La précision des lois physiques: comparaison avec les lois biologiques

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Reference

La précision des lois physiques: comparaison avec les lois biologiques

GUYE, Charles Eugène

GUYE, Charles Eugène. La précision des lois physiques: comparaison avec les lois biologiques . Genève : Impr. W. Kündig, 1907, 14 p.

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:113762

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1 / 1

I,A PRUCIilO1T ilT$ I,ON PIIT$IOI]T$

(Conparaison avec les lois biologiques).

PÀR

CH.-Euc. GUYE

Prof'esseur de Physique à l'Université de Genève.

( Ileproductwn autorisée cl'articles pat'tts dans I'Athenæunt ₎ 23

fuiilerû \

Autit t906).

GENÈVE

IMPRIMERIE w. KûNDIG & rtts, RUE DU vrDux-cottÈGr, ₄ t907

LA ^{PRECISION DBS IOIS PqYSIQUES'}

(C:omparaison aveo

les lois

biologiques):

Au

temps de Descartes, de Pascal, de Newton, la science

et la

philosophie avaient I'habitude

de

marcher côte

à

côte;

la

main dans la main, co,mme de bonnes sæurs.

Il

semble ^en

être de

même

à l'heure

actuelle; nous assistons,

en

effet, à

une véritable éclosion d'ouvrages

du

^{plus haut}

intérêt,

^éma- nant des esprits les plus distingués

et

touchant

à la fois

^au

domaine

de la

science

et à celui de la

philosophie

et

cle ^la métaphysique.2

r. Les lois, les principes, les théories.

Parmi les

préoccupations

qui

s'imposent

à l'esprit

^des

cherchettrs,

la

nécessité de. préciser exactement

la notion

^de

/oi

dans

le

domaine des sciences expérimentales est une des plrrs fréquemment à

l'ordre

du jour.

On

sait en effet que

pour

se reconnaître dans

le

^dédale

des faits

expérimentaux,

les

physiciens,

ou plus

générale- I 'fhe earlier articlcs in this series appeared as follows : M. Poincaré on

< La Fin de la Matières>, February 17th; sirwilliamRamsayon ^c Heliurir

and the'fransmutation of Elements r, March toth; Dr. A' H. ^{Bucherer on}

< The Shapé of Electrons and the Maxwellian Theory>, March 24th; ^and

Dr. J. Norman Collie on < Stereo-Isomerism, April 28th.

3 H. Poincaré, ^< Science et Hypothèse: la Valeur de ia Science > I P' Du- hem, n La Théorie physique : sou Objet et sa Structure I ; Lucien Poincaré'

< La lhysiquc _-odib.nc ct son Evolution> ; ^{Picard, <} La Science moderne, ^tr

&c.

ment les chercheurs,

ont

de bo,nne heure été conduits

à

for-

muler des /ois dont l'utilité première était

assurément ^de condenser

et

de grouper ensemble des catégories de phéno- mènes.

Mais

ces

lois, ainsi

formulées,

n'ont

^{pas seulement} porlr

but

de classer les faits

qui ont

servi à les

établir;

elles

ont

aussi l'avantage non moins précieux de prévoir des faits

non

encore observés.

Leur utilité'est

donc double: classer

et

prévoir.

Parfois, ces

lois

expérimentales

ont paru d'une

^portée si générale qu'elles o,nt élé érigées

en

principes. Ces principes, naturellement

en petit

no,mbre, co,nstituent,

pour ainsi

dire,

le

squelette

de la

science. Citons

parmi eux le

principe de

la

conservation

de

l'énergie,.

celui de

,la conservation

de

^la matière en.chimie, celui de

l'action et

de

la

réaction en mé- canique, etc.

Mais l'énoncé'pur. et simple des lois et des principes expé- rimentaux ne serait généralement pas satisfaisant

si

no'us ne

pouvions

les

coordonner

tant

bien

'que mal; et c'est

alors quf.apparaissent les théories.

Malheureusement ces théories

n'ont

^pas

en

général un caractère

d'universalité;

elles n'embrassent

le ^plus

souvent

que telle ou telle

catégorie

de

phénomènes;

de plus

elles

sont souvent

provisoires,

et, ce qui est plus grave,

sont parfois incompatibles les unes ^avec les autres.

