Ces discussions, tout le Moyen âge les a répétées en en modifiant à peine les détails : cette méthode a été et devait être stérile; on peut, en effet, imaginer un grand nombre de systèmes pour représenter la constitution de la matière, tandis qu'un seul est vrai. Un chimiste qui essaierait de reproduire la blende sans savoir que ce corps est formé de soufre et de zinc pourrait faire un grand nombre d'essais inutiles et peut-être même n'arriver jamais à l'obtenir; le chimiste, au contraire, qui procédera par la méthode inverse, qui analysera d'abord la blende et y reconnaîtra la présence du zinc pourra ensuite facilement reconstituer ce corps, en faire la synthèse.

Les modernes ont, depuis trois siècles environ, adopté la marche exactement inverse de celle des philosophes anciens; ils ont momentanément laissé de côté les discussions stériles sur la constitution de la matière et entrepris l'étude détaillée et précise des faits.

Tout d'abord on a été amené à distinguer deus ordres de phénomènes parmi ceux que présente la matière inorganisée; les uns ne modifient que d'une façon passagère les propriétés et l'aspect des corps; les autres les modifient d'une façon permanente; les premiers ne dépendent guère de la nature des corps, les autres, au contraire, en dépendent étroitement; de plus, ces derniers résultent presque toujours de l'action réciproque des corps qui disparaissent dans ces réactions pour donner naissance à une autre matière douée de nouvelles propriétés. Ces deux branches des sciences physiques sont la physique proprement dite et la chimie. On peut citer des exemples permettant de séparer nettement ces deux sciences : ainsi si l'on chauffe du phosphore blanc en vase clos, il fondra d'abord, se volatilisera ensuite; en refroidissant ensuite le tube, la cause cessant, les phénomènes inverses se reproduiront, la vapeur de phosphore se condensera, puis le phosphore liquide se solidifiera; les phénomènes de fusion, de volatilisation, de condensation des vapeurs et de solidification sont temporaires : ce sont des phénomènes physiques; ajoutons de plus que la plupart des corps éprouvent les mêmes transformations quand on les chauffe, ils fondent et se volatilisent. Reprenons au contraire le même morceau de phosphore et chauffons-le en vase clos pendant une dizaine de jours. Au bout de ce temps, laissons-le refroidir: nous trouvons une masse d'un brun foncé qui n'a plus les propriétés du phosphore ordinaire, c'est le phosphore rouge qui n'est pas phosphorescent, n'est pas inflammable à la température ordinaire, n'est pas vénéneux; il restera indéfiniment dans cet état : c'est un phénomène chimique; c'est de plus une propriété spéciale au phosphore. Chauffons encore ensemble du fer et du soufre, à busse température: ils se partageront, suivant un certain rapport, la quantité de chaleur fournie; ils conserveront leur aspect. En se refroidissant ils perdront la chaleur qu'ils avaient gagnée ; des corps différents auraient fait de même, le coefficient de partage élit seul été différent.

L'échauffement de ces corps est un phénomène physique. Chauffons un peu plus: tout à coup les deux corps deviennent incandescents et dégagent une grande quantité de chaleur; à leur place nous trouvons une autre matière toute différente. Des corps autres que le fer et le soufre ne nous auraient pas donné cette matière; de plus, si nous la laissons refroidir, elle conserve son aspect et ne reprend pas la quantité de chaleur qu'elle avait dégagée au moment de son incandescence : c'est un phénomène chimique. Mais si ces exemples bien nets permettent d'établir une distinction entre la physique et la chimie, il en est d'autres pour lesquels la même netteté n'existe plus : les phénomènes de dissolution des corps, par exemple, ressemblent à la fois au phénomène physique de la fusion et au phénomène chimique de la combinaison, le corps dissous se combinant avec le dissolvant. Souvent même ces deux phénomènes doivent coexister dans la dissolution des corps. Nous retrouvons donc dans les sciences physiques ce que l'on observe dans les sciences biologiques où la distinction est facile entre la zoologie et la botanique tant que l'on ne considère que la majorité des êtres vivants, plantes ou animaux, mais où elle devient plus délicate, parfois même impossible pour certains organismes qui présentent des caractères communs aux animaux et aux plantes. Il y a donc lieu de penser que cette division en deux groupes des sciences physiques est commode pour la pratique, mais peut-être contraire à la nature des choses. En tout cas, ces deux sciences sont deux routes qui sont nettement séparées au point de vue pratique, au point de vue des méthodes et des phénomènes étudiés, mais qui doivent nous conduire au même point, à la connaissance de la constitution de la matière ; les résultats que l'une ou l'autre de ces sciences obtient dans sa marche ne peut par conséquent laisser l'autre indifférente.

