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Rektorats Reden © Prof. Schwinges

LA MATIÈRE ET L'ATOME

La coutume qui oblige le Recteur nouvellement élu, à prononcer devant cette haute assemblée un discours inaugural sur l'un des problèmes de la branche qu'il enseigne, ne laisse pas de soulever quelques difficultés dont j'éprouve toute l'ampleur. En effet, si je m'en tenais aux travaux qui sont l'objet de nos recherches à l'Institut de physique, je traiterais quelque question spéciale des oscillations électriques, quelque problème touchant la nature et les propriétés des liants hydrauliques. Et à la fin de cet aride exposé, vous me témoigneriez poliment le plaisir que vous aura causé la péroraison.

La physique, si vaste par son domaine et par l'extrême variété des travaux qu'elle poursuit, n'a pas son but profond dans l'acquisition d'une science de détails; les grandes énigmes de la nature qui ont occupé les philosophes, les astronomes, les mathématiciens de l'antiquité et de la Renaissance, sont encore aujourd'hui l'objet de recherches passionnées qui dépassent toutes les autres en intérêt. Le monde admire une belle invention, il se préoccupe de sa valeur pratique, du confort qu'elle peut apporter, il escompte les résultats financiers qu'elle laisse entrevoir; mais par contre, il demeure longtemps indifférent aux constructions intellectuelles, aux travaux qui perfectionnent la connaissance des lois et des phénomènes fondamentaux de la nature. Non seulement, l'exposition en est plus ardue que

la description d'un gramophone ou le mode d'emploi d'un poste de téléphonie sans fil, mais les résultats, comme les interprétations que suggèrent ces hautes recherches, donnent l'impression de quelque chose de provisoire, d'incomplet, qui n'est et ne peut être qu'une étape sur la voie semée d'approximations qui mène à la vérité physique.

Mais un jour arrive où les démonstrations sont devenues si fortes, les preuves si nombreuses et si convaincantes, que la force d'expansion inhérente à la vérité donne un essor puissant à la théorie physique, la fait, pour ainsi dire, déborder le milieu où elle est née et la répand largement pour l'enrichissement des connaissances de tous, mais avec le risque fatal qu'elle subisse, par l'emploi du langage courant trop peu précis et dépourvu des algorithmes mathématiques, une certaine déformation.

Je voudrais consacrer ce discours à l'une de ces vastes théories, qui depuis 25 ans a pris un tel développement, qu'elle ne peut laisser indifférents ceux qui s'intéressent aux problèmes philosophiques que soulèvent les recherches scientifiques.

La Matière et l'Atome, l'unité ou la multiplicité des éléments dont elle est formée; la constitution de l'atome, son organisation et les lois qui la régissent.

Ce sera, en raison des circonstances et contrairement aux règles d'une saine pédagogie, une leçon de physique expérimentale sans expériences et un exposé de physique théorique, sans mathématiques.

I

La représentation que la physique moderne donne de la constitution de la matière n'est certes pas définitive, d'ailleurs le sera-t-elle jamais? Mais parmi les éléments fondamentaux de cette représentation, il est intéressant de noter qu'il en est de très anciens dont les philosophes grecs eurent

l'intuition; ils se sont conservés, au cours des temps, en passant du rang d'hypothèse à celui de faits expérimentalement démontrés. D'autres, plus modernes, ressortissent nettement des progrès de la physique au cours des dernières années et sont nés de l'insertion, dans une théorie physique constructive, de résultats d'expériences de détail; ils gardent de leur origine une certitude moins évidente et leur emploi dans la théorie de la matière est justifié uniquement par le principe de non-contradiction avec les faits acquis par l'expérience. Enfin, les recherches sur la lumière et sur l'électricité, si éloignés de la matière pesante que ces éléments impondérables puissent paraître, ont ouvert la voie à une large synthèse dans laquelle, non seulement l'énergie rayonnante sous sa forme lumineuse, comme sous sa forme électrique, transporte ces particules élémentaires dont la matière est constituée, mais où la matière elle-même est un réservoir et peut devenir une source d'énergie.

