La Physique moderne et les idées nouvelles sur l’unité des phénomènes naturels/03
Les charbons d’une lampe électrique s’échauffent et deviennent lumineux quand un courant les traverse[2]. Un foyer allumé nous donne chaleur et travail. Un rayon de lumière tombant sur une plaque sensible détermine une action électro-motrice qui se traduit en mouvement dans l’aiguille d’un galvanomètre, en chaleur dans une hélice thermométrique. Nous pourrions multiplier à l’infini de pareils exemples, où la lumière, la chaleur, l’électricité, apparaissent comme des phénomènes solidaires, tous réductibles à l’idée de travail mécanique. Un travail les produit, et ils produisent un travail. Ils naissent du mouvement et ils se résolvent en mouvement. L’esprit public s’accoutume, — il nous le semble du moins, — à considérer sous ce point de vue les effets de lumière, de chaleur, d’électricité ; mais la question est moins avancée en ce qui concerne ces forces attractives, la gravité, la cohésion, l’affinité, qui paraissent résider dans les profondeurs de la matière. Elles conservent jusqu’ici un aspect plus mystérieux. Il nous reste à voir si nous pourrons dissiper en partie l’obscurité qui les entoure, en leur appliquant le principe qui éclaire maintenant pour nous tous les phénomènes naturels. Chemin faisant, nous avons, à mesure que l’occasion s’en présentait, indiqué brièvement les considérations qui permettent de ramener ces forces à des effets de mouvement. Nous avons donc surtout à grouper et à développer ici des hypothèses précédemment ébauchées.
Et d’abord les forces attractives ne sauraient être considérées comme inhérentes à la matière. Quand Newton proclama la loi de la gravitation universelle, il eut bien soin de faire ses réserves à cet égard. Après avoir décrit les mouvemens planétaires dans son livre des Principes mathématiques de la philosophie naturelle, il ajoute : « J’ai expliqué jusqu’ici les phénomènes célestes et ceux de la mer par la force de la gravitation ; mais je n’ai assigné nulle part la cause de cette gravitation. Cette force vient de quelque cause qui pénètre jusqu’au centre du soleil et des planètes, sans rien perdre de son activité ; elle agit selon la quantité de la matière, et son action s’étend de toutes parts à des distances immenses en décroissant toujours dans la raison doublée des distances... Je n’ai pu
encore déduire des phénomènes la raison de ces propriétés de la gravité, et je n’imagine point d’hypothèses… Il suffit que la gravité existe, qu’elle agisse suivant les lois qui viennent d’être exposées et qu’elle puisse expliquer tous les mouvemens des corps célestes et ceux de la mer. » C’est encore dans le livre des Principes qu’il dit : « J’exprime par le mot attraction l’effort que font les corps pour s’approcher les uns des autres, soit que cet effort résulte de l’action des corps qui se cherchent mutuellement ou qui s’agitent l’un l’autre par des émanations, soit qu’il résulte de l’action de l’éther, de l’air ou de tout autre milieu, corporel ou incorporel, qui pousse l’un vers l’autre d’une manière quelconque tous les corps qui y nagent. »
Ainsi Newton laissait la question en suspens ; mais après lui on s’est peu à peu habitué à considérer la gravité comme une sorte de qualité inhérente aux corps. Bien des gens admettent aujourd’hui pour premier axiome que la matière est inerte, et pour second qu’elle s’attire suivant telles et telles lois. Nous avons déjà dit qu’il faut choisir entre ces deux idées contradictoires. Si les molécules se portent les unes vers les autres en vertu d’une cause qui est en elles, que venez-vous dire qu’elles sont inertes ? Elles sont actives au contraire, et tout l’échafaudage que vous avez élevé sur l’idée d’inertie s’écroule par sa base. Que sera-ce donc si de la gravité nous passons à l’affinité chimique ! Si les molécules se choisissent en vertu d’un principe qui est en elles, elles ont donc une initiative propre, elles ont des volontés, des caprices ! La chimie devient l’étude des passions moléculaires. Nous allons y trouver des sympathies et des haines, des instincts vils et de nobles sentimens, des tendresses légitimes et des ardeurs coupables, des mariages heureux et des unions troublées, de sourdes inimitiés et des luttes éclatantes. Voilà les idylles et les drames que nous présente la chimie, si nous logeons dans les molécules un principe répulsif et un principe attractif, comme on loge quelquefois l’esprit du bien et l’esprit du mal dans les âmes humaines.
On fait une pure fiction géométrique quand on suppose que deux molécules agissent l’une sur l’autre à distance. En réalité, nous ne connaissons que des actions qui ont lieu au contact par la communication du mouvement. Entre les molécules se trouvent les atomes éthérés ; des uns aux autres les chocs se transmettent ; la matière demeure inerte et ne fait que se mouvoir du côté où elle est poussée. Les forces répulsives se sont déjà évanouies devant l’idée de mouvement calorifique ; les forces attractives doivent également se réduire à des effets d’impulsion.
Si l’on compare les trois forces que nous trouvons rangées dans la même famille, la gravité, la cohésion, l’affinité chimique, on est d’abord frappé de la disproportion qu’elles présentent. Combien la cohésion est plus puissante que la gravité ! Un fil de fer ne peut rompre sous son propre poids que s’il atteint une longueur de 5,000 mètres. Il faut donc que la pesanteur accumule des masses énormes de métal pour vaincre l’adhérence qui se produit dans une seule tranche du fil ; mais ce qui est plus extraordinaire à coup sûr, c’est qu’une fois l’adhérence vaincue et le fil brisé, le rapprochement le plus étroit des parties disjointes n’y fait pour ainsi dire renaître aucune trace de la cohésion primitive. Ainsi la cohésion, incomparablement plus intense que la pesanteur, n’est sensible qu’à des distances extrêmement petites ; la pesanteur, plus faible au contraire, continue son action à des distances infinies. Si l’on veut se faire une idée comparative de ces forces diverses, on peut considérer les indications suivantes : elles sont dues à un savant physicien, M. Dupré, qui depuis longues années s’est voué à l’étude des actions moléculaires. M. Dupré déduit de ses expériences et de ses calculs la force nécessaire pour vaincre l’affinité mutuelle des élémens de l’eau, pour séparer violemment l’oxygène et l’hydrogène sur une section d’un millimètre carré ; il trouve que cette force devrait aller à 1673 kilogrammes. Pour vaincre la simple adhérence moléculaire de l’eau, pour arracher une tranche à sa voisine, il faudrait une force de 70 kilogrammes par millimètre carré. On sait d’ailleurs que sur cette même surface la pesanteur n’exerce qu’une action de 10gr,33. En comparant les trois nombres qui représentent dans cet exemple les puissances respectives de l’affinité, de la cohésion, de la pesanteur, on peut apprécier l’énorme différence de leurs valeurs.
Abordons, sans plus tarder, les considérations théoriques qui peuvent nous éclairer sur la nature des forces attractives et commençons par la gravité. Imaginons l’éther uniformément répandu dans l’espace ; ses atomes, animés de mouvemens de projection et de mouvemens rotatoires, se choquent les uns les autres de la manière que nous avons déjà dite. Supposons maintenant qu’en un point de ce milieu il y ait une cause spéciale et permanente d’ébranlement ; ce sera par exemple une molécule pesante animée elle-même d’un mouvement vibratoire. L’ébranlement va se répandre dans la masse éthérée et, en raison de la nature du milieu, s’y propager dans tous les sens. Les atomes les plus rapprochés de la molécule pesante recevront des chocs violens, ils seront puissamment chassés, leurs rangs s’éclairciront dans le voisinage du centre d’ébranlement, et la couche contiguë à la molécule deviendra moins dense que le reste du milieu. L’action motrice persistant, ce même effet va se propager de couche en couche à travers l’espace. Comme résultat final, l’éther se trouvera distribué autour du centre d’ébranlement en couches concentriques dont les premières, les plus voisines de la molécule, seront les moins denses, et qui iront indéfiniment en augmentant de densité. On peut se représenter facilement cet état de choses et en tracer la figure : la molécule au centre, autour d’elles des sphères d’atomes espacées d’abord, puis de plus en plus rapprochées. Notons même en passant que la différence de densité des couches contiguës, comme tous les effets qui se propagent suivant des sphères concentriques, est inversement proportionnelle aux surfaces de ces sphères, c’est-à-dire aux carrés de leurs rayons.
Cela établi, supposons qu’une seconde molécule se trouve en un point quelconque de ce système. Elle rencontrera du côté de la première des couches d’éther moins denses que du côté opposé ; choquée par l’éther dans tous les sens, elle recevra cependant moins de chocs du côté de la première molécule, et elle tendra par conséquent à s’en approcher. Ainsi apparaît la cause de la gravité. La seconde molécule est poussée vers la première parce qu’elle rencontre des couches éthérées de densités différentes, et l’énergie de cette action, par la raison que nous avons indiquée tout à l’heure, est inversement proportionnelle au carré de la distance des deux molécules. On reconnaît dans cet énoncé la loi suivant laquelle agit la gravité.
Ce que nous venons de dire de molécules isolées s’applique d’ailleurs à des molécules groupées de manière à former un corps. Un pareil assemblage déterminera dans l’éther cette variation de densité que nous avons décrite ; il la déterminera avec d’autant plus de force que les molécules seront plus nombreuses ou la masse du corps plus grande. Les astres enfin ne sont que des corps volumineux sollicités par cette même cause qui fait tomber les graves à la surface de la terre. Pour les uns comme pour les autres, l’attraction n’est que cette tendance au rapprochement dont nous venons de rapporter l’origine à des impulsions extérieures.
Sans doute les indications sommaires qui viennent d’être données ne constituent pas une démonstration rigoureuse. Pour éclaircir une question de si haute importance, il faudrait suivre les phénomènes par le menu, montrer dans leur détail les répercussions d’ordres divers au moyen desquelles l’éther se dispose autour des molécules en couches différemment denses. Il faudrait aller au-devant des doutes que peut faire naître un pareil exposé, répondre aux principales objections qui peuvent se présenter. On demandera par exemple pourquoi l’effet que nous décrivons est propre aux molécules matérielles, pourquoi il ne se produit pas, au moins çà et là, autour des atomes éthérés. Ici la réponse est facile. Au milieu de la masse éthérée, en l’absence de toute molécule, tout est symétriques par rapport à chaque atome ; l’effet commence, si l’on veut, autour de chacun des atomes ; c’est comme s’il ne commençait autour d’aucun d’eux, et le milieu reste uniformément dense : il faut un centre d’ébranlement pour en rompre l’uniformité. On demandera encore si ce n’est pas une supposition bien arbitraire que de donner aux atomes, et surtout aux molécules, la forme ronde qui semble nécessaire au premier abord pour expliquer la régularité des chocs et la symétrie de leurs effets. Ici encore il est aisé de répondre. La théorie des rotations enseigne en effet que les chocs ne dépendent pas de la forme extérieure des corps et qu’on peut toujours imaginer qu’un solide de forme quelconque soit remplacé par un globe ellipsoïde. La forme ronde n’est donc réellement nécessaire ni aux molécules ni même aux atomes. Bien d’autres objections seraient à détruire ; mais on conçoit que nous ne puissions ici analyser toutes les circonstances du phénomène. Notre but est atteint si l’on a saisi le principe général de l’explication qui vient d’être donnée, et si l’on voit comment le mouvement de l’éther peut produire l’attraction terrestre aussi bien que l’attraction sidérale.
Il reste un point cependant dont nous ne pouvons nous empêcher du dire quelques mots. On peut remarquer que l’astronomie moderne s’est faite tout entière sans la notion de l’éther. Ce sont les physiciens qui, d’abord par leurs études sur la lumière, puis par les inductions qu’ils en ont tirées, ont imposé à la science l’idée de ce fluide universel. On peut se demander dès lors si cette idée De va pas se trouver en désaccord avec les lois astronomiques qui ont été établies sans elle. Ceux qui répugnent à admettre l’exisôence de l’éther ne manquent pas d’objecter que la marche des astres doit être retardée par ce fluide, que les planètes, en raison de la résistance qu’elles rencontrent, doivent aller sans cesse en se rapprochant du soleil, et que cependant les astronomes ne constatent aucun symptôme d’un semblable effet. — Le retard existe peut-être sans qu’on puisse le constater, répondent les partisans de l’éther. Si nous nous plaçons sur le terrain des faits, nous sommes certains que ce retard ne peut être que très faible en raison de la ténuité du fluide qui le produit. On a établi des calculs d’après lesquels la résistance de l’éther raccourcirait de 3 mètres par an la distance de la terre au soleil ; la durée de l’année serait ainsi abrégée d’une seconde en six mille ans ; l’état de nos observations astronomiques ne permet pas de distinguer une pareille conséquence au milieu des perturbations déjà connues de l’orbite terrestre.