La physique étudiant certaines propriétés de la matière doit être d'abord une science d'observation. Bien observer un phénomène, c'est noter d'abord avec exactitude toutes les circonstances qui l'accompagnent, mais c'est ensuite savoir discerner ce qui, dans ces circonstances, est fondamental, ce qui est accessoire, ou même ce qui est sans rapport avec le fait observé. Pour cela il faut une nombreuse série d'observations dans lesquelles les divers facteurs des phénomènes interviendront de façons différentes qui permet tront de les apprécier. Mais souvent les observations ainsi recueillies ne laisseront pas distinguer clairement ce qui est important et ce qui ne l'est pas. D'observateur alors, le physicien deviendra expérimentateur, c.-à-d. qu'il organisera une observation de façon à simplifier le plus possible les conditions du phénomène, à ne faire varier, par exemple, qu'une des circonstances, toutes les autres restant les mêmes; il démêlera ainsi au milieu des influences multiples celle qui appartient uniquement au phénomène considéré. Prenons comme exemple une masse d'air renfermée dans un cylindre terminé par une tige capillaire graduée comme les tubes qui servent pour la construction des thermomètres. Séparons cette masse d'air de l'air ambiant par un petit index de mercure et observons chaque jour la position de ce dernier; nous verrons qu'elle n'est pas constante: la masse gazeuse change de volume. Quelle est la cause de ce phénomène? Une longue série d'observations pourrait nous montrer que chaque fois que la pression atmosphérique et la température sont les mêmes, le volume est le même; cela nous apprendrait que seules la pression et la température sont les facteurs du phénomène, que l'humidité plus ou moins grande, la tension électrique, la position des astres, etc., n'interviennent pas. On arrive beaucoup plus vite à la même conclusion en ne se contentant pas d'observer, mais en expérimentant. Pour cela, on raisonnera ainsi : on sait que la chaleur dilate les corps, que les changements de pression modifient sensiblement volume des gaz; ce sont donc là a priori les deux facteurs ou deux des facteurs (s'il y en a d'autres) du phénomène. On fera une première série d'expériences en ne faisant varier que l'un d'eux, la pression par exemple. La température restant constante et la pression variant, on trouvera des volumes différents, mais chaque fois que la pression reprendra une certaine valeur, le volume sera bien celui que l'on avait observé tout d'abord; la température restant, constante, le volume ne dépend donc pas d'autre facteur que de la pression. On trouvera ainsi entre la pression et le volume une relation plus ou moins compliquée que l'on pourra énoncer en langage ordinaire ou traduire par une formule algébrique on même seulement représenter par une courbe. Dans l'exemple choisi, elle peut s'énoncer en langage ordinaire : les volumes d'une même masse d'air, à une température déterminée, sont en raison inverse des pressions qu'elle supporte, ou mieux : le produit du volume d'une masse d'air, à une température constante, par sa pression est constant ; elle peut aussi s'énoncer algébriquement par la formule VH = constante qui traduit ce dernier énoncé (V = volume H = pression), ou se représenter par une hyperbole équilatère ayant comme asymptotes les axes de coordonnées sur lesquels on compte les volumes et les pressions. Après avoir ainsi opéré sur l'air, on recommencera sur un autre gaz : l'expérience apprend que l'on obtient les mêmes résultats; les autres gaz se comportent donc comme l'air, et le phénomène présente une généralité qui fait de cette relation une loi : la loi de compressibilité des gaz on loi de Mariotte. Cette première étude terminée, on laissera, au contraire, la pression constante et l'on fera varier la température. La relation que l'on observera entre le volume et la température sont encore simples : les augmentations do volume de l'air sont proportionnelles aux élévations de température. Elle pourra s'exprimer par une formule algébrique simple : Vo étant le volume à 0°, Vt, le volume à t, et K une constante, on aura Vt - V0 = Kt. Cette constante K, comme l'apprend l'expérience, est proportionnelle au volume V0 (entre deux mêmes températures une masse d'air double d'une autre se dilate du double.) On peut donc représenter K par l'expression alpha. V0 où alpha est constant, et l'on a Vt-V0 =V0 alpha. t ou Vt = V0 (t+ alpha. t). Cette relation se traduit graphiquement par une ligne droite. La même série d'expériences faite sur les autres gaz conduit aux mêmes résultats et montre de plus que la constante alpha est sensiblement la même pour tous. Cette relation est donc générale, elle mérite le nom de loi: c'est la loi de Gay-Lussac.