Aux philosophes grecs qui admettent l'existence des atomes, particules infimes qui ne peuvent plus être divisées sans perdre les propriétés qu'elles possèdent, nous devons l'hypothèse de la discontinuité de la matière. La notion moderne est plus complexe; elle distingue, selon la physique et la chimie de la fin du XIXme siècle, deux genres de particules limites: la molécule et l'atome; c'est la molécule qui répond à la définition antique en ce sens qu'elle est la plus petite quantité de matière qui peut subsister. Il y a les molécules des corps simples, groupes d'éléments de même nature, il y a les molécules des corps composés où se trouvent des éléments de nature différente. Ces éléments qui constituent la molécule sont les atomes, pierres de l'édifice moléculaire. Nous connaissons des édifices monolithes, des molécules monoatomiques celles des gaz rares, du mercure. La plupart des corps simples ont leur molécule formée de plusieurs atomes semblables entre eux et liés par des forces énormes.

La notion de molécules composées d'atomes, soit semblables

dans le corps simple, soit différents dans le corps composé, a été acclimatée dans la science par la chimie qui fondait son hypothèse sur les rapports des masses de corps simples entrant dans les combinaisons. Si elle peut en justifier l'utilité, la chimie n'a pas pu jusqu'ici en apporter de démonstrations péremptoires. Aujourd'hui, personne ne doute plus de la discontinuité de la matière, composée de molécules groupant des atomes. La physique possède d'ailleurs des méthodes qui font appel aux phénomènes les plus divers, aux propriétés les plus variées de l'état moléculaire, pour établir expérimentalement l'exactitude de l'hypothèse et déterminer le nombre de molécules renfermées dans une quantité donnée de matière. Ainsi, deux grammes de gaz hydrogène, qui occupent sous les conditions normales de pression et de température un volume de 22 litres 40, renferment un nombre de molécules qu'il est inutile d'essayer de se représenter et dont le chiffre s'écrit 650 suivi de 21 zéros: 650 mille milliards de milliards.

C'est dire la petitesse de la molécule que le plus perfectionné des microscopes sera toujours impuissant à faire apparaître. Comment ces infimes particules, toujours en mouvement sous l'action de forces dont nous ne connaissons pas l'origine, sont-elles reliées à des degrés divers pour former les masses gazeuses, les liquides, les corps solides, nous ne le savons guère: car, il ne suffit pas de parler de cohésion moléculaire pour expliquer les propriétés des trois états de la matière. Si le mélange des gaz ou des liquides nous fait admettre que les molécules peuvent facilement diffuser dans un espace occupé par les molécules d'un autre gaz ou d'un autre liquide, nous sommes beaucoup plus gênés pour expliquer la constitution du corps solide.

A la diversité des corps simples, on en compte à ce jour 90, correspond la diversité des molécules, caractérisées par le nombre et surtout par le poids des atomes qu'elles contiennent: ainsi l'hydrogène, le premier des éléments, est formé de molécules qui groupent deux atomes. Nous ne

savons rien de la structure interne de la molécule diatomique ni du mode de liaison des deux atomes, ni des forces qui agissent dans ce monde fermé; nous savons cependant par les réactions chimiques que dans les combinaisons, sous l'action du courant électrique, les atomes de la molécule peuvent se séparer, pour se lier à d'autres atomes. L'atome d'hydrogène est pris comme unité de masse pour mesurer la masse des autres atomes; la chimie indique, avec une grande précision, soit la masse, soit le nombre des atomes contenus dans la molécule des divers corps. Ainsi un gaz, classé dans la famille des gaz rares et dont nous aurons à parler, l'hélium, a une molécule à un seul atome qui est quatre fois plus lourd que l'atome d'hydrogène. La molécule d'uranium est formée de deux atomes, de poids atomique 238; c'est la plus lourde molécule connue. Les connaissances que nous avons de l'existence et des propriétés des molécules sont loin d'apporter une solution satisfaisante au problème de la constitution de la matière. Non seulement, comme on l'a vu, nous ne connaissons pas les forces qui s'exercent entre les molécules et les lois de leur aggrégation, mais nous ignorons tout de leur organisation interne, sauf qu'elles sont composées d'atomes. A l'heure actuelle, la physique ne paraît pas disposer de moyens bien efficaces pour pousser très loin l'étude des molécules et la physique théorique n'indique guère encore les voies suivant lesquelles ce travail doit être entrepris. Par contre, certains phénomènes d'allure surprenante, la découverte de la structure discontinue de la lumière et de l'électricité, ont permis aux efforts conjugués de la physique expérimentale et de la physique théorique, de pénétrer beaucoup plus profondément dans la connaissance de l'atome dont l'édifice nous est actuellement beaucoup plus familier que celui de la molécule.

