanéité, sur le mouvement relatif et le mouvement absolu, dans _La
Science et l’Hypothèse_[12] avant d’aborder les théories actuelles de la
Relativité. Vous verrez que celles-ci n’ont guère changé depuis.
Einstein a essayé comme Weyl, de les enchaîner, d’en codifier les
règles, mais il n’en a pas inventé les principes et son rôle nous
apparaît ainsi bien diminué.
[11] H. POINCARÉ.--_La valeur de la Science_, p. 185 (Flammarion,
Paris).
[12] H. POINCARÉ.--_La Science et l’hypothèse_, p. 135 et suiv.
(Flammarion, Paris).
* * * * *
Mais n’anticipons pas et revenons à la faillite de la vieille Mécanique.
La nouvelle dynamique de l’électron n’intéresse que de très loin le
mécanicien et l’industriel terrestre... pour cette bonne raison que les
vitesses de nos machines resteront toujours très faibles vis-à-vis de
celle de la lumière. C’est ainsi qu’un train pesant 1 250 tonnes et
faisant du 108 kilomètres à l’heure, ce qui serait déjà fort
remarquable, ne verrait sa masse s’augmenter que de 27 cent-millionièmes
de milligramme[13]. Ce résultat montre bien que pratiquement nous
pouvons garder les anciennes formules. Les nouvelles, _qui sont
d’ailleurs indépendantes de la théorie de la relativité d’Einstein_,
n’intéressent que l’homme de science et le philosophe.
[13] Cf. GASTON MOCH.--_La Relativité des Phénomènes_, p. 176
(Flammarion, Paris, 1921).
* * * * *
Au moment même où s’élaboraient les nouveaux principes sur la masse,
fonction de la vitesse, la Physique allait s’enrichir d’une découverte
moins importante en apparence, mais de nature, comme la première, à
bouleverser encore d’anciennes notions. Dès 1873, Maxwell avait déduit
de sa théorie électro-magnétique de la lumière que cette dernière doit
exercer une pression sur les corps. Cette proposition fut confirmée
presque en même temps par Bartholi qui la retrouva en partant des
équations de la Thermodynamique. Depuis, cette pression de la lumière a
été appelée pression de Maxwell-Bartholi ou _pression de radiation_.
A la réflexion, l’effet n’a rien que très naturel: dès lors que
l’énergie, la force, est quelque chose en soi, et que la lumière est une
émission d’énergie, le rayon lumineux doit être doué de masse; si nous
le projetons sur un corps, il agira à la façon de l’obus qui fait
reculer le canon et qui exerce une poussée sur l’obstacle contre lequel
il vient buter. Voilà ce qu’indiquait nettement la théorie; il y avait
bien encore quelques obscurités; on objectait qu’au cas où la lumière
continue indéfiniment sa marche sans rencontrer d’écran, c’en était fait
du fameux principe de l’action et de la réaction, mais H. Poincaré
intervint et il montra que dans tous les cas imaginables, la théorie
explique les faits et le principe est conservé, dont Lorentz annonçait
déjà la faillite[14].
[14] Cf. H. POINCARÉ.--_La théorie de Lorentz et le principe de
réaction_ dans _Arch. Néerland. des Sc._ 1900.
Or, Poincaré démontrait tout cela en 1900, cinq années avant qu’Einstein
ait eu l’idée de s’occuper de la relativité appliquée au temps.
Pendant ces discussions, les expérimentateurs n’étaient pas restés les
bras croisés; ils avaient hâté le dénouement, peut-on dire, de la plus
heureuse façon. Si la lumière exerçait véritablement une pression, on
devait pouvoir mettre le phénomène en évidence par un procédé de
laboratoire. C’est ce que réalisèrent Lebedeff, dès 1892, puis Nichols
et Hull en 1901[15]: après avoir dirigé la lumière d’une puissante lampe
à arc sur un jet de poussières extrêmement fines, ils virent le jet
s’incurver en arrière comme sous la poussée d’un vent régulier.
[15] LEBEDEFF.--_Wied. Ann._ 45, 1892; 62, 1897. _Phys. Zeit._ 4,
1902; NICHOLS et HULL.--_Phys. Rev._ 13, 1901; _Astrophys. Journ._
t. XVII, XVIII, 1903.
