Part 2

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).

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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).

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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).

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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.

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.