II

On a cru longtemps, jusqu'au commencement de ce siècle, que l'atome, élément primitif des corps simples, était homogène, insécable, indestructible; il nous apparaît aujourd'hui comme un univers, un système planétaire à échelle infiniment petite qui peut éprouver des modifications, des dislocations même, spontanées ou provoquées, donnant naissance à des atomes différents, une véritable et effective transmutation de la matière.

D'où vient cette révolution, l'une des plus considérables que la physique ait éprouvées depuis la démonstration de la pesanteur de l'air par Torricelli et Pascal ou depuis l'invention de la pile électrique par Volta?

En 1903, M. et Mme Curie annoncèrent la découverte d'une substance, le radium, la plus merveilleuse qu'on ait jamais connue, «le plus grand mystère de la nature», comme disait le physicien anglais Lord Kelvin. En effet, ce nouveau corps simple a des propriétés qui semblaient, au premier abord, en contradiction avec les lois physiques les mieux établies et même avec un postulat, un principe fondamental, celui de la conservation de l'énergie. Le radium, ou plutôt ses sels furent extraits de minerais de plomb uranifères qui jouissaient de la faculté de noircir la plaque photographique et de décharger les corps électrisés. Après avoir traité une tonne de minerais, Mme Curie retira, par cristallisations fractionnées, environ un dixième de gramme de chlorure de radium.

Ce corps extraordinaire émet constamment, avec une vitesse toujours égale, un rayonnement intense; il est lumineux dans l'obscurité, il dégage de la chaleur sans qu'on puisse découvrir un apport extérieur d'énergie qui explique ce paradoxal perpetuum mobile. Le rayonnement qui s'échappe du radium n'est pas homogène; il est composé de trois genres de rayons, de nature totalement différente, que l'on peut

facilement analyser en plaçant le sel de radium sous l'action d'un aimant. Les rayons oc sont des corpuscules matériels de poids atomique égal à 4, c'est-à-dire des atomes du gaz hélium qui transportent de l'électricité positive, par des charges doubles de celles véhiculées dans l'électrolyse. Cette émission est la conséquence d'une explosion à l'intérieur de l'atome de radium qui rejette avec la vitesse prodigieuse de 20,000 km. à la seconde, les particules d'hélium.

Les rayons ß sont des particules d'électricité négative 1,800 fois plus petites que l'atome d'hydrogène et dont la vitesse est à peine inférieure à celle de la lumière. Ils ont les propriétés des rayons cathodiques, en particulier, ils donnent aussi naissance à ce rayonnement de l'éther, à cette énergie rayonnante de très courte longueur d'onde, les rayons X, qui, émis par le radium, portent le nom de rayons y.

Ce triple rayonnement est accompagné d'une émission d'énergie, soit mécanique, par la vitesse des particules expulsées, soit électromagnétique et lumineuse. En enfermant le sel de radium émetteur dans du plomb, toute l'énergie, quelle que soit sa forme, est absorbée et se transforme en chaleur dont la quantité peut être mesurée.

Je ne puis entrer dans le détail des nombreuses expériences établissant qu'un gramme de radium pur émet, par seconde, 36 milliards d'atomes d'hélium; ce nombre, si énorme qu'il puisse paraître, est très petit vis-à-vis du nombre total d'atomes que contient un gramme de radium. La transformation d'une substance radioactive en voie de destruction ne porte pas sur tous les atomes à la fois; on peut montrer que dans chaque unité de temps, un certain nombres d'atomes se détruisent pendant que les autres restent inaltérés. Sur un million d'atomes de radium, il s'en décompose environ un par jour et on a pu calculer qu'après une période de temps de 1,715 années, la moitié du nombre d'atomes avait subi la transformation.

Nous ne savons rien, à l'heure actuelle, de la cause profonde

qui provoque cette désagrégation de l'atome de radium en libérant de l'énergie intra-atomique, et engendre de l'hélium. Les atomes qui ont fait explosion ne sont plus du radium, mais un autre corps, de poids atomique plus faible, qui à son tour rayonne de l'énergie, se transforme en un nouvel élément, expulsant toujours de l'hélium chargé d'électricité positive. Il en est ainsi jusqu'au terme final de ces transformations successives, qui est un corps stable n'émettant plus aucun rayonnement et qui a toutes les propriétés du plomb. Le corps découvert par Mme Curie, le radium, n'est d'ailleurs qu'un terme intermédiaire et lentement passager dans la série des corps radioactifs; il est engendré par un élément, l'ionium, qui a lui-même pour grand-père l'uranium, le corps simple dont l'atome a le poids le plus élevé.