Ne trouvant point de faits décisifs dans les mouvemens planétaires, la controverse se rejette sur les comètes. Si la résistance éthérée est insensible pour les planètes à cause de la grande densité qu’elles présentent, elle doit être appréciable pour les comètes, qui n’ont pour ainsi dire pas de masse, et qu’on a pu appeler des riens visibles[3]. Ici une considération intervient pour obscurcir le problème. L’extrême légèreté des comètes doit les rendre sensibles à la résistance d’un milieu universel sans nul doute, mais elle les expose aussi à des perturbations d’autres sortes. Elles sont puissamment déviées de leur route lorsqu’elles passent dans le voisinage des corps planétaires. Quand la comète de Lexell a traversé en 1770 les satellites de Jupiter, la durée de sa révolution s’est trouvée brusquement réduite de cinquante ans à cinq ans et demi. Comment discerner au milieu de perturbations de cet ordre l’influence de l’éther ? La comète d’Encke, dont la périodicité est connue depuis 1818, n’a qu’une révolution de très courte durée, trois ans et un quart environ ; son orbite est comprise tout entière dans celle de Jupiter. En comparant ses apparitions successives depuis 1818, on a remarqué une diminution graduelle dans la durée de sa révolution ; on a prouvé d’ailleurs que cet effet ne provenait pas de l’action perturbatrice des planètes. Certains astronomes en ont conclu qu’il devait être attribué à la résistance d’un milieu, et ils ont vu là une première démonstration astronomique de l’existence de l’éther ; mais cette conclusion, tirée d’un exemple unique, au milieu de l’incertitude qui règne encore sur la plupart des particularités du mouvement cométaire, ne peut pas être regardée comme bien rigoureuse.
Ainsi les observations astronomiques ne fournissent aucun fait caractéristique au sujet de la résistance d’un milieu, et il n’y a rien à conclure à cet égard ni de la marche des planètes ni de celle des comètes ; mais nous avons à nous demander maintenant si l’explication qui vient d’être donnée au sujet de l’origine de l’attraction n’éclaire pas le problème d’un jour tout nouveau. L’analyse mathématique ramène à deux forces les causes qui produisent le mouvement curviligne des astres ; une force initiale d’impulsion ou vitesse acquise tend à les diriger en ligne droite, tandis que la gravité en infléchit incessamment le cours. C’est cet équilibre dynamique, établi par les astronomes en dehors de toute notion de l’éther, qui a paru compromis dès que les physiciens ont admis l’existence d’un milieu universel ; l’éther devait déranger cette pondération de deux forces instituée sans son concours. Si maintenant l’on reconnaît qu’il est l’origine de l’une au moins des deux forces, la question change de face. On ne peut plus dire qu’il soit resté étranger à l’établissement des équilibres célestes, et il se trouve au contraire qu’on l’y a fait entrer sans le connaître. Qu’on ne vienne plus dès lors parler d’une résistance nouvelle introduite par l’éther ! Sa façon de résister aux mouvemens célestes, c’est précisément de déterminer l’attraction et d’infléchir ainsi le cours des astres. Nous disons que l’éther produit la gravité, qu’il pousse les corps célestes dans un certain sens ; c’est donc que nous avons tenu compte de toutes les actions qu’il exerce, des chocs qu’il donne de tous les côtés. Ce serait faire un double emploi que d’introduire une seconde fois dans nos calculs, sous forme de résistance au mouvement, les chocs que reçoivent les astres du côté où ils se meuvent. S’il en est ainsi, s’il est vrai de dire que l’éther ne peut être considéré à la fois comme une cause du mouvement sidéral et comme un obstacle à ce mouvement, nous n’avons plus à nous étonner que l’astronomie ne trouve en aucun point des cieux la marque d’un milieu résistant.
Il est donc possible de faire rentrer dans le cadre de notre hypothèse la cause qui produit la gravité des corps ; mais c’est là, — nous ne pouvons nous le dissimuler, — un des points les plus difficiles que nous ayons à traiter. Telles sont les habitudes de notre esprit que l’origine de l’attraction nous paraît inabordable. Rattacher cette conception à une idée plus générale semble une entreprise chimérique. Pour appuyer la démonstration que nous avons tentée à cet égard, il ne sera pas inutile que nous rappelions par quelques traits rapides comment est née, comment s’est développée cette grande idée de l’attraction universelle. En indiquant le rôle qu’elle a joué dans l’histoire de nos sciences, nous marquerons mieux la place qu’elle doit tenir dans la physique contemporaine. En voyant comment l’esprit humain s’est élevé à une loi si haute, il nous semblera qu’il peut monter encore, et que, pour avoir expliqué tant de choses, la gravité n’est pas inexplicable.
L’astronomie moderne commence au livre des Révolutions célestes, que Copernic publia en 1543. Copernic, renversant la doctrine de Ptolémée, plaçait le soleil au centre du monde ; il faisait tourner autour de cet astre les six planètes alors connues, Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter et Saturne, et il les animait elles-mêmes d’un mouvement de rotation sur leurs axes. Bien que dédié au pape Paul III, le livre des Révolutions célestes fut condamné comme contraire au texte des Écritures. Soit qu’il voulût échapper aux censures de la cour romaine, soit qu’il eût l’ambition d’attacher son nom à un système qui lui fût propre, Tycho-Brahé adopta une hypothèse éclectique. Il priva la terre de son double mouvement, et fit tourner autour d’elle la lune et le soleil conformément à la doctrine de Ptolémée ; mais il admit en même temps la rotation de Mercure, de Vénus, de Mars, de Jupiter et de Saturne autour du soleil. Malgré cette théorie bizarre, Tycho-Brahé est un des fondateurs de la science céleste. Aidé de disciples et de collaborateurs nombreux dans la petite cité astronomique qu’il avait fondée, il fouilla le ciel dans tous les sens, et accumula au sujet des mouvemens planétaires une quantité prodigieuse d’observations qui servirent de base aux travaux de Kepler.
On connaît les trois grandes lois auxquelles Kepler a donné son nom. Copernic et Tycho-Brahé avaient conservé la croyance des anciens, qui regardaient la marche des planètes comme circulaire. C’est sur cette opinion que porta d’abord l’examen de Kepler. En comparant les observations de Tycho sur les mouvemens de la planète Mars avec celles qu’il avait faites lui-même, il s’assura que l’orbite de cet astre n’était pas circulaire ; après avoir essayé inutilement plusieurs hypothèses, il reconnut enfin qu’il pouvait satisfaire au résultat de ses calculs en supposant que l’orbite de Mars était une ellipse dont le soleil occupait un foyer. Du même coup il trouva que les aires décrites autour du foyer par le rayon vecteur sont égales dans des temps égaux. Telles sont les deux premières lois indiquées par Kepler. Après les avoir vérifiées sur plusieurs planètes, il les publia en 1609 dans un mémoire De motibus stellœ Martis. La troisième loi consiste en ce que les carrés des temps des révolutions planétaires sont proportionnels aux cubes des grands axes des orbites. C’est celle qui a coûté le plus d’efforts au génie persévérant de Kepler. La manière dont il l’annonce dans son traité Harmonices mundi se ressent de l’enthousiasme que lui causa une pareille découverte. « Après avoir trouvé, dit-il, les vraies dimensions des orbites par les observations de Brahé et par l’effort continu d’un long travail, enfin j’ai découvert la proportion des temps périodiques à l’étendue de ces orbites… Et si vous voulez en savoir la date précise, c’est le 8 mars de cette année 1618 que, d’abord conçue dans mon esprit, puis essayée maladroitement dans des calculs, partant rejetée comme fausse, puis reproduite le 15 mai avec une nouvelle énergie, elle a surmonté les ténèbres de mon intelligence, si pleinement confirmée par mon travail de dix-sept ans sur les observations de Brahé et par mes propres recherches que je croyais d’abord rêver et faire quelque pétition de principe. Mais plus de doute, c’est une proposition très certaine et très exacte que le rapport entre les temps périodiques de deux planètes est précisément sesquialtère du rapport des moyennes distances[4]. » Ainsi Kepler avait déterminé, dans trois grandes lois de fait, l’orbe des planètes et les conditions de leur mouvement. Il était si près du principe d’où ces lois dérivent, qu’on peut se demander s’il ne l’a pas pressenti. Doué d’une ardente imagination, il chercha naturellement la cause de ces mouvemens dont il avait trouvé la nature; mais sous ce rapport ses ouvrages ne nous montrent guère que les exubérances de l’ancienne fantaisie astrologique : les vieilles théories pythagoriciennes, les mystérieuses propriétés des nombres y jouent un rôle singulier, et l’on est étonné des rêves bizarres qui se trouvent mêlés aux calculs les plus solides. Il eut cependant sa théorie sur l’attraction solaire. Il donnait au soleil un mouvement de rotation sur un axe perpendiculaire à l’écliptique, pressentant ainsi une vérité que l’expérience ne devait prouver que bien plus tard; des espèces immatérielles émanées de cet astre dans le plan de son équateur, douées d’une activité décroissante en raison des distances, faisaient participer chaque planète à ce mouvement circulaire. La planète entraînée par cette effluence transcendante suivait la rotation du soleil, et en même temps, par une sorte d’instinct ou de magnétisme, elle s’approchait et s’éloignait alternativement de l’astre central, tantôt s’élevant au-dessus de l’équateur solaire et tantôt s’abaissant au-dessous.
En même temps que Kepler déterminait les conditions du mouvement planétaire, Galilée trouvait la loi de l’accélération des corps qui tombent librement à terre ou qui glissent sur des plans inclinés; il établissait les propriétés générales du mouvement uniformément accéléré. Les lois de la pesanteur à la surface de la terre constituaient les premières bases de la mécanique. Bientôt Huyghens perfectionnait la théorie du pendule et donnait par sa Théorie des forces centrales dans le cercle de brillantes indications sur la force centrifuge. Tels sont les principaux élémens d’où Newton fit sortir la grande découverte de l’attraction universelle. Les méthodes du calcul venaient aussi de s’enrichir de mémorables inventions : Descartes avait fondé la géométrie analytique, et Fermât venait de poser les principes du calcul infinitésimal. Ainsi les travaux d’un demi-siècle fécond en grands géomètres et en grands astronomes concoururent à réunir les matériaux que Newton sut mettre en œuvre. La tradition rapporte que Newton, retiré à la campagne pendant l’année 1666, vit une pomme tomber d’un arbre ; dirigeant alors sa pensée vers le système du monde, il conçut l’idée que cette force qui attirait les corps vers la surface du sol était celle qui faisait tourner la lune autour de la terre et les planètes autour du soleil. Les lois de Kepler lui fournirent d’admirables données dont il tira les conséquences analytiques. De la loi des aires proportionnelles aux temps, il conclut que chaque planète est soumise à une attraction constamment dirigée vers le soleil. Du mouvement elliptique, il conclut que pour une même planète la tendance vers le soleil varie d’un point à l’autre de l’orbite en raison inverse des carrés des distances. Il avait donc le moyen de comparer les gravitations d’une même planète vers le soleil en deux points quelconques de son orbite ; mais cela n’était pas suffisant, il fallait de plus savoir comparer les gravitations de deux planètes différentes, car il pouvait se faire que d’une planète à l’autre il y eût un changement dans l’attraction. La troisième loi de Kepler, la proportionnalité entre les carrés des temps et les cubes des moyennes distances, permit à Newton de compléter sa théorie et de ramener toutes les attractions à l’unité ; cette loi signifie en effet que toutes les planètes, à masses et à distances égales, seraient également attirées par le soleil. La même égalité de pesanteur existe dans tous les systèmes de satellites, et Newton s’en assura pour la lune ainsi que pour les satellites de Jupiter.
C’est par l’attraction lunaire qu’il commença la vérification de sa théorie. Il s’agissait de déterminer si la force qui dévie sans cesse la lune vers la terre est identique à la pesanteur terrestre. Dans ce cas, les actions de ces forces rapportées au centre de la terre devaient être dans le rapport du rayon terrestre pris pour unité au carré de la distance qui sépare les deux astres. Newton entreprit cette vérification en partant des expériences de Galilée sur les corps graves ; mais on n’avait alors qu’une mesure inexacte du rayon terrestre, et le grand géomètre vit le résultat de son calcul en désaccord avec son hypothèse. Persuadé dès lors que des forces inconnues s’ajoutaient à la pesanteur lunaire, il renonça pour un temps à ses idées. Quelques années plus tard, l’Académie des Sciences venant de faire mesurer en France un degré du méridien et une nouvelle mesure du rayon terrestre étant résultée de ce travail, Newton reprit ses recherches, et il trouva cette fois que la lune était retenue dans son orbite par le seul pouvoir de la gravité. La vue de ce résultat, dont il avait désespéré, lui causa, au dire de ses biographes, une si vive excitation, qu’il ne put vérifier son calcul et qu’il dut en confier le soin à un ami. Ainsi une même loi, une loi unique et grandiose, expliquait tous les mouvemens des corps à la surface des planètes et ceux des astres dans l’espace. Les principaux développemens de cette loi furent réunis dans l’immortel traité des Principes mathématiques, que Newton publia vers la fin de l’année 1687.