Telle est donc la méthode générale qui permet au physicien dans un phénomène complexe de faire la part des différents facteurs qui y interviennent. Cette méthode si simple, si logique, qui nous paraît si naturelle, est relativement récente, c'est la méthode expérimentale, inconnue des anciens et qui a donné aux sciences leur merveilleux essor. Elle ne se présente pas toujours dans les mêmes conditions de simplicité. Rappelons, par exemple, l'expérience classique de Galvani; il étudia d'abord l'action des décharges électriques sur les contractions musculaires des grenouilles. Voulant un jour essayer l'action des nuages orageux, il suspendit à un balcon de fer par des crochets de cuivre des grenouilles dépouillées de leur peau et observa des contractions semblables à celles qu'il avait déjà remarquées, mais en l'absence de tout nuage orageux. En examinant le phénomène, il remarqua que les contractions se produisaient chaque fois qu'une grenouille, balancée par le vent, venait à toucher le fer du balcon. Le rôle de l'observation était terminé, celui de l'expérimentation commençait. Galvani reconnut que pour obtenir une contraction, il fallait réunir par un métal les nerfs lombaires et les muscles de la grenouille; pour expliquer ce phénomène, Galvani, usant, d'un procédé trop familier, compara ce phénomène à un autre déjà connu à son époque, la décharge d'une bouteille de Leyde; les muscles et les nerfs en étaient les armatures et le fluide vital ou fluide galvanique jouait le rôle de l'électricité. Cette explication, comme la plupart, n'expliquait rien, elle se contentait d'assimiler le phénomène étudié à un autre. Cette théorie, d'abord adoptée, fut combattue ensuite par Volta qui montra que l'on avait négligé le phénomène principal de l'observation pour s'attacher à des phénomènes accessoires. Volta insistait sur ce fait déjà constaté par Galvani, mais resté inexpliquable dans sa théorie, que les contractions étaient beaucoup plus manifestes quand l'arc conducteur était formé de deux métaux différents. Pour lui, le phénomène avait pour siège le point de contact des deux métaux, et la grenouille n'était qu'une sorte d'électroscope propret manifester l'électricité produite dans l'are de communication. Sans entrer dans le détail de la longue discussion qui s'éleva entre Galvani et Volta, qui se termina par le triomphe de Volta et la découverte de la pile qui porte son nom, remarquons que Volta, lui aussi, avait pris pour le principal un phénomène accessoire; certainement le contact de deux métaux différents produit une différence de potentiel, mais c'est là une source d'électricité peu importante; cellequidominait dans les expériences de Galvani est celle qui se produit par l'attaque du fer ou du zinc au contact du liquide acide baignant les tissus de la grenouille.

La physique, au début science d'observation, doit donc surtout faire appel à l'expérimentation. Pour étudier la matière, nous avons tout d'abord à faire appel à nos sens; ils nous révèlent certaines propriétés. L'oeil, par exemple, nous fait connaître l'existence des solides et des liquides c.-à-d. des corps qui nous apparaissent avec une forme particulière et de ceux qui ne nous montrent que la forme des vases qui les contiennent. Les corps solides et liquides ont donc été connus de tous temps, certaines propriétés des liquides étaient même connues des anciens (principe d'Archimède). Mais les gaz ne sont point visibles, saules gaz colorés, peu nombreux et connus depuis peu; aussi leur existence a-t-elle été longtemps ignorée. Dans leurs expériences, les alchimistes en avaient obtenu, mais ils emploient pour les désigner les mots qui indiquent leur ignorance : ce sont des souffles, des esprits, des airs qui se dégagent. Le jour où l'on eut l'idée d'amener ces gaz dans de l'eau et de rassembler les bulles qui se dégageaient en les réunissant sous un vase plein d'eau et retourné, c.-à-d- le jour où l'on sut récolter un gaz, un grand progrès était réalisé et un grand nombre de gaz furent découverts à cette époque (fin du XVIIIe siècle). La notion de l'existence des gaz en tant que matière est donc bien postérieure à celle des solides et des liquides et elle ne peut être mise en évidence par le témoignage seul de nos sens, et cependant la matérialité de l'air aurait da frapper les anciens à la vue des effets mécaniques si considérables que produisent les vents, c.-à-d. l'air en mouvement. Cet exemple doit donc nous amener à penser que nos sens peuvent être insuffisants à constater l'existence de toutes les natures de matière. Il en est une en particulier que nous ne percevons par aucun de nos sens, que nous ne savons ni enlever des corps, ni concentrer dans d'autres, aussi impuissants, à cet égard, que les physiciens qui ont vécu avant l'invention de la macuine pneumatique l'étaient vis-à-vis de l'air. Cette matière impondérable est désignée sous le nom d'éther; imaginée d'abord pour expliquer ou, plus exactement, pour réunir dans un seul corps de doctrine tous les phénomènes lumineux, son domaine semble devoir de plus en plus s'étendre aux dépens d'autres systèmes particuliers édifiés autrefois pour expliquer les phénomènes de l'éleetricité et du magnétisme en faisant intervenir des fluides électriques en magnétiques qui ne semblent être que des propriétés particulières de l'éther.