Parmi

les théorries

les plus

parfaites,

en

effet,

on

peut assurément

citer

les merveilleuses conceptions qui

ont

fourni

une explication

des phénomènes

si

délicats

de la

lumière.

Or, il

n'est aucune

de

ces conceptions

(M.

Poincaré

a eu

le mérite de le démontrer) qui satisfasse simultanément les deux principes fondamentaux

de l'action et de la

réaction,, cle la conservation

de l'électricité et du

magnétisme,

et

explique

en

rnême temps

les

phénomènes d'entraînement des oncles lumineuses

par

les corps en mouvement, phénomènes ^consta-

tés

expérimentalement

par

^Fizeau.

Mais

quelque imparfaites

que soient les

théories, leur

utilité

est si "grande qu'elle

suffit

à

jrrstifier

pleinement leur

, 5-

emploi. Non

seulement

les

théories permettent

un

exposé

clair e,f

co'ordonné,

parfois

esthétique,

des faits

^observés,

mais elles laissent entrcvoir

dc

nouvcaux faits,

et

ce

qui

est mieux,

de

no,uvelles relations expérimentales, c'est-à-dire ^de nouvelles

lois. En vertu

des immenses services qufelles ren-

dent, il est donc juste de leur pardonner

quelque chose.

Caractère approximatif des lois et des principes.

o

Mais

si

les lois, les principes, les théories,

ont

une utilité incontestable,

on ne

saurait

trop

insister

sur leur

caractère

approximatif, la

^précision

des

mesures

qui les ont

établis étant elle-même limitée

Aussi voit-on parfois les relations qui

paraissaient les

plus

rigoureuses se transformer au

fur et à

mesure que les méthodes d'observation

vont

se perfectionnant.

Il

en est ^na-

ilrrellement de

même

des formules

mathématiques

qui

les

résument

et n'en

so,nt

que l'expression dans un

^langage

infiniment clair et rapide.

So,uvent même,

il y a

répercussion jusqge

sur la

théorie,

qui

n'étant

plus

satisfaisante,

doit être à

son

tour

modifiée.

Cc

caractère

approximatif

des

lois, et

même

des

prin- cipes

qui

sont

à

la base de 'la science, tend à s'accentuer to'u-

jours

davantage.

Il est vrai que les

découvertes

si

surprenantes

de

la radio-activité

sont bien

faites

pour

nous rendre prudents et nous apprendre

à

no,us garder des généralisations

trop

hâti- ves. Ces atomes

que les

chimistes nous avaient habitués à

considérer comme les dernières particules de matière,

et

^qui

par définition ne

pouvaient

se

résoudre

en

particules plus petites, ces atomes. supposés indivisibles,

sont à l'heure

ac'

tuelle

insuffisants

pour expliquer la

radi,o-activité.

Ils

sont insuffisants

pour rendre compte de cette mutation

lente

et

peut-être générale des éléments

les uns

dans

les

autres,

dont la

transformation

du

radium en hélium (constatée pour

la première fois en Angleterre par Sir

W'

Ramsay et M. Soddy) est I'exemple

le plus

caractéristique.

Bien plus,

le

^principe

^de la

conservation

de la

matière, qui expérimentalement est peut-être le mieux établi, puisqu'il s'appuie sur to'ute

la

chimie,

n'est

pas à

l'abri de toute

^cri- tique. Arrêtons-nous quelques instants

sur

cette question

-

une des plus importantes et des plus actuelles de la physique moderne.

Ce

principe

très

simple nous enseigne' comme

on

^sait,

que le poids

d'un

composé est toujours égal à

la

somme des

poids des corps

qui le

composent,

et

cela quelles que soient les translormations physiques

ou

chimiques auxquelles

il

^est

soumis.

f)r nr crect demrnrté il v a attelntles années. si ce nrin-v r, vrr J * a-- --a-- -

cipe

fondamental

n'était ^pas

lui-même appro'ximatif,

et

^si,

en

poussant

la

^précision des pesées à ses dernières limites,

on ne

parviendrait pas

à le mettre en

défaut'

Le travail

^se

poursuit

actuellement,

et

sans

que l'on

puisse dès mainte- nant considérer

la

question comme résolue,

il

est cependant

du

plus haut

intérêt

de co'nstater que

sur

75 réactions ^effec-

tuées en tube fermé

avec

des

précautions

infinies, 61

se

sont

effectuées

en

accusant

une

légère dimitrution

de

^poids ne pouvant logiquement être expliquée par des errettrs d'ex- périences.