Parvenu à un principe qui embrassait l’ensemble du monde, Newton en fit lui-même de brillantes applications. Il prouva que la terre en tournant a dû s’aplatir vers les pôles, et il détermina la mesure suivant laquelle varient les degrés du méridien. Il vit que les attractions du soleil et de la lune font naître et entretiennent dans la mer les oscillations qui en constituent le flux et le reflux. Il montra enfin comment le renflement du sphéroïde terrestre à l’équateur et l’inclinaison de l’axe polaire sur l’écliptique déterminent le phénomène de la précession des équinoxes. Il connut d’une façon générale, même avec précision sur quelques points, les perturbations qui affectent le système planétaire. Si l’on considère une seule planète gravitant vers le centre du soleil, elle doit obéir strictement aux lois de Kepler, mais il n’en est plus de même si on considère l’attraction de plusieurs astres les uns vers les autres, si au lieu de deux corps on en prend trois ; les conditions changent alors, et les mouvemens se compliquent jusqu’à devenir très difficilement abordables à l’analyse. Newton assigna le sens et parfois la valeur numérique de quelques perturbations planétaires, traçant ainsi dans leur germe les méthodes qui devaient de nos jours permettre au calcul d’aller chercher la planète Neptune aux extrémités du système solaire. Il connut ces phénomènes perturbateurs qui affectent les élémens des orbites planétaires et que l’astronomie divise en deux catégories, les inégalités séculaires à très longue échéance, et les inégalités périodiques dont le terme n’est que de quelques années ; mais quand il vit que les ellipses planétaires s’approchent ou s’éloignent successivement de la forme circulaire, que les orbites ne restent pas toujours également inclinées sur un plan fixe, qu’elles coupent l’écliptique suivant des lignes qui se meuvent dans l’espace, une pensée décourageante entra dans son esprit. Il lui sembla que les faibles valeurs de toutes ces variations, en s’ajoutant à la suite des siècles, devaient bouleverser le système du monde ; il déclara que ce système n’avait pas en lui-même des élémens durables de conservation, et qu’il fallait qu’une puissance transcendante intervînt de temps en temps pour en réparer les désordres. Leibniz releva vivement une pareille opinion, et se moqua de cette croyance à un miracle intermittent. Newton riposta par des railleries au sujet de la doctrine de l’harmonie préétablie, qui était, il faut l’avouer, une des conceptions les plus bizarres de la métaphysique. La querelle s’aigrit même et se compliqua de la controverse acerbe où l’on vit ces deux grands esprits se disputer l’invention du calcul différentiel.
Newton avait tracé une sublime ébauche de la théorie du mouvement sidéral ; mais ce n’était qu’une ébauche. Il fallut que l’analyse mathématique fît des prodiges, il fallut qu’Euler, Clairaut, d’Alembert, Lagrange et Laplace accumulassent leurs efforts pour que l’esquisse devînt un tableau. Clairaut donna le premier une solution complète et satisfaisante du problème des trois corps, qui consiste à déterminer la marche d’une planète soumise aux attractions combinées de deux autres astres. On continuait à s’inquiéter des perturbations astronomiques dont la périodicité n’était pas reconnue. Ce fut Laplace qui le premier y découvrit une donnée propre à nous rassurer sur la conservation du système planétaire. Au milieu des perturbations de toute sorte que l’observation fait connaître, il y a une quantité qui demeure constante ou qui du moins n’est sujette qu’à de petites variations périodiques ; c’est le grand axe de chaque orbite, dont dépend, suivant la troisième loi de Kepler, la durée de la révolution de chaque planète. Le monde solaire se trouva comme raffermi, et l’on vit qu’il ne fait qu’osciller autour d’un état moyen dont il ne s’écarte jamais que de quantités très petites. A peine ce résultat était-il obtenu qu’il sembla compromis. On signala des inégalités constantes dans la marche de Jupiter et de Saturne. En comparant les anciennes observations aux nouvelles, on trouvait que le mouvement de Jupiter allait sans cesse en s’accélérant, et que celui de Saturne était sujet au contraire à un ralentissement graduel. La conséquence théorique de ces faits était de nature à frapper les esprits : on devait en conclure que Jupiter irait graduellement en se rapprochant du soleil jusqu’à se jeter sur lui ; Saturne au contraire était destiné à s’éloigner sans cesse du centre de notre système et à s’enfoncer pour toujours dans les profondeurs de l’espace que nos télescopes n’atteignent pas. L’Académie des Sciences s’émut de ces éventualités ; elle appela sur cette question les travaux des géomètres. Euler, Lagrange, descendirent dans l’arène sans résoudre la difficulté ; ce fut encore l’analyse savante de Laplace qui montra dans les perturbations réciproques de Jupiter et de Saturne la raison des anomalies signalées par les observateurs, et qui les expliqua par une inégalité à longue période dont le développement exige plus de neuf cents ans. On connaît d’ailleurs des inégalités dont la période est bien plus longue : celles qui dépendent de la précession des équinoxes ont une durée de deux cent soixante siècles ; l’excentricité de l’orbite terrestre va en diminuant depuis les âges les plus reculés suivant une période dont la durée ne se compte ni par siècles, ni par milliers d’années, c’est une étendue dans laquelle l’histoire des observations astronomiques, celle même de la race humaine, ne figurent en quelque sorte que comme un point.
Nous venons de suivre l’idée newtonienne jusqu’au moment où elle a rendu compte de tous les phénomènes célestes ; mais il ne faut pas croire qu’elle se soit imposée tout de suite à tous les esprits. Ses origines furent signalées par les luttes les plus vives. La querelle du cartésianisme et du newtonianisme remplit toute la première moitié du XVIIIe siècle. La physique de Descartes ne céda que lentement devant celle de Newton, et sur le terrain même des faits l’avantage resta longtemps indécis entre les deux doctrines. Non-seulement la synthèse que Newton avait tirée des lois de Kepler, mais ces lois mêmes furent longtemps contestées. A la fin du XVIIe siècle, Dominique Cassini proposait de substituer aux ellipses de Kepler une courbe qui paraissait s’adapter plus exactement aux mouvemens sidéraux ; cette courbe a pris le nom de cassinoïde[5]. On niait une des premières conséquences de la théorie de Newton, l’aplatissement de la terre vers les pôles ; les fils de Cassini, héritiers des traditions paternelles, prouvaient par la mesure d’un arc du méridien que la terre est un sphéroïde allongé dans le sens de son axe. Cette opinion prévalut dans notre Académie des Sciences jusqu’au moment où une grande expédition fut organisée pour déterminer les longueurs comparatives d’un degré près du pôle et près de l’équateur ; Bouguer et La Condamine partirent en 1735 pour le Pérou, Maupertuis et Clairaut se rendirent en Laponie. L’hypothèse de Newton sortit victorieuse de cette épreuve, et vers 1744 la plupart des savans, les deux Cassini eux-mêmes, reconnurent les erreurs d’expérience ou de raisonnement qui leur avaient fait prendre la terre pour un sphéroïde allongé. C’était le moment où la physique de Descartes sombrait enfin avec une grande partie de sa métaphysique, et l’idée newtonienne, vulgarisée par Voltaire, puis par les encyclopédistes, demeura triomphante.
Mais quel était, si nous allons au fond des choses, le point spécialement discuté entre les cartésiens et les disciples de Newton ? Descartes était parti de ce principe, que tout dans l’univers doit être expliqué par le mouvement, et ce n’est pas nous qui lui en ferons un reproche ; c’est à ce point de vue même que se place la science contemporaine, et la plupart de nos physiciens, qu’ils le veuillent ou non, se trouvent cartésiens à cet égard. Seulement, le principe posé. Descartes, sans faits, sans observations, sans expériences, sans aucune preuve, par une pure conception de son esprit, avait créé un système du monde : le monde était plein de matière, absolument plein, sans aucun vide ; de vastes courans circulaires régnaient à travers cette matière et entraînaient avec eux les planètes comme le courant d’un fleuve entraîne des bateaux. Les disciples de Descartes n’avaient rien rabattu de l’idée du maître, et ils accumulaient de laborieuses explications pour montrer comment les tourbillons pouvaient se propager dans le plein absolu, comment les particules de matière pouvaient glisser les unes sur les autres sans aucun vide interstitiel. En face de cette doctrine, Newton vint placer la loi de la gravitation universelle ; cette loi contenait en elle-même une masse énorme de faits : non-seulement elle expliquait tous ceux qui étaient connus, mais elle en faisait prévoir de nouveaux, et l’expérience venait justifier toutes ses prévisions. Les newtoniens se sentaient donc sur un terrain très solide. Dans leur enthousiasme, ils sortaient du domaine des faits et en venaient à regarder la gravitation comme une cause mystérieuse d’un ordre supérieur à tous les phénomènes physiques. Newton, nous l’avons montré tout à l’heure, s’était gardé de cet excès, au moins dans les commencemens de sa carrière et dans le livre des Principes. Peut-être fut-il moins réservé à cet égard dans sa vieillesse. Quant à ses disciples, ils avaient une pente manifeste à se croire en possession d’un principe surnaturel. C’est contre cette tendance que réagissait l’école cartésienne ; elle repoussait la cause occulte qu’on lui présentait, mais elle rejetait du même coup la cause et les effets démontrés par l’expérience. Elle fermait les yeux pour ne pas voir l’astronomie nouvelle, et elle s’obstinait dans sa physique de fantaisie. Elle tomba sous le ridicule, et l’hypothèse des tourbillons, dont Fontenelle fut le dernier défenseur, entraîna dans sa chute toute la doctrine cartésienne. On voit ainsi souvent dans le condit des idées humaines, lorsque deux grandes doctrines se sont combattues avec acharnement, l’une d’elles succomber tout entière et les vainqueurs effacer sans distinction tout ce que les vaincus avaient inscrit sur leur drapeau. Pour nous, qui regardons maintenant ce débat historique à travers l’apaisement des années, nous voyons le terrain où les deux doctrines ennemies pouvaient se concilier. La gravitation newtonienne et tous les faits qu’elle embrasse nous apparaissent, conformément au principe cartésien, comme des conséquences de mouvemens matériels.
Ces deux principes, si longtemps ennemis, s’unissent et se confondent dans l’idée générale que nous pouvons maintenant nous faire du système du monde. Cette idée générale se forme dans notre esprit si nous rapprochons dans une vue d’ensemble l’hypothèse de Laplace sur la naissance du système solaire, les conjectures que l’astronomie contemporaine tire de l’aspect des nébuleuses et les données que nous avons développées précédemment sur le rôle d’une substance éthérée. Commençons par rappeler en peu de mots l’hypothèse de Laplace. Notre système planétaire n’aurait été d’abord qu’une nébuleuse dont les limites se seraient étendues bien au-delà des orbites actuelles de nos planètes, et qui se serait successivement condensée à travers les âges. Le noyau solaire qui s’y forme n’est qu’une masse gazeuse animée d’un mouvement de rotation qu’elle partage avec une immense atmosphère. Par le refroidissement général du système, cette atmosphère abandonne successivement, dans le plan de son équateur, des zones lenticulaires d’où naissent les planètes. Quelquefois ces zones conservent la forme circulaire, comme les anneaux de Saturne nous en montrent des exemples. Le plus souvent elles se séparent en plusieurs parties. Les fragmens peuvent rester désunis, comme nous le voyons dans le monde des petites planètes situées entre Mars et Jupiter. Ils peuvent aussi, et c’est le cas le plus fréquent, se réunir en une seule agglomération. Les planètes ainsi formées sont à l’origine des masses gazeuses qui continuent à tourner autour du soleil ; elles tournent aussi sur elles-mêmes, parce que dans l’anneau originel les molécules les plus éloignées du centre solaire avaient une plus grande vitesse que les autres. Par cette rotation, chacune d’elles prend la forme d’un sphéroïde aplati aux pôles, et bientôt dans chacun de ces petits mondes recommence le phénomène expliqué tout à l’heure : l’atmosphère planétaire abandonne des anneaux d’où naissent les satellites. Les noyaux des planètes, ceux des satellites, se solidifient par leur surface, les atmosphères se resserrent contre leurs noyaux, et l’immense étendue que remplissait d’abord la nébuleuse n’est plus occupée que par quelques globes célestes qui se meuvent régulièrement autour de leur centre commun. L’auteur de la Mécanique céleste n’a présenté qu’avec réserve cette hypothèse grandiose ; il l’a placée modestement dans une note qui termine son Exposition du système du monde. Elle n’a pas laissé de prendre une haute importance, comme la seule conception qui rende compte des principaux phénomènes planétaires. Elle explique pourquoi toutes les planètes circulent autour du soleil à peu près dans un même plan, pourquoi ce plan de circulation générale est précisément celui de l’équateur solaire, pourquoi les planètes décrivent des ellipses qui ressemblent presque à des cercles, pourquoi leurs mouvemens de translation et leurs mouvemens de rotation ont lieu dans le même sens, pourquoi toutes les circonstances observées dans la marche des planètes autour du soleil se retrouvent dans la circulation des satellites autour des planètes[6].