Nos sens doivent donc être nos premiers moyens d'information, mais ils sont insuffisants à eux seuls à nous montrer ce qui existe : nous devons interpréter par le raisonnement ce que nous observons et reconnaître, par ses effets, l'existence de la matière que nous ne voyons pas. Il y .a donc à côté des faits observés qui seront toujours vrais des interprétations qui pourront, au contraire, varier avec les progrès de la science; l'expérience classique de Galvani nous en fournissait tout à l'heure un exemple, elle nous montrait aussi, dans la première explication que 
Galvani donnait du phénomène qu'il avait observé, cette tendance de l'esprit humain à expliquer un fait tout simplement en le rapprochant d'un autre, souvent aussi peu expliqué, mais plus connu et devenu plus familier. Grouper les faits qui peuvent être rattachés à une cause commune est le procédé le plus naturel, car cette cause commune venant à être connue, tous ces faits s'en déduiront. Si, au contraire, ce qui est le cas le plus fréquent, cette cause reste inconnue, on pourra la remplacer par des hypothèses; si expliquer un fait par une hypothèse ne constitue pas un grand progrès, expliquer plusieurs faits par la même hypothèse ou toute une série de faits, par quelques hypothèses offre au contraire de grands avantages, c'est transformer en une théorie des faits qui, sans ce lien, seraient épars; c'est permettre par cela même de trouver par le raisonnement, par le calcul, des faits nouveaux mais du même ordre; ces vérifications de la théorie, a posteriori, justifient son emploi et légitiment, d'ans une certaine mesure, les hypothèses qui sont à sa base. Nos idées sur les théories ne sont plus certainement ce qu'elles étaient il y a deux siècles, nous avons vu disparaître trop de ces systèmes pour ne pas rester sceptiques devant les théories actuelles, mais de même que l'on juge un arbre d'après les fruits qu'il porte, nous jugeons de même les théories d'après les résultats qu'elles font découvrir tout en restant prêts à remplacer l'arbre trop vieux et épuisé par un plus jeune. Tant qu'une théorie explique tout ce que nous observons, elle doit être considérée comme pratiquement vraie ; si un nouveau fait survient qu'elle ne peut expliquer, il faut la remplacer on modifier les hypothèses sur lesquelles elle repose. Une théorie est d'autant plus parfaite qu'elle explique un plus grand nombre de faits avec le moins d'hypothèses possible. Elle est d'autant mieux exposée que les hypothèses fondamentales y sont mieux mises en lumière. Dans les sciences, les hypothèses ne sont dangereuses que quand elles sont dissimulées.