Un autre genre de phénomènes a une importance fondamentale pour la théorie de la matière: l'émission de quantité définie d'électricité négative par certains corps sous l'action de la chaleur, de la lumière ou au cours de réactions chimiques. Ces grains d'électricité qu'on nomme électrons, le radium les émet constamment sous la forme des rayons ß. Ils sont étudiés depuis longtemps, les traités élémentaires de physique en parlent sous le nom de rayons cathodiques. On a pu déterminer leur vitesse qui est très grande; on a reconnu leur propriété de produire les rayons X; on a mesuré leur charge, c'est-à-dire la quantité bien définie d'électricité que chaque grain transporte et qui est toujours un multiple entier de l'élément d'électricité négative, quand ce n'est pas, le plus souvent, cet élément lui-même.

III

Les résultats que je viens d'exposer ne sont pas le produit de vagues spéculations, issues d'hypothèses plus ou moins aventureuses; ce sont des faits qui reposent sur des expériences souvent reprises, sur des pesées délicates, sur l'emploi

des moyens de recherches les plus précis dont dispose un laboratoire.

L'étude de la radioactivité, les expériences déjà anciennes sur les rayons cathodiques ont fourni un certain nombre d'observations concernant les phénomènes qui se passent à l'intérieur de l'atome et les propriétés des grains d'électricité. Le physicien va se servir de ces éléments pour construire une image de l'atome: il est comme l'archéologue qui, devant les ruines d'un temple ancien dont il veut essayer de reconstituer le monument, ne se contente pas d'étudier les pierres, mais recourt à l'histoire, fait appel aux inscriptions et aux bas-reliefs que le temps a respectés. Le physicien procède de même, il s'entoure des renseignements et des relations que peuvent lui fournir les mathématiques, la chimie, et il perfectionne progressivement son travail jusqu'au point où le modèle de l'atome qu'il a édifié, lui suggère une expérience nouvelle, qui décidera de la réussite ou de la stérilité de ses efforts.

Or, dans l'ensemble des 90 corps simples actuellement connus, il a été établi des groupements en familles d'éléments dont les propriétés présentent des analogies profondes. Ainsi le fluor, le chlore, le brome et l'iode, ou l'oxygène, le soufre, le sélénium et le tellure. Elles seraient inexplicables, si chaque atome formait un tout indivisible et si les atomes différaient dans leur substance même.

Le tableau que l'on peut dresser en classant les éléments d'après leurs propriétés chimiques, tableau qui fut publié en 1869 par Mendeleieff, à une époque où l'on ne parlait nullement d'électrons ni de transformations radioactives, ordonne les corps simples, leur attribue un numéro d'ordre, suivant le poids atomique croissant et les distribue par famille, en 8 colonnes.

Le rayonnement puissant et rapide que le radium envoie sous la forme des rayons α traverse la matière le plus souvent sans éprouver de déviation, grâce à la petitesse des particules dont le diamètre ne dépasse guère r millionième de millionième de millimètre. Quelques particules cependant sont rejetées

de côté ou même renvoyées en arrière: ce sont celles qui se sont trop approchées du centre de l'atome, en ont éprouvé l'attraction ou même subi le choc. L'interprétation de ces résultats et l'étude mathématique des actions réciproques de particules électrisées en mouvement a conduit le physicien Rutherford à considérer dans l'atome un noyau central appelé «Proton» chargé d'électricité positive, contenant à peu près toute la masse de l'atome, et de très faibles dimensions. Autour de ce centre, gravitent les électrons à une distance relativement énorme. L'atome apparaît ainsi comme un système solaire de dimensions absolues extrêmement réduites, dans lequel le soleil est représenté par le noyau et les planètes par la cour d'électrons qui l'environne. L'atome d'or, par exemple, a un diamètre qui est de 30 millionièmes de millimètre, son noyau est dix mille fois plus petit.

La classification des corps simples, selon l'ordre croissant des poids atomiques, correspond à des propriétés fondamentales de l'atome. Le numéro d'ordre d'un corps simple, c'est-à-dire le rang qu'il occupe dans la suite du classement, fixe dans ce premier schéma que Rutherford a donné, le nombre de protons qui constituent le noyau. Comme chaque atome est neutre, il faut admettre à la périphérie de son système, un nombre d'électrons égal au nombre de charges électriques positives que porte le centre.