L’hypothèse de Laplace nous conduit donc depuis l’origine du soleil jusqu’au développement complet de notre système solaire ; mais concevons maintenant une phase antérieure et efforçons-nous d’en imaginer l’histoire. Reportons-nous à un point de la suite des âges où nul système n’existe encore. L’éther seul remplit l’espace de ses atomes en mouvement. Si ce milieu est rigoureusement semblable à lui-même dans toutes ses parties, l’agitation uniforme continuera sans fin ; mais si parmi ces atomes primitifs il existe en certains points quelque dissemblance, les atomes prépondérans deviennent aussitôt des centres de groupement. Ils s’approchent les uns des autres suivant le mode que nous avons décrit. Une sorte de triage s’opère ainsi dans la masse universelle ; l’éther devient de plus en plus homogène à mesure que les élémens de dissemblance se réunissent en certains centres. Ainsi se forme au sein de l’éther de plus en plus épuré une essence cosmique universellement répandue, germe subtil de la matière pondérable. C’est en effet la gravité qui vient de prendre naissance dans le phénomène que nous avons esquissé, et elle s’accuse plus nettement à mesure que se dessinent les groupes moléculaires, et que l’éther se trouve amené à l’uniformité atomique. Voilà donc l’espace occupé par une sorte de réseau embryonnaire dont les atomes éthérés remplissent les interstices. Le mouvement d’attraction qui a commencé ne s’arrête plus. En même temps que l’éther tendait vers un régime uniforme, les molécules rudimentaires absorbaient tous les élémens de dissemblance : aussi sont-elles inégalement choquées dans des sens divers ; le mouvement de translation et le mouvement de rotation leur sont naturels. La variété est aussi le caractère du réseau cosmique en raison même de son origine ; il se déchire donc çà et là en nappes irrégulières, où se manifestent des effets de concentration. Ici nous touchons au point où l’observation télescopique vient au secours de la spéculation pure. A mesure que les astronomes plongent plus avant dans les profondeurs des cieux, ils découvrent un nombre de plus en plus considérable de ces nappes cosmiques, dont les unes sont résolubles en étoiles, tandis que les autres conservent l’aspect de nébulosités irréductibles. Ces dernières ne doivent-elles cette apparence qu’à l’éloignement, et faut-il croire qu’à l’aide de grossissemens plus forts on les décomposerait en points lumineux ? L’opinion peut varier à cet égard dans tel ou tel cas particulier, au sujet de telle ou telle nébuleuse spéciale ; mais l’ensemble des observations porte à croire que ces agglomérations sont des mondes à des degrés divers de formation. Dans les unes, la matière cosmique serait encore diffuse ; dans les autres, les noyaux solaires seraient plus ou moins formés ; dans d’autres encore, les soleils auraient engendré déjà leur cortège de satellites. Ainsi nous aurions devant nous, plus ou moins accessibles à nos télescopes, les spécimens des phases diverses que traversent les mondes.
On n’attachera pas à ces indications plus d’importance qu’elles n’en méritent. Si Laplace renvoyait son hypothèse à la fin d’un de ses livres, où ne faudrait-il pas reléguer l’ébauche cosmogonique qui vient d’être esquissée ? Nous avons essayé de reporter à l’origine même des formations cosmiques cette conception qui nous représente la gravité comme une conséquence des mouvemens de l’éther. Les aperçus que nous avons donnés à cet égard peuvent sembler injustifiables. On peut les rejeter sans infirmer du même coup les considérations qui portent sur la nature même de la gravité, telle que nous pouvons l’observer dans notre monde actuel, au milieu de circonstances accessibles à notre analyse.
Il nous faut maintenant revenir par un saut brusque des mouvemens célestes aux phénomènes moléculaires, des espaces immenses où s’étend la gravité aux distances infiniment petites où se manifestent la cohésion et l’affinité chimique. Nous avons signalé déjà la puissance énorme de ces deux dernières forces ; mais les résultats numériques que nous avons rapportés n’en donnent qu’une faible idée. On sait que des changemens de cohésion, la congélation de l’eau par exemple et la solidification du bismuth, peuvent briser des bouteilles de fer épaisses de plusieurs centimètres ; nous ne parlons pas des effets formidables que produisent les affinités des mélanges explosibles ; les simples actions qui forment et maintiennent les agrégations ordinaires ont une puissance telle qu’on a pu les appeler dans un langage figuré des géans travestis. Il semble au premier abord que les corps célestes absorbent dans leur course à travers l’espace la plus grande partie de la force vive qui est répandue dans l’univers : c’est le contraire qui est vrai ; la force vive que représentent les mouvemens célestes est bien faible, si on la compare à celle qui est concentrée dans les actions moléculaires.
Avant de faire un pas nouveau dans l’examen de ces actions, il importe que nous revenions sur la notion même de molécule, et que nous en précisions le sens. Les molécules des corps réputés simples, de l’oxygène, de l’hydrogène, du carbone, sont-elles des unités indivisibles, de véritables atomes, ou sont-elles des agrégats ? Cette seconde hypothèse, nous l’avons déjà dit, nous paraît seule admissible. Après les premiers travaux qui ont fondé la chimie, lorsque l’analyse s’arrêta devant un certain nombre de substances qu’elle ne put décomposer, on fut porté à regarder ces substances comme différentes dans leur qualité même. Telle fut la doctrine de Berzélius. Dans cette théorie, le carbone, l’or, le platine, sont des corps tout à fait hétérogènes, dont les atomes jouissent par eux-mêmes de propriétés spéciales. Cependant la notion des équivalens, introduite dans la chimie dès le commencement de ce siècle, mettait naturellement les esprits sur la pente d’une doctrine différente. Puisqu’on avait vu que les corps simples se combinent et se remplacent dans leurs combinaisons suivant des proportions nettement définies, on devait être amené à regarder les quantités équivalentes des corps différens comme des collections diverses formées d’une substance unique. Prout avait le premier formulé cette opinion : pour lui, les poids équivalens des corps simples étaient des multiples de celui de l’hydrogène. On reconnut bientôt que cette loi ne pouvait être maintenue dans toute la rigueur de son énoncé : la détermination précise de certains équivalens la mettait en défaut. On fit disparaître les premières exceptions en prenant pour unité le demi-équivalent de l’hydrogène ; mais de nouvelles difficultés surgirent, et il fallut recourir à un fractionnement plus compliqué. La loi de Prout a ainsi perdu peu à peu sa première originalité. Elle reste cependant, corrigée par les tempéramens nécessaires, comme un argument important en faveur de l’unité élémentaire des corps. Nous avons déjà montré comment la physique nouvelle remonte jusqu’aux atomes éthérés pour trouver cette unité élémentaire. Entre les molécules de l’oxygène, de l’hydrogène, du carbone, de l’or, du platine, elle ne conçoit aucune différence qui porte sur la qualité même de la matière ; elle ne voit dans ces corps divers que des propriétés qui résultent du mouvement. Si cela est vrai de ces corps comparés entre eux, cela est vrai aussi des mêmes corps comparés à l’éther. Entre eux et l’éther, où trouverait-on une différence qui portât sur la qualité matérielle ? Toute molécule élémentaire nous apparaît ainsi comme formée d’atomes éthérés. La chaleur désorganise les corps, elle arrive à séparer l’hydrogène et l’oxygène qui forment la vapeur d’eau ; un dernier pas serait à faire : en surchauffant ces molécules mêmes, on arriverait sans doute à les faire éclater et on les résoudrait en atomes éthérés, soit directement, soit par degrés successifs. Voici donc comment se présente à nos yeux l’échelle de l’agrégation matérielle. À l’état le plus ténu, l’atome éthéré ; vient ensuite la molécule élémentaire des corps réputés simples ; ces molécules se combinent, et il en résulte des molécules composées ou chimiques. Celles-ci se réunissent à leur tour et forment ainsi les particules des corps.
On conçoit, au moins d’une façon générale, comment l’agrégation d’une molécule élémentaire peut résulter de l’action d’un milieu et des mouvemens relatifs de ses parties. Sans que nous insistions sur ce point, on peut se représenter cet ordre de phénomènes à l’aide de quelques exemples grossiers, de quelques analogies lointaines. C’est ainsi que la pression de l’air maintient les uns contre les autres les segmens d’une sphère creuse. C’est ainsi qu’une veine liquide prend souvent l’aspect et la consistance d’un solide par le mouvement commun de ses parties. C’est ainsi que nous voyons quelquefois des tourbillons de vent ou de poussière parcourir de grands espaces sans se déformer, parce que les élémens qui les composent sont animés d’une même vitesse angulaire.
Aussi bien, si l’on serre ces questions de près, la physique nouvelle ne les éclaire que de quelques aperçus fugitifs. On lui demanderait en vain de montrer par des exemples décisifs comment les propriétés diverses des molécules naissent de la combinaison des mouvemens. Cette diversité, qui sort pour ainsi dire du sein même de la matière, fut toujours et demeure encore un des plus étranges phénomènes que l’homme puisse aborder. La science ancienne voyait dans les corps une sorte de dualité ; elle imaginait d’une part une matière dépourvue de qualités propres, mais capable de les recevoir toutes, et de l’autre des essences qui s’ajoutaient aux corps pour en constituer les propriétés ; elle supposait que ces essences pouvaient être isolées par la distillation, et l’alchimiste s’efforçait de les recueillir pour les infuser à son gré dans la matière. Après la doctrine des essences, on vit prévaloir l’idée des formes ; une esthétique cachée déterminait au sein des corps les moules où se produisait la diversité moléculaire. Notons que cette conception nous rapproche de celle du mouvement. L’idée du mouvement ne va pas en effet sans une certaine idée de forme ; la géométrie détermine les courbes et les surfaces idéales où se produisent et se limitent les mouvemens. La physique nouvelle rapporte au mouvement la structure et les propriétés des molécules ; elle tire cette conclusion de l’ensemble des lois qu’elle a trouvées ; elle s’y croit autorisée par ce qu’elle sait de plusieurs grands phénomènes naturels, par ce qu’elle a appris de la lumière, de la chaleur, de l’électricité, par les inductions auxquelles elle s’est élevée sur la nature de l’attraction universelle ; mais l’avenir seul montrera si elle peut se rapprocher des conditions originelles qui diversifient les mouvemens dans les profondeurs secrètes de la matière. Il ne faut donc pas nous attarder à la métaphysique des molécules. Les principaux résultats que nous avons énoncés successivement sont indépendans de toute hypothèse sur la constitution moléculaire. Nous avons pris soin de réserver le terme d’atome pour les élémens de l’éther et d’appliquer le nom de molécules à ceux de la matière pondérable ; mais d’ailleurs dans tout le cours de ce travail, si on laisse de côté quelques théories incidentes qui s’en détachent facilement, on peut conserver la notion primitive que fournit la chimie, et considérer les molécules élémentaires comme de petits blocs indivisibles dont la disposition intérieure n’influe pas sur les phénomènes.
On a vu comment les molécules plongées dans l’éther arrivent à s’attirer. Il nous faut un nouveau principe pour expliquer la cohésion, et nous le trouvons dans l’hypothèse de la rotation moléculaire, dont le père Secchi a tiré tant de conséquences ingénieuses. Dans leur rotation, les molécules doivent entraîner avec elles une atmosphère d’atomes éthérés ; c’est un fait que nous avons déjà mis en relief en traitant du changement d’état des corps. L’existence de ces atmosphères (il faut éviter à cet égard une confusion possible) est tout à fait distincte du phénomène qui répartit l’éther en couches différemment denses. Ce dernier effet s’étend à l’infini ; le premier n’a lieu que dans un espace très restreint, au voisinage immédiat de la molécule. Dans cet espace, les atomes participent directement à la rotation moléculaire ; au dehors, ils en sont indépendans. On a montré plus haut comment agissent ces atmosphères quand un corps, en perdant sa chaleur, est ramené de l’état de gaz à la forme liquide et de celle-ci à l’état solide. Faisons remarquer ici que cette hypothèse explique pourquoi la forme liquide et la forme solide naissent tout à coup, à un moment donné, quand les molécules ont été ramenées à une distance précise : tant que les atmosphères ne se touchent pas, aucune trace de cohésion ne se manifeste ; dès qu’elles s’abordent, la force naît. On comprend aussi pourquoi les températures de fusion et de solidification sont fixes pour un même corps ; ces effets ont lieu au moment précis où les atmosphères, variables avec la température, ont atteint le diamètre voulu.
Qu’est-ce maintenant que l’affinité ? Remarquons la nature de son action. Elle agit pendant un temps, plus ou moins brusquement, pour troubler un équilibre ; les corps en présence se saturent l’un de l’autre ; puis un nouvel équilibre succède à cet effet. Ce phénomène peut s’expliquer par l’hypothèse même dont nous venons de nous servir. Entre molécules homogènes, toutes les atmosphères sont semblables, et il n’y a pas de raison déterminante pour que l’une modifie l’autre : la cohésion se produit dans ce cas. Si au contraire des molécules d’espèce différente se trouvent en présence, il y a variété dans les atmosphères ; celles-ci peuvent se fondre l’une dans l’autre et modifier ainsi la position de leurs molécules respectives. Ainsi nous apparaît le principe de l’affinité chimique. Plus les atmosphères seront inégales, plus il y aura de chance pour que l’équilibre en soit rompu, et plus l’action chimique aura d’énergie. Elles peuvent différer d’ailleurs non-seulement dans leurs volumes, mais aussi dans leurs vitesses, et elles offrent ainsi plusieurs élémens de variation. La température influe naturellement sur l’état des atmosphères, et change par là les conditions de l’affinité. Il peut arriver que deux molécules qui ont à un certain moment des atmosphères dissemblables et par suite une affinité très grande arrivent à avoir, si la température change, des atmosphères égales et par conséquent une affinité médiocre. Il peut se faire même, si la température continue à varier, que la valeur relative des atmosphères soit renversée. On rendrait compte ainsi d’anomalies connues ; on expliquerait de cette façon pourquoi, à des températures très rapprochées, on voit tantôt le fer décomposer l’eau et mettre l’hydrogène en liberté, tantôt au contraire l’hydrogène décomposer l’oxyde de fer pour s’emparer de l’oxygène.