M.

Landolt,

qui vient

de publier ces résultats, ^est un savant à la fois ^:des plus autorisés et des plus prudents.

Il

^est

vrai

que

ce

résultat

n'infirme

pas nécessairement

le ^principe de la

co,nservation

de la

matière..

On peut

en

effet, admettre qu'au cours de

la

réaction, souvent très vive, quelquc chose

de très ténu s'est

échappé

en

traversant le

verre du tube

d'expérience.

Mais en

attendant que

l'o'n

ait

retrouvé ce

quelque chose

ailleurs, pour rétablir le

bilan, le principe de la co,nservation de la matière se trouverait mo- mentanément en défaut.

D'ailleurs, ce principe est

battu

en brèche

du point

^de vuc théorique. Si, comme le supposent les nouvelles théories, les atomes sont formés.uniquement par de l'électricité, I'iner-

-7-

tie de ces

atomes dependrait

du mode de distribution

^de cette électricité et ^{de sa} vitesse; la ^masse dans les phénornènes intra-atomiques, tels que

la

radio-activité

ou

les rayons catho- diques, ne serait alors plus nécessairement constante.

Un

seco'nd exemple nous

suffira à mettre en

^évidence

le

caractère'

approximatif des lois et des

principes. Nous l'empruntons

au

domaine

de la

mécanique céleste, que l'on est habitué

à

considérer comme

un

modèle

de

précision et d'harmonic.

On

sait que

le

mouvement des astres

n'a pu

être calculé qu'en supposant ces astres réduits

à

des points, c'est-à-dire ayant des dimensio'ns

très

petites relativement

aux

énormes distances

qui

les séparent. Dans cette hypo'thèse

et

dans la

limite de

précision

des

^mesures

astronomiques la loi

^de

Newton explique

do'nc

le

mouvement uctue'l

des

planètes,

mais ne suffit

^pas

à nous

renseigner co'mplètement

sur

ce

que nous réserve la suite des âges.

Il

faudrait

pour

résoudre

ce

problème,

avoir

^mesuré

les trajectoires

des astres ^avec unc

infinie

précision,

et

en second

lieu avoir

résolu

le

calcttl dans toute sa généralité

et

non

par

approximations.

Or,

tous les astronomes savent que ce calcul

offre

de telles difficultés

qu'il n'a ^pu,

^malgré

les efforts

des mathélnaticiens les plus éminents, être réso,lu dans to,ute sa généralité, même dans lc cas

oi: trois

astres'seulement'se trouvent en présence. ^'

No,us ne pouvons donc

dire

à l'heure actuelle, comme ^le

fait

remarquer

M.

Duhem,

si le

système solaire est éternelle-

ment

stable, o,u

si,

dans

le

cours des âges,

tel ou tel

astre quitant son

orbite

actuelle, s'en détachera p'our

aller

se per-

drc dans les

profondeurs

de

I'espace,

à la façon dont

les

électrons, ces

dernières particules d'électricité,

quitteraient l'atomc radio-actif dans sa décomposition.

D'autres considérations viennent

limiter, du

moins théo- riquement,

la

précision des merveilleuses

lois de la

rnécani-

que

céleste

La

masse

d'un

co,rps,

ou mieux ce que les

physicietts appellent son coefiicient d'inertie,

varierait

avec la vitesse de

son

déplacement.

Il en

résulterait cette co,nséquence fonda- mentale, que les

lois et

les formules habituelles de

la

méca_

nique ne seraient elles-mêmes que des approximations, elles

ne

conduiraient à

des

résultats pratiquement conformes à

l'expérience

qu'à la

co,ndition qùe

la

vitesse des corps soit

faible

vis-à-vis

de

celle de

la

lrrmière.

si

donc nous sommes tentés

d'attribuer aux lois

ordinaires

de la

mécanique une infinie précision, c,est que la vitesse des corps qlle nous obser_

vr;n:r

est toujours très

éloignée

de

l,énorme vitesse cle la

lumière,

cette vertigineuse messagère

qui

parcourt

près

de 300,000 kilomètres en une seconde.