Oh! l’expérience ne se fit pas sans difficultés; il fallut opérer dans
le vide. Après avoir essayé sans résultat toutes les poussières connues,
nos physiciens désespéraient de réaliser le phénomène entrevu
mathématiquement, lorsqu’il leur vint l’idée d’employer la poussière,
sorte de fumée impalpable, contenue dans le vulgaire champignon appelé
communément _vesse de loup_[16]. Les particules étaient encore trop
grossières et il fallut rôtir et pulvériser cette première poussière
pour réussir l’expérience.
[16] Champignon du genre _Lycoperdon_.
A peine les résultats furent-ils connus que les astronomes en
profitèrent pour expliquer la formation de ce long panache que les
comètes traînent derrière elles. On avait bien jusque-là admis une force
répulsive émanée du Soleil, mais personne n’avait pu fixer la nature de
cette force mystérieuse.
En fait, au fur et à mesure qu’une comète approche du Soleil, la chaleur
de l’astre y développe une sorte d’atmosphère assez raréfiée qui
commence par entourer le noyau. Les particules paraissent tout d’abord
attirées vers l’astre central qui détermine dans la masse comme une
sorte de marée; mais bientôt, tandis que l’attraction s’exerce suivant
les masses, alors que la pression de radiation ne tient compte que des
surfaces, cette dernière finit par l’emporter, et des enveloppes
concentriques entourant le noyau, on voit fuser en arrière une partie
des matériaux. Ceux-ci conservent leur vitesse propre qui se compose
avec la gravité et c’est ainsi qu’est obtenue cette courbe rappelant
celle de la parabole ou de l’hyperbole, propre aux apparences des queues
cométaires[17].
[17] Cf. TH. MOREUX.--_Où en est l’Astronomie_, p. 220
(Gauthier-Villars, Paris, 1920).
La courbure générale, en arrière de l’astre, tiendrait, suivant
Brédikine, à la valeur de la pression de radiation, valeur variable
suivant la nature des gaz éjectés. Poynting a en effet calculé les
forces ainsi mises en jeu et il a trouvé des chiffres tout à fait
suggestifs: la lumière que nous envoie le Soleil exerce sur la Terre, à
chaque instant, une pression de 70 000 tonnes. C’est beaucoup,
dira-t-on; oui, dans l’ensemble, mais, en réalité, l’effet réparti sur
tout un hémisphère se réduit finalement à un demi-milligramme par mètre
carré. A la distance où nous sommes du Soleil, pour que la répulsion
l’emporte sur l’attraction, une particule sphérique doit avoir moins de
3 dixièmes de micron[18].
[18] Le _micron_ vaut un millième de millimètre; on le représente par
la lettre grecque μ; c’est l’unité de longueur employée en
micrographie. Cf. pour la pression de radiation: POYNTING: _Arch. de
phys. nat._ t. XVII, 1904; _Philos. Mag._ 6, t. IX, 1905.
Dès cette époque, on aurait dû prévoir que si la lumière est pesante et
probablement assimilable à une procession de projectiles, il n’y a rien
d’étonnant que ces myriades de corpuscules soient attirés en passant
vers le Soleil. En d’autres termes, sous l’influence de la masse
attirante solaire, les trajectoires de nos boulets microscopiques seront
courbées, absolument de la même façon que les trajets de nos obus
s’infléchissent vers le sol, mais cette fois, ces trajectoires, ainsi
qu’on le calcule aisément, seront, non des paraboles, mais des
hyperboles extrêmement tendues.
Voilà ce qu’on aurait pu vérifier en mainte occasion depuis plus de
trente ans, mais personne n’eut l’idée de le faire et il faut
reconnaître que le mérite d’Einstein consista précisément à imaginer un
dispositif pour tenter cette vérification.
J’ai dit «on aurait pu vérifier»; d’où vient qu’on n’ait pas essayé?
J’imagine que ce doit être pour des raisons d’ordre purement théorique
et c’est là que nous touchons du doigt l’influence de l’hypothèse
scientifique sur les expérimentateurs.