La molécule chimique a donc une enveloppe générale ; mais ce n’est pas à dire que les molécules élémentaires restent dépourvues de petites atmosphères spéciales. Il faut remarquer d’ailleurs que ces atmosphères sont pour ainsi dire des phénomènes extérieurs sous lesquels nous retrouvons naturellement les mouvemens mêmes des molécules. C’est entre tous ces mouvemens, ceux des molécules, ceux des enveloppes partielles et ceux de l’enveloppe totale, que s’établit un équilibre d’où résulte la stabilité de la combinaison. Le composé sera d’autant plus stable que cet équilibre dynamique aura moins de chance d’être troublé. Si les élémens sont nombreux, une légère variation de température met le désordre dans cette agrégation et en détruit le lien. Cet effet se manifeste plus nettement à mesure qu’on passe du règne minéral, où domine une certaine simplicité, aux matières organiques, dont la structure est plus compliquée. Une molécule d’albumine contient, dit-on, neuf cents molécules élémentaires. On conçoit que des composés si complexes soient facilement détruits par des variations de chaleur. La complication est bien plus grande encore dans les tissus organisés. Aussi les végétaux sont-ils confinés chacun dans un climat déterminé, et si les animaux peuvent vivre dans des régions plus étendues, c’est qu’ils portent en eux-mêmes une source de chaleur qui rend pour chacun d’eux la température à peu près constante.
Depuis Lavoisier, la chimie s’est faite au point de vue des masses : on peut dire qu’elle reste tout entière à faire au point de vue des vitesses. Or les masses et les vitesses forment deux séries d’élémens qu’il est également nécessaire de connaître pour apprécier les forces vives dont les molécules sont animées et les divers effets qu’elles peuvent ainsi produire. On ne peut s’empêcher pourtant de remarquer les immenses progrès que la chimie a faits par la seule considération des masses. La loi des proportions définies, la loi des proportions multiples, la notion même de l’équivalence chimique, qui est sortie naturellement de ces deux lois fondamentales, sont indépendantes de toute idée de mouvement. C’est à l’aide des pesées que l’on a suivi les corps simples dans leurs combinaisons élémentaires et déterminé l’échelle de leur saturation. Plus tard, la chimie organique se fonde par l’étude des corps gras d’abord, puis par les premières analyses des alcools et des éthers ; la balance devient insuffisante alors pour suivre la complication des phénomènes, et cependant les théories que le chimiste élève semblent, au moins au premier abord, s’appliquer à des molécules en repos. La loi des substitutions résume les progrès de la chimie organique. Cette loi n’implique (on pourrait le croire au moins) aucune idée d’agitation moléculaire, elle peut s’entendre, si l’on se contente d’un aperçu sommaire, de groupes immobiles où des groupes partiels se remplaceraient les uns par les autres ; mais nous n’en sommes plus à avoir besoin de montrer ce qu’il y aurait d’incomplet dans une pareille manière d’apprécier les phénomènes chimiques. On ne saurait comparer la formation moléculaire à la superposition des pierres d’un édifice ; il faut, si l’on veut la représenter par une figure sensible, imaginer sur une échelle restreinte des tourbillons solaires qui viendraient à se pénétrer, et dont les élémens prendraient en cette rencontre un nouvel équilibre mobile.
Au surplus, il ne s’agit pas ici d’une simple conception théorique. Si nous nous reportons sur le terrain des faits, nous voyons que l’action chimique produit un travail, ce qui est le propre des masses animées de vitesse. C’est une action chimique, c’est la combustion du charbon qui fait tourner la plus grande partie de nos machines. Jusqu’ici nous ne savons pas mesurer directement ce travail chimique, nous ne le déterminons que par l’intermédiaire de la chaleur ou de l’électricité ; mais par ces moyens indirects nous en obtenons déjà une appréciation assez exacte. Nous jugeons de l’action chimique par ses effets extérieurs, et ce n’est pas un résultat qui soit à dédaigner. Pour la connaître en elle-même même, pour en pénétrer le secret, pour en comprendre le jeu intérieur, il nous faudrait préciser les vitesses aussi bien que les masses moléculaires. Si nous possédions les termes de cette double catégorie, nous verrions disparaître ce que la chimie présente encore de bizarre et de capricieux, nous expliquerions les combinaisons diverses et les propriétés matérielles qui en résultent. Alors serait fondée la mécanique moléculaire, qui comprendrait dans son ensemble non-seulement les phénomènes chimiques, mais tous les phénomènes naturels dont nous avons parlé tour à tour, ceux de la gravité comme ceux de la chaleur, ceux de l’électricité comme ceux de la lumière : une dynamique universelle embrasserait l’astronomie, la physique et la chimie.
Nous avons à peu près épuisé le programme que nous nous étions tracé d’avance ; nous avons porté successivement notre attention sur les principaux phénomènes qui font l’objet des sciences physiques, nous en avons montré les liens mutuels, indiqué l’unité fondamentale. Nous pourrions borner là notre examen et considérer notre tâche comme achevée ; les résultats auxquels nous sommes parvenus se présentent dès maintenant dans leur généralité. Cependant nous ne nous sommes point occupés des êtres vivans qui font partie eux aussi de l’univers physique. Faut-il les comprendre dans l’unité phénoménale sur laquelle nous avons arrêté nos regards, ou faut-il les en exclure ? Obéissent-ils entièrement aux lois dont nous avons montré la connexité, ou, s’ils en sont affranchis par quelques points, quelles sont leurs immunités ? Le simple énoncé de ces questions rappelle à l’esprit les problèmes immenses qui ont de tout temps troublé l’humanité, — tant de théories sur la nature de la vie, tant d’efforts accumulés autour de la personnalité humaine, tant de discussions sur les principes d’essence supérieure. Qu’on ne s’attende pas à nous voir aborder ces hautes questions. Nous pouvons les réserver tout entières, et nous n’avons pas besoin de nous aventurer sur le terrain des spéculations transcendantes pour montrer comment se vérifie dans les êtres organisés cette grande loi à laquelle nous avons ramené le jeu de la nature.
Il semble, d’après les travaux de la physiologie moderne, qu’il faille chercher dans la cellule le principe de l’activité vitale. Les végétaux comme les animaux sont composés de cellules. Tout végétal est formé d’un assemblage de petites outres ou vésicules qui prennent en se serrant les unes contre les autres la forme polyédrique. Chacune d’elles forme un organe clos qui a sa vie propre et qui est comme la partie intégrante du végétal. Il n’en est pas autrement dans les animaux ; mais plus l’organisme général est parfait, plus on trouve de variété dans les cellules. Aux degrés inférieurs de l’échelle animale, parmi les infusoires des dernières espèces, se montrent des créatures de la composition la plus simple qu’il semble possible d’imaginer : des cellules toutes semblables entre elles remplissent une enveloppe garnie de cils vibratiles à l’aide desquels s’agite l’animal. Chez les animaux supérieurs, chez les vertébrés, chez l’homme, il y a de grandes différences entre les cellules qui appartiennent à des tissus, à des organes différens. Un noyau plus ou moins complexe au centre, une fine membrane à la périphérie, entre les deux un liquide simple ou composé, tels sont les principes constitutifs de la cellule, et ils présentent assez d’élémens de variété pour qu’on remarque de profondes dissemblances entre les cellules qui forment les diverses fibres musculaires, les divers filets nerveux, les membranes muqueuses, séreuses, etc. Au milieu de cette diversité, chaque cellule a dans l’être collectif une indépendance relative, une façon d’autonomie ; chaque famille de ces vésicules a son régime propre, sa nourriture, ses poisons, ses maladies. On sait d’ailleurs, depuis les ingénieuses découvertes de Dutrochet, comment se nourrissent ces petites outres entièrement fermées, séparées même les unes des autres par la double cloison qui résulte de leur adossement ; on sait qu’elles arrivent à absorber les liquides extérieurs et à chasser en partie ceux dont elles sont pleines. Ce phénomène d’endo-exosmose suffit avec la capillarité pour rendre compte de l’ascension et de la descente de la sève dans les végétaux. Il montre comment dans les animaux les différentes cellules peuvent renouveler incessamment leur contenu et se procurer par une filtration élective tout ce qui est nécessaire à leur entretien. Non-seulement ces vésicules se nourrissent grâce à ce mécanisme, mais elles arrivent, par une action communiquée de proche en proche, à puiser des liquides dans des canaux qui ne s’ouvrent nulle part et à les déverser dans d’autres canaux également fermés, établissant ainsi à travers la masse des tissus une circulation capillaire dont le principe a longtemps échappé à toutes les recherches.
Ainsi nous trouvons à l’origine de la vie les cellules qui sont comme les premières assises de l’organisation. On peut dire qu’elles constituent dans les deux règnes organiques les individus que l’on peut mettre en regard des atomes du règne minéral, — atome, individu, deux termes empruntés à des langues différentes pour exprimer une même idée ; — mais sait-on comment naissent les cellules, et a-t-on surpris le secret de leur formation ? On a vu dans le germe des végétaux une première cellule se nourrir de l’amidon contenu dans la graine et que la germination convertit en dextrine et en sucre ; on a vu de nouvelles cellules se juxtaposer à la première par une gemmation liquide dont l’enveloppe se coagulait ; les matières solubles élaborées dans cette vie rudimentaire arrivaient ainsi à constituer les premiers élémens des végétaux. Dans le germe animal, dans l’œuf, on voit une matière granuleuse se diviser en plusieurs segmens sphéroïdaux, et chacun d’eux se convertir en vésicule par la coagulation de sa couche superficielle ; puis les vésicules se collent les unes contre les autres, se multiplient par scission, c’est-à-dire par formation de membranes intérieures, et arrivent à constituer la toile cellulaire d’où doit sortir l’embryon. C’est dans cette toile que se disposent par un mécanisme analogue les rudimens des organes, d’un appareil circulatoire, d’un système nerveux.
Si maintenant nous essayons de condenser cette notion primordiale de la vie, de la ramener à ses élémens essentiels, qu’y trouvons-nous ? — D’une part les matériaux mêmes du monde inorganique[7], d’autre part une série de mouvemens qui se succèdent les uns aux autres dans un ordre déterminé. La succession définie de ces mouvemens offre sans doute un caractère tout spécial, mais à travers leurs transformations successives on ne trouvera rien qui blesse les lois de la mécanique moléculaire. Est-ce à dire que nous ayons là tous les élémens de la vie ? Quelle est la cause qui forme la première cellule, qui en tire le développement de l’être, qui règle et limite son évolution ? Il est trop clair qu’au point de vue des faits nous ne pouvons répondre à cette question. Nous n’avons donc que deux partis à prendre : ou suspendre notre jugement, ou admettre une cause spéciale dont le principe soit propre aux phénomènes vitaux. De la nature même de cette cause nous n’avons pas à nous occuper ici, et, puisqu’elle se manifeste par des mouvemens, son nom est tout trouvé dans la langue que nous parlons, nous devons l’appeler une force. Que nous apprennent sur l’action de cette force les préliminaires que nous venons de poser ? C’est là-dessus qu’il faut bien s’entendre. Elle détermine des mouvemens, mais elle ne peut les produire qu’aux dépens de mouvemens antérieurs : de même qu’elle ne crée pas les matériaux des organismes, mais qu’elle les façonne seulement à l’aide d’élémens préexistans, de même elle ne crée pas les mouvemens, et peut seulement les transformer. C’est ainsi que les phénomènes vitaux, sans perdre leur caractère spécial, rentrent entièrement dans la synthèse des mouvemens matériels. Si la force vitale a une activité propre, cette activité consiste à transformer, non à créer. Elle nous fournit donc une confirmation nouvelle de la grande loi dont nous cherchons le développement dans l’ensemble de l’univers.
Tel est le point de vue auquel nous serons sans cesse ramenés quand nous considérerons les phénomènes de la vie. La respiration des animaux, la circulation du sang, la nutrition, concourent à une production de chaleur. C’est le fait qui résume toutes ces fonctions. Or l’observation directe a pu le suivre dans ses conditions essentielles et montrer qu’il se produit suivant les données de la thermodynamique.