En résumé, si no,s lois nous paraissent parfois _infiniment précises, n'est-ce pas

à

l,imperfection de nos mesures qu,est

due cette

apparence

? En

d,autres

mots, les lois,

les prin- cipes,

les

théories, demeureront

toujours

approximatifs _tant

que nous

ignorerons

la

véritable

interprétation

des phéno_

mènes

que

nous observons,

à

supposer,

bien

entendu, que ces phénomènes soient susceptibles d,une interprétation, et d'une interprétation unique.

3. La loi physico-chimique considérée comme loi statistique.

Nous

veno,ns

d'insister sur le

caractère approché rles

lois physico-chimiques même les plus précises.

Or, ce

caractère d,incertitude

et

drapproximation

se

re-

trouve à un

degré beaucoup plus _marqué,

si l,on

passe du domaine des phénornènes physiques

à

celui des phénomènes biologiques'ou même psychologiques.

Afin de rendre la

comparaison

plus tangible entre

ces

divers

phénornènes, rappelons

une des

interprétations

à

^la

fois

les plus originales et les plus actuelles de

la loi

physico- chimique (Poincaré, <La Valeur de la Science>).

Elle

consiste

à

envisager

la loi

^(même

en

apparence la

--

9 ^-

plus précise) cornme ayant le. caractère

d'une loi

stcttistique.

< Les

faits qui

no.us paraissent simples

ne

seraient

plus

que

la

résultante d'un

très

grand no'mbre de

faits

élémentaires ^>;

le

calcul des probabilités

et la loi

des grands nombres joue- raient alors

un

rôle prépondérant pour nous laisser entrevoir

la

tendance résultante de to'us ces

faits

élémentaires

et

indé-

pendants.

^:

Cette

conception est particulièrement

bien illustrée

par

la

théorie cinétique des gaz.

On sait en effet que cette théorie nous

fait

envisager les gaz comme formés de myriades de petites sphères élastiques anirnées

de

vitesses éno,rmes

et

se mo.uvant dans toutes les directions.

Toutes ces molécules élastiques s'entrechoquent en échan- geant

leur

vitesse

et

frappent les parois du vase

qui

les con-

tient,

déterminant

un effet

résultant

que

no,us appelons la pression

du

^gaz.

C)r,

il

n'est nullement nécessaire de supposèr dans cette théorie que toutes ces molécules soient animées rigoureuse- ment dc la même vitesse; bien au contraire, nous avons même

des

raisons

de croire qu'il n'en doit pas être ainsi.

Nous n'avons pas plus de raïsons de leur supposer une constitution absolumentidentique, nos instruntents ne nous donnanl janmïs quc dcs irtclicatians rrToUennes.

Si

donc nous plaçons

un

thermomètre

au milieu de

cet essaim

tourbillonnant,

nous

pourrons

comparer ce précieux instrument à

un

employé chargé d'effectuer

le

recenbement de

la

force vive moyenne de

toute

cette population gazeuse.

Cet

employé discret saura nous

faire

grâce

du détail

de ses

additions

et

de ses calculs,

il

nous

livrera

seulement Ie résul-

tat final

^,de

son

enquête;

ce

résultat,

nous

l'appellerons la température

du

^gaz.

Voyons maintenant dans quelles conditions s'effectuent ces sortes d'enquêtes

lorsqu'il

s'agit de phénomènes physico- chimiques

I

^{c'est 1à}

^{un point}

particulièrement important, nous semble-t-il.

Les recherches les plus récentes sur

la

conductibilité des gaz'ont conduit à admettre qu'un seul centimètre cube de ^gaz pris à la pression atmosphérique et à la température de ^{15o C.,} renfèrme ⁴

x

^1Ots mo,lécules,

soit

quatre cent milliards de fois 'cent

millions; I'ordre

de .grandeur de ce nombre étant d'ail- leurs confirmé

pai

des considérations empruntées

à

d'autres chapitres de

la

physique.