On se rappelle que Newton professait la doctrine de _l’émission_; dans
sa pensée, la lumière n’était qu’un jet de particules lancées par
l’objet lumineux. L’auteur des lois immortelles de la gravitation eut
même l’idée première de la courbure d’un rayon de lumière passant près
d’une masse pesante[19]. Mais, depuis, les théories ont changé;
l’émission s’est trouvée impuissante à expliquer le phénomène connu en
Optique sous le nom de _diffraction_. On a donc opté pour l’hypothèse
des ondulations due à Fresnel, ce qui écartait définitivement
l’assimilation du rayon lumineux à un chapelet de projectiles;
l’incurvation, dans la dernière hypothèse admise, n’était donc plus à
envisager.
[19] Newton admettait qu’une particule lumineuse décrit sous
l’influence de la gravitation un arc de parabole, tel un projectile.
Cf. NEWTON: _Les Principes mathématiques de la Philosophie
naturelle_. Liv. I, XIVe S.
Les idées nouvelles sur la nature de l’atome et de l’électron semblent
maintenant nous ramener aux théories newtoniennes et nous voilà dans une
impasse.
Je m’explique: nous avons vu que l’électron tourne à grande vitesse
autour d’un noyau central. Sous des influences diverses, il peut quitter
son orbite primitive et sauter sur une autre où la vitesse n’est plus la
même. Ces sortes de changements sont toujours accompagnés d’une
absorption ou d’une libération d’énergie et, dans ce dernier cas, il y a
émission de lumière; mais ce qu’il y a de plus curieux, c’est que chaque
atome ne peut absorber ou émettre _qu’un nombre entier_ de grains
d’énergie et c’est ce qui explique pourquoi le phénomène a lieu par
sauts brusques bien définis où nous retrouvons encore la _discontinuité_
qui semble bien accompagner tous les phénomènes physiques sans
exception.
Ce sont ces faits singuliers qui ont conduit Planck à sa fameuse théorie
des _Quanta_[20] d’énergie.
[20] _Quanta_, pluriel de _quantum_ (en latin): mot indiquant que
l’énergie est émise ou absorbée par des _quantités_ toujours
multiples d’une unité commune d’énergie; v. à ce sujet J. PERRIN:
_Les Atomes_ et LOUIS ROUGIER: _La Matière et l’Energie selon la
théorie de la Relativité et la théorie des Quanta_(Gauthier-Villars,
1921).
Dans la nouvelle hypothèse «le rayonnement est une forme d’énergie qui
n’apparaît plus comme propagée sous l’espèce d’ondes continues par un
milieu hypothétique (l’éther), mais comme expulsée sous forme d’unités
discrètes (et de façon discontinue) dans l’espace vide de matière, avec
la vitesse de la lumière[21].»
[21] Cf. LOUIS ROUGIER op. j. cit., p. 107.
Mais alors il faut expliquer ce que c’est que l’Espace. Qu’est-ce qu’un
espace sans les corps, et un espace vide de matière? Et puis comment
envisager le mécanisme de la diffraction, avec nos projectiles qui nous
ramènent à l’émission? En introduisant de nouveau, peut-être, la notion
de cet éther qu’on avait jeté par-dessus bord comme un objet trop
encombrant. Ce sont bien d’ailleurs les tendances qui apparaissent
maintenant dans la nouvelle école einsteinienne.
Après avoir brisé l’idole qu’on avait adorée, on va donc la reconstituer
tout en gardant la nouvelle; ainsi opèrent parfois les savants à
l’instar des politiciens. Après avoir oscillé entre les deux extrêmes,
l’hypothèse scientifique cherche une position intermédiaire jusqu’au
moment où des faits nouveaux renversent un échafaudage qu’on ne saurait
plus décemment étayer. Et les naïfs seuls croient encore au mot de Renan
nous affirmant sérieusement que la Science a été créée «pour nous donner
le mot des choses!»
Quoi qu’il en soit, la nature ne semble guère s’inquiéter de nos
théories; elle nous présente des faits simplement; seules, les
contradictions que nous trouvons dans leur interprétation, nous
avertissent que nous faisons fausse route. Nous mettons parfois un temps
bien long à nous en apercevoir et parfois aussi, par une singulière
ironie, nos expériences nous ramènent dans des sentiers depuis longtemps
délaissés.
La pesanteur de la lumière en est la meilleure preuve. Après avoir
abandonné l’hypothèse de l’émission qui avait rendu de longs services,
nous y voici ramenés, non seulement en vertu de la théorie, mais en
raison de la méthode expérimentale. On a pu constater en effet, lors de
l’éclipse totale de Soleil du 29 mai 1919, une déviation des rayons
lumineux émanés de quelques étoiles proches du disque solaire.