Voyons d’abord l’état de repos, considérons un homme qui ne développe aucun travail extérieur. La chaleur animale provient des oxydations lentes qui ont lieu dans l’organisme. On peut ajouter qu’elle est due presque entièrement aux combinaisons de l’oxygène avec l’hydrogène et le carbone. Il est donc facile, en comparant les gaz qui entrent dans les poumons et ceux qui en sortent, de calculer le nombre de calories qu’un homme produit dans une heure. On trouve ainsi une moyenne de 120 calories, qui peut varier, suivant les sujets, d’un tiers environ de la valeur totale. Que deviennent les calories ainsi produites ? Il faut que l’homme les perde à mesure qu’il les développe, puisque la température de son corps demeure constante[8]. Il les envoie en effet au dehors sous plusieurs formes, évaporation pulmonaire et cutanée, échauffement de l’air expiré, rayonnement, contact des objets extérieurs. Si l’on mesure directement la chaleur que l’homme émet par ces divers moyens, on la trouve égale à celle qu’il produit, et l’observation confirme ainsi les prévisions de la théorie. Notons que, dans le décompte à établir entre l’homme et le milieu ambiant, nous n’avons pas à faire figurer les travaux qui s’accomplissent dans l’intérieur du corps. Le cœur par exemple fonctionne constamment à la manière d’une pompe aspirante et foulante ; il agit sans cesse avec une force qui peut être évaluée à la soixante-quinzième partie d’un cheval-vapeur, et son action représente ainsi l’effet de neuf calories par heure. Bien d’autres mouvemens intérieurs ont lieu, dont la puissance mécanique pourrait être évaluée de la même façon avec plus ou moins d’exactitude ; mais, le cycle de ces phénomènes s’accomplissant tout entier dans le corps, il y a une équivalence intérieure entre les quantités de chaleur et de travail qu’ils représentent, et elles ne figurent point dans l’échange qui a lieu entre l’homme et le milieu ambiant.
Voilà pour l’état de repos. Considérons maintenant l’homme qui fait des mouvemens et qui produit un travail externe. Les belles recherches de M. Hirn ont montré que dans le corps humain la chaleur se transforme en travail et le travail en chaleur, suivant le rapport numérique que nous avons déjà si souvent mis en évidence ; une calorie s’y convertit en 425 kilograramètres et réciproquement. M. Hirn a pris pour objet de ses études le travail qu’un homme produit en élevant son propre corps. Quand nous gravissons une rampe ou que nous la descendons, notre force musculaire et la pesanteur sont mises en antagonisme. Dans la pratique, cet antagonisme est compliqué par des réactions horizontales dues aux frottemens qui déterminent la marche. M. Hirn, par un ingénieux mécanisme, a pu éliminer ces causes de complication, de manière à ne considérer que des forces verticales. Imaginons qu’un homme se meuve sur les échelons d’une roue mobile ; si l’on agit convenablement sur la roue, l’homme, sans avoir à changer réellement de place, réalisera des conditions artificielles de montée, de descente, de marche plane, où des actions verticales seront seules en jeu. C’est dans ces données qu’ont été faits les essais de M. Hirn. Le sujet de ses expériences produisait un travail externe quand il déplaçait le centre de gravité de son corps pour atteindre un échelon supérieur ; s’il descendait au contraire, son poids agissait comme s’il eût reçu du travail externe, et son corps bénéficiait en quelque sorte d’une certaine quantité de force motrice ; s’il marchait sans monter ni descendre, son centre de gravité s’élevait et s’abaissait alternativement de quantités égales, il y avait production et consommation équivalentes de travail externe. La théorie indiquait nettement les effets calorifiques qui devaient se manifester dans ces diverses circonstances, et ils se sont produits de manière à justifier pleinement les inductions de l’expérimentateur. M. Hirn avait d’abord établi par des mesures directes qu’à l’état de repos chaque gramme d’oxygène absorbé dégageait invariablement cinq calories ; observant ensuite l’état de mouvement, il vit que cette proportion variait. Si un homme pesant 75 kilogrammes élevait son poids de 425 mètres, chaque gramme d’oxygène dégageait moins de chaleur, et 75 calories, représentation exacte du travail produit, se trouvaient ainsi dissimulées. Si le même homme descendait de 425 mètres, chaque gramme d’oxygène dégageait plus de 5 calories, et la descente laissait ainsi dans l’organisme 75 unités de chaleur qui ne pouvaient être attribuées à l’action respiratoire. La respiration continuait d’ailleurs à donner 5 calories par gramme d’oxygène dans le cas de la marche plane. Ces résultats saisissans ont été mis en évidence par une série d’essais répétés[9].
La théorie mécanique de la chaleur se vérifie donc dans le moteur humain comme dans tous les autres. L’homme qui, dans les expériences de M. Hirn, a donné les meilleurs résultats dynamiques rendait en travail 12 pour 100 de la chaleur produite ; c’est à peu près le rendement de nos machines les plus parfaites. Si l’on poursuit ce parallèle en comparant le poids du moteur à la force qu’il développe, on trouve encore une sorte d’égalité entre l’homme et nos machines ; mais la nature vivante nous offre à cet égard une classe d’êtres tout à fait privilégiés : ce sont les oiseaux. Ces moteurs admirables développent la force de 1 cheval-vapeur sous un poids de cinq ou six kilogrammes. Leur structure physiologique leur donne, avec une légèreté relative, les moyens de suffire à l’énorme travail qu’ils doivent produire pour se soutenir dans l’atmosphère. L’oiseau est un foyer de combustion d’une extrême activité ; tout son corps n’est pour ainsi dire qu’un poumon ; l’air, puissamment appelé par le jeu même des ailes, vient en abondance vivifier le sang que le cœur lance avec une vigueur prodigieuse à travers les organes. Le torrent de la circulation fournit ainsi aux muscles d’énormes provisions de chaleur qu’ils peuvent convertir en travail. On a pu constater que l’oiseau consomme à l’état de repos une grande quantité d’oxygène ; on serait peut-être effrayé, si l’on pouvait connaître ce qu’il en absorbe dans un vol rapide.
Nous venons de constater chez l’homme et incidemment chez l’oiseau la conversion de la chaleur en travail. Il nous faut encore examiner d’un peu plus près les circonstances qui accompagnent ce phénomène. Les muscles se gonflent en se raccourcissant pour déterminer les mouvemens des os auxquels ils sont reliés. Lorsque dans les expériences physiologiques on fait contracter un muscle[10] par une excitation factice, en le pinçant par exemple ou en lui communiquant une secousse électrique, on obtient des soubresauts, des convulsions violentes, qui ne ressemblent pas aux mouvemens gradués que provoque la volonté ; mais, si l’on produit une série continue d’excitations, on voit le muscle se contracter d’une façon durable. Helmholtz, en employant le courant intermittent d’une bobine d’induction, a montré qu’il faut au moins trente-deux excitations par seconde pour obtenir la contraction continue : le muscle ainsi contracté produit un son perceptible, quoique très grave, et Helmholtz a pu constater que la hauteur du son correspondait au nombre d’interruptions produites dans la bobine inductrice. Un fait caractéristique accompagne d’ailleurs la contraction musculaire, et peut en être regardé comme la cause directe : c’est une forte absorption d’oxygène. M. Matteucci l’a prouvé en comparant, par un dosage à l’eau de chaux, les quantités d’acide carbonique que donnent des muscles contractés et des muscles en repos. L’oxydation des muscles s’observe aussi directement dans l’économie animale ; on sait que le sang veineux, lorsqu’il sort de muscles longtemps contractés, est complètement dépouillé d’oxygène et contient un grand excès d’acide carbonique. Ainsi nul doute à cet égard : ce qui spécifie la contraction, c’est un accroissement d’énergie dans l’oxydation des tissus musculaires, une décomposition plus vive des matières hydro-carbonées par les élémens du sang artériel. Que l’action chimique ainsi accrue dans l’étendue du muscle en change la forme, qu’elle le raccourcisse en l’élargissant, il n’y a rien là qui puisse nous étonner : nous voyons bien une corde se gonfler et se tendre quand on la mouille et produire ainsi une traction considérable. Que la chaleur développée dans le tissu musculaire se convertisse partiellement en travail, c’est ce que nous regardons aussi comme un phénomène usuel et vulgaire ; M. Béclard a fait d’ailleurs sur ce dernier point une série d’expériences ingénieuses. Il a étudié sous le rapport calorifique une même contraction musculaire, dans le cas où elle ne produit pas de travail externe et dans le cas où elle en produit ; il a vu ainsi, dans une longue série d’essais, que la chaleur due à l’action chimique était diminuée de toute celle qui se transformait en travail.
Mais n’en restons pas là, efforçons-nous de remonter à l’origine de l’action musculaire. Les nerfs interviennent pour susciter l’action des muscles. Le système nerveux, si nous le considérons dans ses rapports avec le mouvement, peut être représenté de la façon suivante. Un organe extérieur reçoit les sensations ; un filament tubulaire très mince les porte à une cellule nerveuse qui les perçoit ; une autre cellule, propre à commander les mouvemens, communique à l’aide d’un nouveau filament avec l’appareil contractile qui doit les exécuter ; enfin entre la cellule sensible et la cellule motrice un tube nerveux sert de trait d’union. Telle est, réduite à sa plus simple expression, l’idée générale de la communication nerveusa. L’acte qui se propage d’une extrémité à l’autre du système s’appelle un acte réflexe. Les filamens élémentaires, très minces, très déliés, puisqu’un grand nombre d’entre eux n’ont guère qu’un centième de millimètre, sont réunis et mêlés de façon à former de petites cordes ; les cellules sont aussi groupées dans des lieux particuliers qui portent le nom de centres nerveux. Chez les vertébrés, chez l’homme, que nous avons particulièrement en vue, la plus grande partie des centres nerveux est réunie dans cette longue tige qui constitue la moelle épinière. Il en reste pourtant un certain nombre qui sont disséminés dans le corps ; on les appelle ganglions nerveux, et leur ensemble est connu sous le nom de système du grand sympathique. Une sorte de hiérarchie s’établit ainsi dans les actes réflexes ; les uns n’intéressent que les ganglions, tandis que les autres remontent jusqu’à la moelle épinière. Au-dessus de celle-ci s’élève encore un système supérieur. À la naissance de l’encéphale se trouvent les centres globulaires, qui commandent aux mouvemens respiratoires et aux contractions du cœur ; viennent ensuite le cervelet, qui coordonne les mouvemens volontaires, puis les lobes du cerveau où résident la volonté et l’intelligence. Les ganglions d’abord, la moelle ensuite, font successivement une sorte de triage parmi les actes réflexes, et n’en laissent arriver qu’un certain nombre aux régions supérieures du système, où paraît se concentrer la direction consciente de l’être. Ainsi l’on peut ramener à quelques lignes générales l’infinie complication de ce réseau si délié qui se ramifie dans toute l’étendue du corps.
Comment s’y propage l’action nerveuse ? Il y a quelques années, les travaux publiés par M, du Bois-Reymond et plusieurs physiologistes allemands semblaient avoir résolu ce problème. On acceptait avec une sorte d’ardeur une solution qui se présentait sous les dehors les plus séduisans. L’innervation était un courant électrique ; un courant parcourait le nerf sensitif pour aboutir à la cellule sensible ; un courant partait de la cellule motrice pour aboutir à l’organe du mouvement ; quelles que fussent les réactions opérées dans les cellules, elles prenaient dès lors une analogie manifeste avec ce qui se passe dans les piles ou les autres appareils électro-moteurs. On s’est refroidi sur cette explication : admise au début sans preuves suffisantes, elle fut ensuite rejetée par beaucoup de physiologistes sans motifs bien valables. On ne trouve point dans le corps humain les conditions simples où se présentent nos appareils électriques. Il est clair qu’un nerf ne peut être assimilé complètement à un arc conducteur et isolé, puisqu’il est lui-même, comme tout ce qui l’entoure, le siège de réactions incessantes. On s’est rebuté un peu vite à cause de la confusion des résultats donnés par les expériences. On apporte, pour infirmer l’existence de courans nerveux, des raisons qui ne paraissent pas d’un grand poids : les courans électriques, dit-on, se propagent lentement dans les nerfs, ils n’ont qu’une vitesse de 24, de 18 mètres même par seconde, ils vont moins vite dans les nerfs que dans les muscles ; on allègue encore qu’un nerf coupé, si étroitement qu’on en rapproche les segmens, devient impropre à la communication. Ce sont là des détails qui n’ont rien de décisif. Quoi qu’on puisse dire, on se trouve toujours en face de faits considérables et de haute signification. En faisant agir sur un nerf des courans électriques, — de véritables courans produits par nos machines, — on obtient la contraction des muscles, non-seulement la contraction instantanée, mais la contraction continue. Qu’on prenne un arrière-train de grenouille, les deux cuisses rattachées aux nerfs lombaires et ceux-ci à un fragment de la moelle, et qu’on fasse passer un courant dans l’un des nerfs, on obtiendra non-seulement l’excitation directe du membre correspondant, mais aussi le mouvement réflexe de l’autre cuisse. Il nous semble que ces résultats bien connus et accessibles à l’expérience vulgaire fournissent de sérieux élémens de conviction. Si maintenant on vient à prouver que le flux qui arrive aux muscles ne peut pas être confondu avec le courant électrique, qu’il faut le regarder comme étant de nature spéciale et l’étudier sous un nom distinct, il n’y aura rien dans cette circonstance qui puisse infirmer les résultats que nous exposons. À l’abri de cette déclaration, nous continuerons à parler de l’action nerveuse comme d’un flux électrique. On pourra, si l’on veut, ne voir dans ce langage qu’une représentation figurée des phénomènes ; elle sera suffisamment exacte pour justifier les conséquences que nous voulons mettre en lumière.