C'est donc sur

un

nombre de faits élémentaires au moins

de

cet

ordre

^que

portent

nos enquêtes nhysico-chimiques.

Hâtons-nous d'ajouter que cette population moléculaire (s'il est permis de l'appeler ainsi) co'nserve

un

caractère hypothé- tique, puisqu'elle

n'a

^jamais été perçue directement.

Cependant,

toute la

science actuelle repose

en

^grande partie

sur

so,n existence. ¹

Si

donc

l'on prend en

considération

le

nombre énorme de faits élémentaires ou,

si I'on

veut, d'individualités

qui

ser-

vent de

base à l'établissement

d'une loi

ph-vsico-chimique, on sera m'oins surpris de la concordance des résultats obtenus

par les ^'divers

expérimentateurs

; ^on

s'étonnera

moins

de ce qu'o,n appelle

la

précisi'on des expériences.

Quelques

chiffres

à

l'appui de ce dire ne seront

peut-

être

pas inutiles

à titre

d'exemple.

Err

déterminant

la

masse

d'un litre d'air à

^0"

C. et

à

la

pression atmosphérique,

il a

été trouvé:

Lord _Rayleigh Leduc

Von Joly ^...

Regnault ^...

7,293 27 gramme 1,293

1.6 )

1,293

83

⁾⁾

7,293

49

^>

r Les rtlierrts pirogrès réalisés darrs la vision clcs objets ultra-microsco- pitlucs out permis dc rendr.c visibles dcs particules dont lcs dimelsions ne scraient plus que dix fbis snpéricurcs à la distancc qui séparerail. deux mo- lôculcs gazeuscs l'nle de.l'autrc.

Ccs particulcs visibles scraient de llortlre du clcux cent millionième dc

millimètre; c'cst, crôyons-nous, acl.ucllcnrent. l'cxtrêmc limitc obset'vée dans la discontirruité dc la matière, si I'on excepte I'interprétation dorurée à l'ex- pér'icncc bict connuc du spilthaliscope cle Crookes.

-

¹¹

-

La

concordance est,

on le voit, très grande; les

quatre premiers chiffres sont les mêmes.dans toules ces détermina-

tionsr, et l'on

peUt

attribuer

encore

les

petites différences

aux

imperfections des méthodes

et

des mesllres.

Il n'est

^en

effet

jamais possible d'effectuer

deux

expériences dans des

cônditions absolument identiques, et" ces conditions mêmes-

ne sont

^jamais connues qu'avec

une

précision limitée. ^iVlais supposons ^ces méthodes parfaites, serions-nous en

droit

cl'at-

tendrc une

concordance illimitée

? Nous ne le

pensens pas, puisqu'en définitive

une

expérience serait une statistique et que cétte statistique n'embrasse jamais

qù'un

ùombre limité

de

molécules,

si grand

soit-il.

En

d'autres mo,ts,

si

^te

plrystcieri

auait

la

possibilité cte

n'eæpérimenter que

sur un petit

^{no.mbre. de} molécules,

iI

ne

lui serait

ureisemblablement pas possiblc

d'établir une

IoI

p hy sico-chi mi que quelco nque.

4. ^{Précision des lois} biologiques,

Les lois

biologiques

vont nous permettre de

préciser cette manière de voir.

Dans

un

article

très

documenté

sur la

masculinité, c'est- à-dire

sur le rapport

entre

le

no,mbre des naissances ^mascu-

lines et celui des

naissances féminines,

M. E. Maurel

cite

entre

autres

le

tableau suivant:

Norvège...

^105.6

Russie dtEurope

...

^105.

Danemark.

^105.

Finlande...:... 104.9

t

I Il ne s'tgit nullemcnt icl d'un recortl; dans les qtesurès les plus pré-' cises que l'on puissc effectuer ayec une balance, il est possible de détermi- ner la masse d'un corps avec sept et nrême huit chiffreç concordants.( I ki-

logramme pesé à 0.01 milligramnre.

Croatie-Slavonie

...

^105.8,

Pologne

Russe

^101.

Ro'umanie..

^110.8

Serbie

^105.8

Prusse

^105.3

Alsace-Lorraine...