[Illustration: Fig. 2.--Montrant qu’un rayon émané d’une étoile se
courbe en passant près du Soleil. Pour un observateur terrestre,
l’étoile est aperçue en 2 (position apparente) au lieu d’être vue en 1
(position réelle).]
En lui-même, le fait est extrêmement intéressant et ne peut guère
s’expliquer autrement que par l’attraction de la masse du Soleil,
s’exerçant sur les rayons lumineux qui passent dans son voisinage. On en
a déduit immédiatement une confirmation éclatante des théories de la
relativité. C’était aller un peu vite, puisque le phénomène, compatible
avec la vieille théorie de l’émission proposée par Newton, aurait pu
être constaté depuis bien des années. «Il faut tenir pour bonne, a-t-on
ajouté, une hypothèse qui permet de prévoir.» Encore une erreur
formidable de logique, dénoncée par l’histoire de la science. La plupart
de nos lois ne sont qu’empiriques dans leur expression, souvent même
purement statistiques; elles donnent rarement la raison cachée de la
loi; avant l’invention de la Thermodynamique, on expliquait la chaleur
par une qualité occulte; vint ensuite le règne des fluides, puis celui
de l’agitation moléculaire; or, constatation surprenante, chaque
génération de savants s’est contentée des explications mises à sa
disposition. Ces vieux schémas nous font sourire; nous les contemplons
avec un état d’esprit analogue à celui d’un préhistorien étudiant les
outils en silex taillé de nos ancêtres; et cependant, sans nous en
douter, c’est un arsenal où nous puisons à l’occasion, tellement pauvre
est l’imagination humaine.
Ajoutons aussi pour être juste que la tâche du vrai savant est autrement
difficile que celle du manœuvre de la science; le rôle de ce dernier
consiste surtout à amasser des faits qu’une technique de plus en plus
perfectionnée lui fournit avec une incroyable prodigalité.
Tout autre est l’occupation du théoricien auquel incombe le classement;
chaque fait nouveau lui montre l’étroitesse des cadres mis à sa
disposition et c’est ainsi que nombre de phénomènes font antichambre et
attendent leur tour d’incorporation; mais, règle générale, tout se passe
comme dans la société, ce sont les plus récalcitrants et ceux qui
réclament bruyamment qui passent les premiers.
Les expériences sur la vitesse de la lumière sont là pour illustrer
cette thèse. Pour expliquer la nature de la lumière qui se transmet à
raison de 300 000 kilomètres par seconde, les physiciens, nous le
savons, avaient été naguère acculés, avec Young et Fresnel à la théorie
des ondulations; mais qui dit _ondulations_, sous-entend milieu qui
ondule: de là, l’hypothèse de l’éther.
Personne n’a jamais pu définir _l’éther_ et aucun physicien n’est
parvenu à nous décrire ses propriétés. Celles-ci sont d’ailleurs
contradictoires: l’éther doit être le plus subtil des éléments et la
vitesse de la lumière lui impose une densité infinitésimale; mais,
d’autre part, il doit être l’un des plus _solides_ pour propager les
ondulations transversales et l’un des plus résistants à la tension pour
supporter les forces gravitationnelles; alors, comment les corps
célestes peuvent-ils s’y mouvoir sans résistance apparente?
On n’explique rien en faisant intervenir des champs électro-magnétiques,
ou des champs de gravitation; ceux-ci ne sont qu’une modalité de
l’énergie; or l’énergie elle-même, nous l’avons dit, n’est autre que la
substance vue sous un certain jour. Entre les astres, si nous voulons
éviter l’action à distance, il y a donc des supports d’énergie et nous
voilà ramenés à l’éther.
--Pas du tout, il n’y a rien, disent les Einsteiniens.
--Mais alors, dites-nous ce qu’est l’espace en dehors des corps? Y
aurait-il donc un espace _en soi_? Évidemment non!
L’ancien éther mécanique est décédé d’inanition[22]; soit, mais l’éther
pur et simple a résisté, pour la bonne raison que si personne ne peut le
définir, personne ne peut s’en passer. Son existence est un fait
logique, pour ainsi dire, mais on désirerait davantage, on voudrait
qu’il fût d’ordre expérimental. Pouvons-nous caresser ce dernier espoir?