Ainsi le nerf excite le muscle. Est-ce à dire que le nerf ait lui-même toute la force vive qui va se développer dans le muscle ? Eh non ! puisque le muscle prend directement cette force dans l’oxydation de ses tissus. Le nerf ne fait que susciter l’action chimique, il n’opère en quelque sorte que le déclanchement d’un mécanisme. C’est ainsi qu’une étincelle produit l’explosion d’un mélange gazeux ; c’est ainsi qu’une allumette détermine la combustion d’un foyer ; c’est ainsi qu’en ouvrant un robinet on fait couler toute l’eau accumulée dans un réservoir. On est donc conduit naturellement à penser que le travail du nerf est extrêmement petit, si on le compare à celui du muscle. M. Matteucci a mis ce fait en évidence par une expérience directe. Il suspendait un poids au muscle principal de la jambe d’une grenouille, et il envoyait un courant électrique dans le nerf attaché à ce muscle. La contraction musculaire soulevait le poids, et il était facile d’estimer l’effort en kilogrammètres. On pouvait de même évaluer par un calcul simple la combustion du 4nc produite dans la pile pendant la durée très courte de l’excitation. M. Matteucci trouvait ainsi que le travail fait par le muscle était au moins vingt-sept mille fois plus grand que le travail chimique ou calorifique de l’excitation nerveuse.
Remontons encore et rapprochons-nous de l’origine du mouvement. Si petit que soit le travail du nerf, comment s’accomplit-il ? Pour déterminer dans le nerf la naissance d’un courant, il suffit qu’un circuit se ferme quelque part, à l’intérieur ou à la périphérie de la cellule nerveuse, et cette action elle-même n’est qu’une très petite partie de l’action que le courant peut produire. Sur la manière dont peut se fermer un pareil circuit, nous ne saurions rien préciser. Nous dirons, s’il s’agit d’un mouvement volontaire, que la volonté intervient ; mais deux remarques sont à faire. D’abord l’action mécanique ainsi réservée à la volonté se trouve, par les considérations qui précèdent, réduite graduellement à une si extrême petitesse qu’elle semble s’effacer. Ajoutons en second lieu que la volonté ne crée pas ce travail, si imperceptible qu’il soit. Elle ne peut être conçue que comme un agent spécial de transformation dans les mouvemens infiniment petits. Son acte direct, — à plus forte raison son acte réflexe, — à quelque ténuité qu’il soit réduit, ne va pas sans une modification subtile des tissus où il s’opère, sans un je ne sais quoi qui est une transformation délicate de mouvemens moléculaires. En remontant de l’action musculaire à l’action nerveuse proprement dite et au jeu de la volonté, nous avons atteint la limite où les phénomènes physiques font place aux phénomènes moraux, et nous n’avons point à la franchir. Dans les termes où nous sommes resté, on a pu voir comment se vérifient chez les êtres vivans les principes auxquels nous avons été conduit par l’étude du monde inorganique. Notre conception de l’univers physique eût été trop incomplète, s’il nous avait fallu en retrancher tout ce qui touche à la vie. Nous pouvons maintenant, sans laisser derrière nous une si formidable lacune, reprendre la synthèse que nous avons entreprise et tenter de lui donner sa dernière formule.
Cuvier disait dans son Histoire du Progrès des Sciences naturelles : « Une fois sortis des phénomènes du choc, nous n’avons plus d’idée nette des rapports de cause et d’effet. Tout se réduit à recueillir des faits particuliers et à rechercher des propositions générales qui en embrassent le plus grand nombre possible. C’est en cela que consistent toutes les théories physiques, et, à quelque généralité qu’on ait conduit chacune d’elles, il s’en faut encore beaucoup qu’elles aient été ramenées aux lois du choc, qui seules pourraient les changer en véritables explications. » On ne peut pas dire que les physiciens aient rempli déjà le programme tracé par ces paroles. Et pourtant, si l’on jette un regard en arrière sur le chemin que nous venons de parcourir, si l’on embrasse dans une vue d’ensemble tous les faits que nous avons cités, on se sentira de plus en plus affermi dans cette pensée, que tous les phénomènes physiques consistent dans l’échange et la transformation des mouvemens matériels. Dira-t-on que notre examen n’a pas toujours été assez sévère, que nous avons affirmé quelquefois, quand il fallait exprimer un doute, que nous n’avons pas toujours accentué suffisamment les réserves auxquelles nous étions conduit ? Nous ne nous défendrons pas de ce reproche, sentant trop bien que nous l’avons mérité. Il eût mieux valu peut-être laisser plus de points dans l’ombre et nous borner aux faits certains. Qu’on nous pardonne quelques indications trop conjecturales ; les résultats acquis sont considérables, et quelques suppositions téméraires ne peuvent pas les compromettre.
Ces résultats acquis, nous pourrions au besoin les couvrir de l’autorité d’un éminent physicien. M. de Sénarmont, dans la dernière année du cours qu’il professait avec tant d’éclat à l’École polytechnique, et que la mort est venue si tôt interrompre, résumait ainsi sa pensée sur le progrès des sciences physiques : « Récemment encore chaque groupe de faits reconnaissait un principe spécial ; le mouvement et le repos résultaient de forces assez mal définies spécifiquement, mais qu’on était convenu d’appeler mécaniques ; les phénomènes de chaleur, d’électricité, de lumière, assez mal définis eux-mêmes, étaient produits par autant d’agens propres, de fluides doués d’actions spéciales. Un examen plus approfondi a permis de reconnaître que cette conception de différens agens spécifiques et hétérogènes n’a au fond qu’une seule et unique raison, c’est que la perception de ces divers ordres de phénomènes s’opère en général par des organes différens, et qu’en s’adressant plus particulièrement à chacun de nos sens ils excitent nécessairement des sensations spéciales. L’hétérogénéité apparente serait moins alors dans la nature même de l’agent physique que dans les fonctions de l’instrument physiologique qui forme les sensations, de sorte qu’en transportant par une fausse attribution les dissemblances de l’effet à la cause, on aurait en réalité classé les phénomènes médiateurs par lesquels nous avons conscience des modifications de la matière plutôt que l’essence même de ces modifications… Tous les phénomènes physiques, quelle que soit leur nature, semblent n’être au fond que des manifestations d’un seul et même agent primordial… On ne saurait plus méconnaître cette conclusion générale de toutes les découvertes modernes, quoiqu’il soit impossible encore d’en formuler nettement les lois et les particularités conditionnelles. » Ainsi parlait M. de Sénarmont dans un enseignement classique où ne devait trouver place aucune doctrine hasardée.
Nous ne sommes point tenu à la même réserve. Aussi avons-nous formulé plus explicitement le système qui semble résumer les travaux et exprimer le sentiment général de la physique contemporaine. L’éther agité remplit l’espace. Les atomes éthérés forment par leur agrégation des molécules, celles-ci des corps. Entre ces atomes, ces molécules, ces corps, ont lieu les échanges de mouvement qui constituent pour nous la chaleur, la lumière, l’électricité. la gravité, l’affinité chimique. Ces échanges dépendent des masses et des vitesses qui sont en jeu. La conception de l’univers physique est tout entière dans ces données. Jusqu’ici nous ne savons atteindre qu’un très petit nombre des faits que cette formule renferme, parce que nous ne connaissons la plupart du temps ni les valeurs absolues, ni les valeurs relatives des masses et des vitesses qui règlent la communication des mouvemens. Au point de vue pratique, nous nous contentons de dire que la chaleur, la lumière, l’électricité, la gravité, l’affinité, se transforment les unes dans les autres suivant des rapports déterminés d’équivalence, et nous leur assignons une commune mesure, celle du travail mécanique.
Restés ainsi en dehors des phénomènes, nous n’avons qu’une notion vague des circonstances qui accompagnent et déterminent les transformations. Il y a sans doute des mouvemens que nous ne savons nommer d’aucun nom, et que nous ne sommes pas aptes à percevoir, bien qu’ils jouent leur rôle dans la nature. Dans le nombre varié des mouvemens qui nous paraissent possibles, pourquoi les uns se produisent-ils et non pas les autres ? Y a-t-il parmi les mouvemens une sorte de sélection naturelle ? Nous aurions la clé des transformations qui s’opèrent sous nos yeux, si nous pouvions atteindre cette mesure des masses et des vitesses qui nous échappe jusqu’ici. Dans une machine à vapeur par exemple, l’agitation qui règne au sein du foyer se communique aux tubes de la chaudière, de ceux-ci à l’eau elle-même ; les molécules de l’eau vaporisée perdent chacune un peu de leur force vive sur le piston que ces efforts accumulés font mouvoir et qui entraîne l’arbre de la machine ; mais nous n’apercevons cette série de mutations qu’à travers un voile. Quand un mouvement d’une certaine espèce est remplacé par un autre d’espèce différente, la raison de ce changement nous échappe d’ordinaire, et c’est à cause de cette ignorance que nous avons recours à la notion de force ; nous disons qu’une force se manifeste et produit tel effet parce que nous ne pouvons pas saisir les mouvemens antérieurs d’où cet effet résulte.
La notion de force physique devrait donc disparaître, si les élémens de la mécanique moléculaire étaient connus. Dans l’état actuel de nos connaissances, il faut bien que nous la conservions ; mais il faut aussi nous mettre en garde contre les erreurs qu’elle peut entraîner. Appelons force, si l’on veut, toute cause de mouvement ; mais n’oublions pas que ce mot ne représente le plus souvent qu’une cause provisoire et conditionnelle. L’horreur du vide a été une force dans son temps, voire l’horreur du vide jusqu’à trente-deux pieds. Si nous revenons avec insistance sur cette considération, c’est qu’elle nous paraît présenter une importance capitale, et que nous ne saurions consacrer trop d’efforts à la mettre en lumière : elle est comme le nœud du système que nous avons développé. Et cependant parmi les physiciens mêmes qui sont entrés dans le courant des idées nouvelles, il existe une école qui persiste à donner aux forces physiques je ne sais quelle existence spéciale. M. Hirn, dont le nom s’attache en France à la détermination de l’équivalent mécanique de la chaleur, M. Hirn, que nous citons quand nous voulons mettre un nom français à côté de ceux de MM. Joule et Mayer, M. Hirn n’hésite pas à regarder les forces physiques comme des élémens constitutifs de l’univers. à en fait sous le nom de principes intermédiaires des essences à demi transcendantes qui occupent tout l’espace, et qui ont la propriété de donner le mouvement à la matière. Il fait même le dénombrement de ces principes, et il en trouve quatre, la force gravifique, la force luminique, la force calorique et la force électrique. Eh quoi ! la matière va donc çà et là sortir du repos, et de nouveaux mouvemens vont naître au gré de ces forces ? Ce n’est pas précisément ce qu’entend M. Hirn ; il sait trop bien qu’il serait en contradiction avec les faits. Voici la théorie qu’il imagine. Pour lui, chaque force est répandue partout : au moment même où l’intensité de l’une d’elles augmente de manière à produire un mouvement, l’intensité d’une autre force diminue dans une proportion correspondante. Or cette diminution d’intensité dans la seconde force correspond elle-même à une diminution de mouvement dans la matière. C’est, comme on voit, une sorte d’harmonie préétablie. Sans doute il n’y a qu’à supprimer ces intermédiaires artificiels pour se trouver en face des mouvemens eux-mêmes, et l’on revient ainsi facilement, quand on le veut, du point de vue où se place M. Hirn à celui où nous étions placés tout à l’heure. Pourquoi dès lors, entre deux mouvemens qui s’engendrent l’un l’autre, introduire deux essences demi-transcendantes ? Pourquoi recourir à ces principes intermédiaires ? Pourquoi cette mythologie, cet olympe de forces ?
Pourquoi ? Il n’est pas bien difficile de le dire, et ce ne sera pas non plus inutile. Ces conceptions arbitraires sont inspirées à M. Hirn par les inquiétudes d’un spiritualisme ombrageux. M. Hirn entre en défiance quand il voit une doctrine qui chaque jour explique par les mouvemens de la matière un nombre de plus en plus considérable de faits ; il en redoute les envahissemens ; il craint qu’elle n’aille atteindre l’âme humaine, qu’elle ne réduise à de purs mouvemens les phénomènes de la volonté et de la pensée. C’est pour l’arrêter dans sa marche qu’il a recours aux forces gravifique, calorique, luminique, électrique. Ces principes intermédiaires sont des remparts qu’il élève pour défendre le principe animique. Singuliers remparts en vérité et bien incapables d’une pareille défense ! Faut-il répéter d’ailleurs que les problèmes de l’âme ne sont nullement en cause dans les théories contre lesquelles M. Hirn essaie de se prémunir ? Au milieu des transformations matérielles, des causes actives par elles-mêmes peuvent intervenir, et nous en avons indiqué des exemples en marquant la nature et les limites de cette intervention. C’est assez pour laisser le champ libre à toutes les solutions de la métaphysique.