Ainsi l'atome d'hydrogène, qui est le premier des corps dans la classification, est composé d'un proton et d'un électron; l'hélium dont le numéro atomique est 2 présente deux protons et deux électrons; le radium qui occupe le 88me rang a un centre de 88 protons qu'entoure un cortège de 88 électrons. Il résulte immédiatement de cette théorie que tous les corps simples sont formés des mêmes éléments, protons et électrons, mais en nombre différent. Nous verrons, plus loin, dans quelle mesure est justifiée cette hypothèse qui, d'une part, conclut à l'existence d'une matière primordiale unique, le proton, et d'autre part, différencie l'élément par le nombre de protons qui y entrent.

Ce modèle d'atome relativement simple permet de retrouver les propriétés générales qui dépendent uniquement du rang qu'occupe le corps dans le tableau; cependant, il est insuffisant pour rendre compte de l'existence de propriétés communes aux familles de corps classées en colonnes. Il ne peut non plus fournir aucune explication du spectre lumineux propre à chaque corps simple.

Les modèles qui ont suivi celui de Rutherford conservent les caractères généraux de l'hypothèse fondamentale en précisant que le proton élémentaire est un atome d'hydrogène et que le numéro atomique indique le nombre d'électrons situés dans les zones périphériques les plus éloignées du noyau, sans avoir égard au nombre total d'électrons et à leur répartition. Voyons d'abord ce dernier point. L'analyse mathématique établit que le nombre d'électrons qui peuvent être répartis sur une même surface sphérique concentrique au noyau, est limité à 8. Si cette valeur critique est dépassée, la répartition doit s'opérer en deux ou plusieurs groupes, rangés en surfaces concentriques rappelant la disposition des diverses enveloppes d'un oignon. L'affinité qui s'exerce entre les atomes de nature différente, en vue de leur combinaison, dépendra presque uniquement de la ceinture des électrons extérieurs plus mobiles et qui peuvent se déplacer plus aisément sous l'action des forces exercées entre les électrons périphériques des atomes voisins. Nous trouvons ici l'explication des propriétés constitutives qui varient d'une manière quasi périodique dans la série des éléments. Cette couche électronique externe comprend un nombre d'électrons qui est le même pour tous les éléments d'une même famille et qui varie d'une unité quand on passe d'une famille à la suivante.

Si l'hypothèse de la couche extérieure d'électrons fournit une explication des propriétés constitutives, les propriétés intrinsèques, qui sont celles que l'atome conserve dans ses diverses combinaisons, ont leur origine dans l'organisation du noyau. En admettant que l'élément primordial, le proton,

est un atome d'hydrogène, le nombre de protons doit être, pour un corps donné, égal à son poids atomique, et le nombre d'électrons extérieurs doit représenter le numéro atomique. Prenons l'exemple du phosphore dont le poids atomique est 31 et le numéro atomique 15. L'atome de phosphore pèse 31 fois l'atome d'hydrogène, il sera donc composé de 31 protons avec 15 électrons à sa périphérie. Afin de maintenir à l'atome son état neutre électrique, il faut admettre que pour les 31 protons, il y a, dans le noyau, i6 électrons qui neutralisent 16 protons; les 15 autres, étant en équilibre électrique avec les 15 électrons périphériques.

Ce modèle perfectionné admet donc l'existence, dans l'atome, d'électrons qui occupent des situations différentes; les uns sont liés au noyau, ce sont les électrons essentiels, les autres, électrons satellites, gravitent dans les zones limites; le nombre total d'électrons, égal à celui des protons, représente le poids atomique, le nombre des électrons satellites, répartis en couches concentriques à grande distance du noyau, est égal au numéro atomique. Il ne faudrait pas croire, comme cet exemple simple pourrait le laisser supposer que, la mise au point de la théorie s'est faite par un élégant arrangement, une sollicitation des nombres qui permette de retrouver aussi bien le poids atomique que le numéro d'ordre; les confirmations que, pour les 90 corps simples, cette hypothèse a rencontrées montrent qu'elle est loin d'être un jeu élégant de l'esprit.