Peut-être; et par un moyen assez simple en apparence.
[22] Cf. P. G. NUTTING: _Sur l’éther_ dans _Rev. Gén. des Sc._ Août
1922.
Lorsque nous nous déplaçons dans l’atmosphère, notre vitesse se traduit
par une impression très sensible. A moins de nous trouver en ballon
libre et d’être transportés avec la couche d’air, nous sentons le vent
nous fouetter le visage; n’en serait-il pas de même pour l’éther dans
lequel nous sommes plongés? La Terre, en effet, n’est pas fixe dans
l’espace; alors, de deux choses l’une: ou bien l’éther participe à notre
mouvement et est entraîné avec nous, en partie ou en totalité; ou bien
il est immobile par rapport à nous qui marchons et, dans les deux cas,
nous pouvons imaginer des expériences qui nous fixeront à ce sujet.
Lorsque vous êtes dans un train avançant à une vitesse de 60 kilomètres
à l’heure, si vous rencontrez un express marchant à 100 kilomètres, et
venant en sens inverse, ce dernier passera à vos côtés comme s’il
faisait du 160 à l’heure: les vitesses s’ajoutent; elles se
retrancheraient si l’express, venant derrière vous, dépassait votre
convoi; vous auriez la sensation d’un train omnibus filant à la vitesse
de 40 kilomètres.
Le même raisonnement semble valable pour le globe terrestre qui avance
dans l’espace à raison de 30 kilomètres par seconde. Si nous nous
dirigeons en effet vers un point bien repéré, la vitesse de la lumière
venue de cette direction, devrait augmenter de 30 kilomètres en
apparence; de même, nous devrions constater une diminution pour le
mouvement de la lumière qui nous rattrape en cours de route.
Voilà ce qu’indique la théorie. Et l’expérience, que nous dit-elle?
Exactement le contraire. Des mesures minutieuses et d’une exactitude
extrême, faites par Michelson en 1881 et en 1887, ont démontré que,
quelles que soient la direction, la vitesse de la Terre et du rayon
lumineux, tout se passe comme si nous n’avançions pas.
Depuis ces constatations, vous pensez bien que les explications n’ont
pas fait défaut; comme le disait malicieusement Henri Poincaré, on en
trouve toujours; les hypothèses, c’est le fonds qui manque le moins.
Fizeau proposa d’admettre que l’éther, dans nos expériences, était
entraîné en partie par notre mouvement; Stokes voulait un entraînement
total. Les physiciens, par de nouvelles expériences, les renvoyèrent dos
à dos.
C’est alors que Fitzgerald et Lorentz conçurent une idée bizarre, afin
de sauver les principes de notre Mécanique. D’après eux, l’éther reste
bien immobile, mais lorsque la Terre avance dans une direction, tous les
corps se contractent dans le sens du mouvement. Oh! la contraction est
très faible; néanmoins, sa mesure n’est pas en dehors de nos moyens;
malheureusement le double-décimètre qui nous servirait à la déceler se
contracte, lui aussi, et voilà pourquoi nous ne pouvons nous en
apercevoir.
Le calcul de cet effet de contraction est assez simple, mais pour notre
but, il nous suffira ici d’indiquer les résultats. On démontre en effet
que dans les conditions énoncées, chaque unité de longueur, au lieu de
valoir 1 exactement (soit un mètre), vaut la racine carrée de (1 _moins_
une fraction) et c’est précisément la valeur de cette dernière qui fait
tout l’intérêt du problème. Cette fraction a pour numérateur _le carré
de la vitesse de la Terre_, soit 30 × 30 = 900 kilomètres, et pour
dénominateur, _le carré de la vitesse de la lumière_, soit 300 000 ×
300 000 = 90 milliards; on aurait donc pour valeur de la fraction
300/(30 milliards) soit, en simplifiant: 1/100 000 000, ou 1 divisé par
cent millions; c’est cette valeur qu’il faut d’abord retrancher de 1
dans la formule[23]; si l’on effectue toutes les opérations, on voit
qu’à la vitesse de 30 kilomètres par seconde, notre mètre se raccourcit
de 5 millionièmes de millimètre; pour le diamètre du globe terrestre, on
trouverait 6 centimètres 4 millimètres.