Après avoir montré comment notre hypothèse bannit les entités fallacieuses dont la physique peut être embarrassée, est-il besoin de la défendre elle-même contre les conséquences excessives qu’on en pourrait tirer ? Quand on admet une hypothèse scientifique, veut-on dire qu’on se croie en possession de la réalité des choses ? Ce serait trop oublier tant de systèmes qui se sont écroulés les uns sur les autres ! Ce serait trop oublier que le physicien, perdu dans l’infini du temps et de l’espace, ne saisit que des rapports phénoménaux, et n’arrive pas même à concevoir l’absolu ! Qu’est-ce donc que grouper dans une hypothèse toutes nos idées sur la nature ? C’est nous donner le moyen d’éclairer nos connaissances les unes par les autres, d’établir entre les faits des rapprochemens féconds et de faire ainsi jaillir des sources de découvertes. Ce qui importe, à proprement parler, dans une semblable hypothèse, ce n’est pas le tableau qu’elle donne de la nature, c’est la méthode qu’elle trace au physicien. À ce point de vue, le système que nous avons exposé se résume admirablement dans un principe unique ; il s’en dégage un critérium lumineux dont l’efficacité s’est déjà révélée dans les recherches scientifiques.
Ce précieux symbole a un nom dans le langage de la mécanique ; mais, avant de le prononcer, hâtons-nous de rappeler ce que nous avons dit sur la difficulté qu’on rencontre à exprimer des idées nouvelles avec des mots anciens. Par une cruelle ironie des choses, nous allons retrouver un terme dont nous eussions voulu nous affranchir en ce moment à cause des équivoques qu’il renferme. Jamais nous n’avons senti plus vivement le besoin d’employer une expression nouvelle, et si nous ne le faisons pas, c’est que notre déclaration à cet égard pourra sans doute nous tenir lieu d’un néologisme. Nous concevons dans l’univers une quantité immuable d’atomes matériels animés de vitesse et qui se groupent en systèmes pour former des molécules et des corps. Chacun de ces atomes et de ces systèmes, en raison de sa masse et de sa vitesse, possède ce que nous avons appelé jusqu’ici une force vive, ce que nous pourrons, — si nous voulons éviter ce terme ambigu, — appeler une énergie, sans gagner beaucoup au change. Voilà les expressions contre lesquelles nous avons voulu nous prémunir par une déclaration préalable. Nous n’employons point un mot nouveau ; mais nous en avons dit assez pour montrer que, sous ces désignations usitées, on ne doit voir absolument que des masses en mouvement. Dire que l’énergie se déplace, c’est dire simplement que les masses agissent les unes sur les autres en modifiant réciproquement leur vitesse. L’énergie passe ainsi indéfiniment d’un système à l’autre, donnant lieu par là à la variété des phénomènes naturels. Tantôt elle se manifeste par une série de phases où l’on peut suivre ses effets successifs : on dit alors qu’elle conserve la forme active ; tantôt elle se dissimule pour maintenir pendant un temps plus ou moins long un équilibre dont la rupture la régénérera : on dit alors qu’elle passe à l’état virtuel. L’énergie active et l’énergie virtuelle varient sans cesse dans leur proportion relative, mais leur somme demeure constante. Tel est le principe que l’on désigne d’ordinaire sous le nom de conservation de l’énergie. Sans doute, pour vérifier dans son ensemble cette constance de l’énergie, il faudrait pouvoir embrasser l’univers entier. L’énergie peut croître à certaines époques, en certaines régions de l’espace, et décroître en des régions différentes, bien que l’éther apparaisse comme une sorte de régulateur de cette action universelle. Les échanges qui ont lieu sans cesse entre notre globe terrestre et le milieu sidéral se traduisent-ils pour nous par une perte, par un gain, par une oscillation périodique autour d’un état moyen ? Comment se comporte lui-même notre système solaire par rapport aux autres mondes ? Voilà les immenses problèmes où la notion de l’énergie universelle trouve son application. Ce n’est pas à dire que le principe de la conservation de l’énergie ne puisse se vérifier dans la connexion immédiate des phénomènes usuels. Il établit un lien précis entre tous les faits qui nous entourent. Le physicien sait que les mouvemens peuvent passer des masses visibles aux masses invisibles sans cesser d’obéir à une loi dont il connaît la teneur. S’il n’est pas assez heureux pour enfermer toujours les faits dans des cycles complets où les effets et les causes s’enchaînent jusqu’à se rejoindre, du moins il n’est plus réduit à regarder les phénomènes comme des apparences isolées. Pour chacun d’eux, il sait comment remonter aux origines ou descendre aux conséquences. Il peut faillir dans l’application de sa méthode, il peut se représenter sous un faux jour telle ou telle famille de faits ; mais le principe même en vertu duquel il cherche l’unité fondamentale sous la diversité infinie des apparences est pour lui la conquête la plus précieuse et la mieux assurée de la science contemporaine.
- ↑ Voyez la Revue des 1er et 15 novembre.
- ↑ Nous n’avons pas cru devoir ajouter à la troisième et dernière partie de ce travail une introduction nouvelle, qui aurait eu l’inconvénient de rompre la suite de notre exposé. Qu’il nous suffise de rappeler en quelques mots à nos lecteurs le point de vue où nous nous sommes placé. Notre but n’a pas été d’offrir même en raccourci un tableau des phénomènes de la nature; nous avons voulu seulement présenter la conception générale qui semble ressortir des faits acquis à la science par les découvertes les plus récentes, et en particulier de ceux que l’étude de la chaleur a révélés de nos jours. Ce système, qui ne saurait être jusqu’à présent qu’une ébauche, consiste à ramener les divers groupes de phénomènes à des mouvemens transformables les uns dans les autres et à éliminer les forces inexpliquées et incompréhensibles admises par l’ancienne physique, les mystérieuses entités auxquelles se rattachaient d’après elle les différens ordres de faits que la science embrasse. L’atome et le mouvement, voilà tout l’univers dans le système que nous avons entrepris d’esquisser. Après avoir exposé cette hypothèse, que nous avons désignée sous le nom d’unité des forces physiques, nous avions à parcourir les diverses parties de la science en vue d’y chercher les faits qui servent de fondemens à la théorie ou les lacunes qui commandent de la maintenir quant à présent dans certaines limites. Nous avons successivement considéré sous cet aspect les phénomènes sonores, lumineux, calorifiques et électriques. Il nous reste à passer en revue tout cet ensemble de faits délicats et complexes qui relèvent de la gravitation, de la cohésion et de l’affinité, puis à rassembler dans une conclusion sommaire les résultats qui jaillissent de cet examen et à en signaler les applications légitimes.
- ↑ Il n’y a pas fort longtemps que l’on est fixé sur l’extrême ténuité de la matière cométaire. Auparavant on avait toujours considéré le choc de ces astres comme redoutable pour les planètes. C’est à un choc de cette nature que Buffon attribuait l’origine de notre système planétaire ; une comète, en se jetant sur le soleil, en aurait détaché des fragmens de matière et les aurait lancés dans l’espace. C’est encore à des chocs de cette espèce que divers géologues attribuaient les cataclysmes terrestres ; des comètes, en touchant la terre, en auraient déplacé l’axe de rotation et déterminé les grands déluges. Il ne reste plus rien de pareilles opinions. Les comètes sont regardées aujourd’hui comme des astres tout à fait inoffensifs, incapables de troubler la paix du monde. On les a vus passer tout près des planètes sans y causer aucun désordre ; on a vu deux fois la comète de Lexell se jeter au travers des satellites de Jupiter sans y produire aucun dérangement. D’après les récens calculs de M. Faye, le noyau des comètes, qui on est la partie la plus compacte, est à peine neuf fois plus dense que l’air qui reste dans nos machines pneumatiques après que nous y avons fait le vide aussi complètement que possible ; quant à la densité de la queue, elle serait dix billions de fois moindre.
- ↑ Le demi-grand axe d’une orbite planétaire est souvent appelé moyenne distance. C’est en effet la moyenne entre la plus grande et la plus petite distance de la planète au soleil.
- ↑ Dans l’ellipse, la somme des rayons menés d’un point de la courbe à deux foyers est constante. Dans la cassinoïde, courbe du quatrième degré, c’est le produit des deux rayons qui est constant.
- ↑ Est-il besoin de rappeler ici l’expérience brillante à laquelle un physicien belge, M. Plateau, a attaché son nom, et qui reproduit les principales phases de ces créations célestes ? On met dans un vase un mélange d’eau et d’alcool au centre duquel on place une goutte d’huile. Dans cette goutte, on introduit une aiguille à laquelle on donne un mouvement régulier de rotation. La sphère huileuse tourne avec son axe et s’aplatit aux pôles. Bientôt du renflement de son équateur s’échappe, si l’expérience est habilement conduite, une sorte d’anneau qui se rompt en globules dont chacun commence à tourner autour de la masse centrale. On peut ainsi faire un monde dans un verre d’eau.
- ↑ La chimie compte aujourd’hui soixante-dix corps simples environ ; seize de ces corps entrent dans l’organisme humain et ! e composent tout entier. Quelque compliquée que soit l’architecture de ses molécules, l’homme est réductible à ces seize élémens.
- ↑ Cette température est, comme on sait, de 37 degrés environ. Les climats n’exercent à cet égard aucune influence ; entre les habitans des pays les plus chauds et ceux des régions les plus froides, on trouve à peine une différence d’un degré. Le régime alimentaire n’a lui-même aucune action sur la température humaine. Aux Indes, elle est également de 37°, 1 pour les ouvriers indigènes, qui ne mangent que du riz et des poissons, pour les prêtres de Bouddha, qui vivent de végétaux et pour les soldats anglais, nourris surtout de viandes. Une variation de 4 ou 5 degrés dans la température moyenne du corps humain constitue un état pathologique qui amène rapidement la mort.
- ↑ Au premier abord, ou peut s’étonner que la marche plane n’amène au point de vue du travail aucune dépense, et que la descente constitue à cet égard une sorte de bénéfice, alors que toutes deux, — même dans les conditions où se place M. Hirn, — demandent certains efforts et produisent une certaine fatigue. Il y a plus, le cas même de la montée peut donner lieu à une objection spécieuse. Comment se fait-il, pourra-t-on dire, que l’ascension consomme de la chaleur alors que manifestement le corps s’échauffe en produisant ce travail ? Il importe de faire disparaître des contradictions apparentes qui seraient de nature à laisser dans les esprits une vague défiance contre toute cette théorie. Oui, le travail correspondant à l’ascension consomme de la chaleur, mais en même temps il précipite l’action respiratoire et la circulation. Le volume d’air inspiré s’accroît, et la puissance absorbante des poumons s’élève elle-même dans une proportion souvent considérable. La quantité d’oxygène absorbé, par conséquent la chaleur produite, augmente jusqu’à se quintupler. M. Hirn a constaté ces faits en se plaçant lui-même dans l’appareil qui lui servait à faire ses expériences ; pour une ascension de 450 mètres à l’heure, le nombre des battemens du cœur s’élevait de 80 à 140 ; le nombre d’aspirations par minute passait de 18 à 30 ; le volume d’air aspiré dans une heure s’élevait de 700 litres à 2, 300. Par suite de cette activité croissante dans la respiration et la circulation, l’expérimentateur consommait, non plus 30 grammes comme à l’état de repos, mais bien 132 grammes d’oxygène par heure. Ainsi, malgré la consommation produite par le travail, un excès de chaleur se développe dans le corps, et l’individu s’échauffe. Des considérations du même ordre feraient disparaître la difficulté que nous signalions au sujet de la marche plane et de la descente. Pour ne parler que du premier cas, chaque pas se divise en deux périodes ; dans l’une, le poids du corps s’élève, et dans l’autre il s’abaisse ; la première période consomme de la chaleur, et la seconde en restitue une quantité égale. À ce point de vue, l’équilibre calorifique n’est pas troublé ; mais l’organisme, répondant à l’appel des muscles alternativement contractés et allongés, développe un excédant de chaleur. Cet excédant peut suffire à un travail intérieur des muscles, d’où la fatigue peut naître, mais qui, suivant un exemple déjà rencontré précédemment, n’a point à figurer dans le décompte établi entre l’homme et le milieu ambiant.
- ↑ Les muscles sont formés de fibres éminemment contractiles et qui affectent deux formes principales : la fibre lisse appartient aux muscles qui servent à la vie organique, à cette vie sourde et comme inconsciente qui anime les diverses parties du corps ; la fibre striée appartient aux muscles de la vie de relation, à ceux qui produisent les mouvemens volontaires. Certains muscles, le cœur par exemple, offrent une composition mixte. Une différence apparaît dans la motilité de ces deux espèces de fibres ; le muscle strié, quand on l’excite, se contracte brusquement et se relâche aussitôt ; le muscle lisse agit plus lentement et d’une façon plus prolongée. La physiologie a surtout étudié les muscles striés ; ce sont ceux qui présentent pour nous en ce moment la plus grande importance, puisqu’ils sont les organes des mouvemens volontaires.