Le noyau si bien protégé contre les actions extérieures par les couches électroniques est un monde remarquable. En général, il est extrêmement stable; mais, aux valeurs élevées du numéro atomique, sa constitution est si compliquée qu'elle est en perpétuelle transformation et que le noyau explose produisant les transmutations radioactives. L'émission d'une particule α qui emporte avec elle deux charges positives, diminue la charge du noyau de deux unités, ce qui abaisse le poids atomique et entraîne par perte conjuguée de deux électrons périphériques un déplacement

de l'élément de deux rangs, dans le sens des numéros atomiques décroissants. Quand un électron disparaît du noyau, c'est une particule ß qui est émise et la charge positive du noyau, ainsi que le numéro atomique se trouvent augmentés d'une unité; tel est le mécanisme des désagrégations radioactives. Les isotopes viennent apporter un appui à la valeur de cette dernière hypothèse. On appelle de ce nom des corps de poids atomiques différents, qui ont cependant des propriétés chimiques identiques. On les rencontre non seulement dans la catégorie des éléments radioactifs, mais aussi parmi les corps simples à poids atomiques plus faibles. On explique leur origine et leur propriété semblables, en imaginant qu'un proton et un électron qui pénètrent dans l'atome, se fixent tous deux sur le noyau dont la charge globale, pas plus que le numéro atomique, ne sont ainsi modifiés.

Les phénomènes de la radioactivité sont immuables: aucun moyen usuel de la physique ou de la chimie n'a pu les accélérer ou les ralentir. Ces mêmes moyens sont aussi sans action sur les noyaux des éléments ordinaires. On ne peut agir que sur la couche extérieure des électrons, et peut-être, dans quelques cas extraordinaires, peut-on atteindre les couches internes des électrons satellites, sans aboutir d'ailleurs à des transmutations.

Cependant on a réalisé récemment une expérience essentielle qu'il faut considérer comme une des preuves les plus péremptoires de l'existence du noyau et de la constitution qui lui est attribuée. En faisant subir au noyau de l'atome une désagrégation par bombardement, au moyen de ces puissants projectiles que sont les noyaux d'hélium émis sous la forme de rayons α par le radium, avec une vitesse de 20,000 km. à la seconde, Rutherford est arrivé à disloquer, à briser le noyau de corps simples, tels que le bore, l'azote, l'aluminium, le phosphore, corps qui se sont transformés en éléments chimiques plus simples, avec un dégagement important d'énergie. On est parvenu de même à transformer, sous l'action de

puissantes décharges électriques, le mercure en or; mais toutes ces transmutations n'ont jamais donné les corps nouveaux qu'en quantité infinitésimale. La recherche de la pierre philosophale n'est plus un vain mythe: partir d'un vil métal tel que le plomb pour le transformer en or pur n'a rien d'impossible, puisque le plomb, dans l'échelle des corps, possède un numéro atomique supérieur à celui de l'or. Mais la difficulté réside dans le choix et la puissance de l'agent capable de briser les liaisons nucléaires et d'enlever les dix protons qui distinguent le plomb de l'or. L'importance, pour l'humanité, de cette transmutation, s'il était un jour possible de la produire économiquement, ne résiderait pas dans l'or ainsi obtenu, dont la valeur tomberait d'ailleurs rapidement, que dans l'énergie intra-atomique libérée au cours de la transmutation; on ne peut calculer cette énergie, dans l'ignorance où l'on est, des produits intermédiaires et du stade final de la modification, mais nous pouvons avoir une notion de sa grandeur en calculant l'énergie libérée par le radium au cours de la transmutation qui amène la moitié de ses atomes à l'état de plomb: un gramme de radium produit environ 3 milliards de calories, autant que la combustion de 400 kg. de charbon. C'est une quantité d'énergie considérable, mais dont le coefficient d'utilisation est nul, puisque ce gramme de radium met 17 siècles à la libérer et que nous n'avons aucun moyen d'en activer la production.

Mais il nous reste à traiter un dernier point, celui de l'origine des lignes spectrales émises par un corps simple sous diverses conditions d'excitation. Chaque substance possède son spectre caractéristique, de bandes ou de lignes, quelquefois très compliqué. Toute théorie atomique capable d'augmenter le domaine de nos connaissances doit finalement être en mesure d'attribuer à la molécule ou à l'atome, au noyau ou aux électrons de celui-ci, l'origine de ces bandes ou de ces lignes, de débrouiller la structure du spectre et de signaler les radiations non encore observées dans les domaines, inaccessibles à l'oeil, où l'énergie rayonnante agit sur la plaque

photographique. Le physicien danois, Niels Bohr, apporta de successives retouches à la théorie de l'atome, en y introduisant le principe nouveau de la quantification de l'énergie rayonnante, qui jusqu'alors était du domaine de la lumière où il se heurtait d'ailleurs à quelques contradictions, récemment levées par les travaux qui ont valu à son auteur, M. L. de Broglie, le prix Nobel.