[23] Si l’on désigne par v la vitesse de la règle en mouvement (mètre
par ex.) et par c la vitesse de la lumière, la règle-unité, au lieu
de valoir 1, vaut √(1 - v²/c²); c’est de la fraction v²/c² qu’il
s’agit dans le texte. On voit immédiatement que si v = c, la valeur
de la fraction v²/c² est égale à 1. La quantité sous le radical
devient donc √(1 - 1) = 0; si v était plus grand que c, la fraction
v²/c² aurait une valeur supérieure à 1 et la quantité sous le
radical deviendrait imaginaire.
Ainsi, la contraction est très faible, mais ce résultat tient à ce que
notre vitesse n’est que de 30 kilomètres à la seconde. Si celle-ci était
aussi forte que celle de la lumière, que se passerait-il? Le numérateur
de notre fraction au lieu de 900, vaudrait 90 milliards, c’est-à-dire
que numérateur et dénominateur seraient égaux; or tout le monde sait
que, dans ces conditions, une fraction représente l’unité. Ainsi, au
lieu d’avoir dans la formule: 1 moins une fraction, nous aurions: 1
moins 1, c’est-à-dire _zéro_. Ce qui veut dire que la contraction serait
tellement accusée que la longueur de notre mètre serait réduite à zéro.
La conclusion est valable pour un corps quelconque, pour la Terre par
exemple, qui serait infiniment aplatie et prendrait la forme d’un disque
sans épaisseur.
Voilà pourquoi les physiciens avaient conclu que la vitesse d’un corps
quelconque ne pouvait dépasser celle de la lumière. Cette vitesse de
300 000 kilomètres par seconde est donc la dernière limite des
possibilités. J’ai insisté sur cette particularité parce que nous
retrouverons bientôt cette même formule dans la théorie de la
relativité.
La contraction lorentzienne--ainsi fut-elle appelée--suscita les plus
vives discussions; on la traita de _deux ex machina_; cette compensation
exacte des effets du mouvement avait l’air d’une intervention
providentielle; et puis, si la contraction se produit dans le sens de la
marche de la Terre sur son orbite, je ne vois pas pourquoi elle ne se
produirait pas dans le sens de la translation du système solaire,
puisqu’en fait, la Terre participe à ce mouvement qui atteint une
vingtaine de kilomètres à la seconde; d’autre part, notre Voie lactée ne
paraît pas fixe dans l’Univers et quelques astronomes pensent, non sans
raison, que nous volons avec elle dans la direction du Capricorne, au
taux de 750 kilomètres à la seconde: encore une autre source de
contraction, la troisième cette fois et il s’en trouve d’autres
probablement.
Si l’on se tourne du côté du principe de l’action et de la réaction,
Poincaré nous fera observer que les choses ne s’arrangent guère mieux:
l’hypothèse de la contraction de Lorentz se heurte ici à d’inextricables
difficultés, en raison même de l’éther que nous voyons réapparaître
inopinément. Pour se prononcer, il faudrait connaître les rapports de la
matière avec l’éther et sur ce point nous ignorons tout.
Entre temps, Michelson et Morley reprirent l’expérience des vitesses de
la lumière dans toutes les directions et les résultats furent encore
négatifs. C’est alors qu’Einstein intervint: «Ne cherchez l’explication,
nous dit-il, ni dans la contraction de Lorentz, ni dans la nature de
l’éther, le nœud du problème réside entièrement dans la relativité du
temps.»
C’est ce que nous allons examiner dans le chapitre suivant, mais d’ores
et déjà, il apparaît au lecteur que les vues d’Einstein ne sont ou ne
_peuvent être_, la plupart du temps, qu’une simple explication, puisque
tous les faits relatés au cours des pages précédentes étaient connus
avant qu’il n’intervînt; que ces faits subsisteront même si la théorie
de la relativité disparaît en tout ou en partie et qu’en dernière
analyse, la faillite de notre Mécanique classique n’est pas due à
Einstein, ainsi qu’on l’a publié et clamé aux quatre vents du ciel. Le
rôle du physicien allemand a été fort exagéré, puisqu’en fait, ce
dernier n’offre que l’interprétation, à sa manière, d’une formule
imposée jusqu’ici par nos expériences.