105.1

Bavière

^105.2

Saxe...

^105.

Wurtemberg...

...

^104.3

Bade...

^104.9

Crande-Bretagne...

^105.3

Autriche...,

^106.1

Belgique,...

^104.7

Ho'llande ....:...'1,05.2

.Suisse ...:....

1,05.2

Italie...

^106.3

Espâgne

^108.3

Crèce...

^113.8

P,ortugaI... 107.1

France...

^104.7

.Dès que la

statistique embrasse

un groupe de

popu-

lation

assez

ipportant, les chiffres

représentant

la

mascll-

linité

devien4ent, sinon constants,

du

moins

très

voisins.

Il faut

donc admettre que

les

influences, pro;bablement

très

complexes,

qui

déterminent

la

masculinité, sans être individuellement constantes,

ont

cependant une résultante _.qui tend vers irne valeur constante voisine de 105.

Or, la

statistique précédente

n'a pu,

semble-t-il, être établie dans chaque pays que

sur

quelques millions

de

cas,

et,

à l'exception

de la

Roumanie

et de la

Grèce,

le

second

chiffre

décimal exprimant

la loi de

masculinité est

le

même dans

tous les

pays.

Or, il ^est

évident que

I'on

n'aurait pu

formulcr

^eucune

Ioi si.la

stalistique précéclenlc n'cruait porl(

quc '

Dlailleurs, sur une

lamille

quelle que ^prisc soit

^au

^hasard l'étendue ^dans d'une

^clnque

statistique bio-^pu7s.

losique.

le

nombre des individualités

qui

serviront à l'établir

.

¹³

-

sera toujours

incomparablement

plus faible que dans

^une expérience physico-chimique quelconque.

Nous

serons tou-

iours très loin des 4-11gts

molécules

du

centimètre cube de gaz. Po'ur expérimenter en

biologie

dans des conditions.

comparables,

il

faudrait dans chaque cas disposer d'une-popu- Iatio,n vingt-sep,t

milliards de fois plus

n'ombreuse

que

la population

du globe

estimée à

un milliard et

demi.

Si

l'on

cherche à étendre des considérations de ce genre dans lc domaine autrement complexe des phénomène.s psycho- logiques,

on

conçoit aisément l'impossibilité pratique de for-

muler

dans

ce

do,maine

des lois

précises, c'est-à-dire d'er-

priner

^cles préuisions qui. eient une probubitité quasi certaine de se réaliser.

Dans cette manière de

voir, la loi

psychologique

et

bio' logique existerait au même

titre

que

la loi

physico-chimique, en

tant

^que tendancq résultante. Mais, comme cette dernière

elle ne deviendrait lo'i,

c'est-à-dire précise,

que lorsque

^le

nombre des individualités

envisagées

serait

suffisamment grand.

On voit que cette interprétation très

actuelle

des

lois physico-chimiques dans laquelle

on fait

intervenir

au

premier rang

le

calcul des probabilités

et la loi

des-grands nombres,

â

l'avantage

d'établir

une sorte

d'unité

dans

la

façon d'envi- sager

les

phéno,mènes

qui se

présentent

à nous -

^phéno-

mènes

que _nous

avons classés quelque

.peu

arbitrairement

en

phéno'mènes physicro-chimiques, biologiques

et

psycholo- giques.

Elle nous conduirait tout naturellement à parler des

philo'

sophies; animistes, vitalistes et indéterministes. Mais ces ^ques- tions aussi vieilles que

la

philosophie elle-même, ne sont ^pas de celles

qui

se p'uissent

traiter en

quelques pages.

Notre but,

dans cet article,

a

été de

montrer

quels sont

dans la physique moderne

quelques

arguments

nottveatlx

qui

peuvent

être

invoqués

en leur

faveur.

Ces arguments résultent

d'une part de l'impossibilité

^oùt

nous

sommes

de formuler des lois infiniment

précises, et

, -'t4._

d'autre part

du.

grând

no,mbre d'individualités moléculaires ou atomiques sûr lesquelles reposent nos statistiques physico- chimiques comparées à celles _Que nous pouvons établir clans

le

^domaine

^ldes

sciences biologiques

ou

psychologiques.

Genèue,

Auril

^1906,