Dans cette théorie, toute source de lumière, tout radiateur ne peut émettre ou absorber de l'énergie que par saut brusque, par unité discrète, multiple d'une quantité élémentaire, appelée quantum ou grain d'énergie rayonnante. De plus, Bohr admet qu'à chaque électron satellite qui se trouve dans l'atome, correspond un certain nombre de trajectoires stationnaires qu'il décrit sans rayonner d'énergie. Sous l'influence de causes extérieures, telles que décharges électriques, rayons X, un électron peut être amené d'une orbite stationnaire sur une autre, plus rapprochée du noyau; il libère alors de son énergie propre, un quantum qui est émis au dehors sous forme d'un rayonnement lumineux de longueur d'onde caractéristique du changement d'orbite.

Les hypothèses de Bohr se sont montrées fécondes. On a pu prévoir les divers spectres de l'hydrogène et de l'hélium, en calculer la distribution des lignes, en déterminer les constantes numériques avec une exactitude déconcertante, si l'on considère les suppositions hardies qui ne manquent pas, soit dans la théorie des quanta, soit dans le modèle de l'atome.

Les applications spectrales de la théorie de Bohr n'ont pu être développées mathématiquement, que pour l'hydrogène et l'hélium ionisé dont les structures atomiques particulièrement simples permettent l'application des lois de la mécanique céleste. Pour les spectres des autres corps, les difficultés de calcul sont énormes; dès qu'il y a plus d'un électron, on se trouve devant le problème des 3 corps ou plus qui, depuis deux siècles, fait le désespoir des mathématiciens.

L'exposé nécessairement simplifié que je vous ai présenté ne doit pas vous laisser croire que tout est définitif dans la théorie de l'atome et que nous connaissions, sans revisions futures, sa constitution. Ce serait donner à la méthode de travail de la physique une valeur de preuves qu'elle n'a pas et qu'elle ne prétend pas avoir. Cependant il y a dans cette théorie des éléments qui sont tout près d'acquérir le droit de bourgeoisie dans le domaine de la vérité. La discontinuité de la matière, l'existence des molécules, l'existence des atomes, l'atome d'hydrogène, principe matériel de tous les corps, le rôle des charges électriques dans la constitution de la matière, la quantification de l'énergie rayonnante, paraissent être des faits acquis, au même degré que l'organisation stellaire de l'intérieur de l'atome.

L'atome avec son noyau, masse matérielle chargée d'électricité positive, et ses électrons répartis sur des orbites très éloignées du centre, reproduit, à l'échelle de l'infiniment petit, le système formé par le soleil et ses planètes. Les forces qui font graviter les astres sont de même nature et exercent, selon les mêmes lois, les mêmes actions que les attractions électriques qui donnent aux électrons leur vitesse de rotation autour du centre.

On peut pousser très loin la similitude des lois et des grandeurs physiques, dans les deux infinis de science, «celui de grandeur et celui de petitesse». Déjà, sur ces similitudes quelques savants ont ébauché de nouvelles hypothèses pour expliquer l'origine de l'énergie par la désagrégation de la matière contenue dans les astres, appliquant ainsi les recherches de l'infiniment petit à l'infiniment grand. Pascal, qui fut un grand physicien, donne dans un fragment célèbre des Pensées, la raison profonde de cette corrélation:

«On se croit naturellement bien plus capable d'arriver au centre des choses que d'embrasser leur circonférence; l'étendue visible du monde nous surpasse visiblement; mais comme c'est nous qui surpassons les petites choses, nous nous croyons plus capables de les posséder, et cependant

il ne faut pas moins de capacité pour aller jusqu'au néant que jusqu'au tout; il la faut infinie pour l'un et pour l'autre, et il me semble que qui aurait compris les derniers principes des choses pourrait aussi arriver jusqu'à connaître l'infini. L'un dépend de l'autre, et l'un conduit à l'autre. Ces extrémités se touchent et se réunissent à force de s'être éloignées, et se retrouvent en Dieu, et en Dieu seulement.»