Les théories une fois établies, les mathématiques peuvent intervenir : c'est là un critérium qui permet de juger de la perfection d'une science. L'histoire de l'astronomie offre un exemple remarquable d'une pareille évolution: les -premières séries d'observations astronomiques présises et continues datent de Tycho-Brahé, savant danois (1546-1600) qui, avec une patience admirable et une grande habileté, accumula pendant près de trente-cinq ans des observations sur la position des planètes. A ce moment, l'astronomie n'était qu'une science d'observation; par sa nature même elle échappait à l'expérimentation. Il fallait, pour coordonner les observations de l'astronome danois, trouver la loi du phénomène, c.-à-d. une relation entre la position de la planète considérée et le temps. Après neuf années de calcul, Kepler (1571-1630) parvint à trouver la trajectoire de la planète Mars. Tout d'abord il crut que c'était une circonférence, mais certaines observations de Tycho-Brahé s'écartaient de 7 à 8' de celle qu'exigeait l'hypothèse de la circonférence, et Kepler, confiant dans la précision de Tycho-Brahé, renonça à cette hypothèse simple et chercha si une ellipse ne se prêterait pas mieux à représenter la trajectoire ; cette fois les résultats concordaient à quelques secondes près, et Kepler, estimant que ces écarts étaient de l'ordre des erreurs d'expériences que Tycho-Brahé avait pu commettre avec ses instruments, énonça pour Mars les lois suivantes qui portent justement le nom de Kepler : L'orbite de Mars est plane; s'estime ellipse dont le soleil occupe un des foyers ; la planète parcourt cette orbite de telle façon que le rayon vecteur qui va de la planète au soleil décrit des aires proportionnelles aux temps. - Puis Kepler étend les mêmes lois aux autres planètes et, comparant entre elles les durées de leurs révolutions, il énonce sa troisième loi : les carrés des temps des révolutions sont proportionnels aux cubes des grands axes, La découverte de ces lois constituait un progrès considérable et permettait à la théorie d'apparaître. C'est Newton (1642-1726) qui la proposa : il dit que l'on pouvait expliquer les mouvements des astres en admettant qu'ils s'attirent proportionnellement à leurs masses et inversement proportionnellement aux carrés de leurs distances. Tout se passe, disait-il, comme si les astres s'attiraient. Cette hypothèse de Newton permet à elle seule de fonder toute l'astronomie: elle permet, par les développements purement mathématiques, de montrer que, dans le cas de deux astres l'un décrit une ellipse dont l'autre est le foyer ; ellepermet, de plus, de prévoir et de calculer, avec telle approximation qu'on veut, les perturbations que la présence d'autres astres, autres planètes ou satellites, amène dans la trajectoire considérée. Au temps de Tycho-Brahé et de Kepler, on pouvait dire que la terre décrivait une ellipse autour du soleil ; c'était une loi expérimentalement vraie à cette époque, en ce sens que les écarts trouvés entre les observations et la loi étaient de l'ordre de grandeur des erreurs probables; il n'en est plus de même aujourd'hui ; les instruments se sont perfectionnés et la loi de Kepler n'est plus expérimentalement vraie, ce n'est plus qu'une loiapproehée, une loi limite. Les écarts trouvés entre les nombres observés et les nombres calculés ne peuvent être attribués aux erreurs d'expériences ; ils sont bien plus grands que celles-ci mais, chose admirable, la théorie de Newton,fondée sur les lois approchées de Kepler, est toujours vraie; elle permet d'expliquer pourquoi les lois de I{epler ne sont qu'approchées, grâce à la présence de la lune et des planètes planètes autres que la terre, et elle permet de calculer ces écarts et d'obtenir cette fois des nombres d'accord avec ceux de 1 observation. Elle a permis, bien plus tard, à Le Verrier, lui avait constaté l'existence d'observations en contradiction apparente avec la loi générale de l'attraction universelle, de prévoir la présence d'une planète inconnue ainsi que sa position et sa masse probables et d'indiquer à l'avance dans quelles régions du ciel des astronomes, mieuxplacés que lui aupoint de vue elimatérique,'devaient rechercher le nouvel astre. Il fut trouvé peu après dans la région indiquée. Cet exemple peut être considéré comme type parfait de l'évolution complète d'une science iode d'observation, période de coordination où les faits sont rassemblés dans quelques lois simples, période de synthèse où une théorie. unique fait découler tous les faits observés, et en fait découvrir d'autres en partant d'une seule hypothèse, l'attraction de la matière par la matière, proportionnellement au produit des masses et inversement proportionnellement au carré de la distance.

La physique n'en est pas arrivée à ce degré de perfection, mais on ne saurait nier les progrès remarquables qu'elle a faits depuis peu dans cette voie. Faisons, pour nous en rendre compte, un rapide inventaire de nos connaissances en physique et recherchons-en l'origine. Pour cela dressons l'inventaire de cc que nous ont laissé les anciens, dans les différentes branches de la physique, du peu que les premiers siècles de notre ère et le Moyen âge y ont ajouté, des premières tentatives de la fin du XVIe siècle, puis des résultats de plus en plus abondants du XVIIe, du XVIIIe et du XIXe siècle. (Attention : page non relue).