2-2-1. Svante Arrhenius to H. Poincaré

Experimentalfattet le 19 Dec. 1911

Très honoré maître,

J’ai lu avec le plus grand intérêt votre livre sur les hypothèses cosmogoniques.11endnote: 1 Poincaré 1911b. Je vous remercie beaucoup pour cette lecture et spécialement pour votre critique très aimable de mes tentatives dans ce domaine.

S’il m’est permis de faire une remarque, je voudrais dire que la critique p. 251 ne me semble pas convaincante.22endnote: 2 La critique de Poincaré porte sur un argument d’Arrhenius en faveur de l’infinitude de l’espace, qui faisait intervenir la pression de radiation (Poincaré 1911b, 251): “M. Arrhenius pense que le Monde est infini. S’il n’en était pas ainsi, dit-il, les poussières seraient chassées indéfiniment par la pression de radiation, elles ne seraient pas captées en chemin, et le monde finirait par s’évanouir. Cette raison n’est pas convaincante, car on peut penser qu’une fois arrivées à de très grandes distances, les poussières ne subissent plus la pression de radiation, la lumière étant toujours plus ou moins absorbée dans son parcours.” La pression de radiation a une valeur sensible seulement dans le voisinage des soleils. P. ex. une poussière repoussée par la pression de radiation du soleil aurait gagné sa vitesse définitive à un quart de pour cent près pendant le passage du soleil jusqu’à l’orbite de la terre. Si la poussière vient plus tard dans des régions obscures elle retient sa vitesse jusqu’à ce qu’elle entre en collision avec une autre particule, avec laquelle elle partage la vitesse, de sorte que toutes les deux s’éloignent du soleil. De telle manière les environs d’un amas d’étoiles doivent être balayés dans toutes directions et la matière doit se dissiper vers l’infini, c.à.d. si l’Univers matériel est fini il doit à la fin s’évanouir tout comme l’énergie rayonnante.33endnote: 3 Arrhenius ne croit pas à la mort calorifique de l’univers prévue par la deuxième loi de la thermodynamique selon R. Clausius, H. Helmholtz, W.J.M. Rankine, W. Thomson, et Poincaré. Il veut contourner cette loi en faisant intervenir un processus de maintien de la chaleur des étoiles et des nébuleuses qui rappelle l’image du démon de Maxwell. Le “démon d’Arrhenius”, comme Poincaré l’appelle, est un mécanisme automatique, dans lequel la pression de radiation donne lieu à un échange de particules allant des étoiles aux nébuleuses. Cet échange contrebalance les pertes d’énergie et de matière de ces deux sources thermiques; la conséquence en est que les nébuleuses restent froides lorsque les étoiles restent chaudes. Poincaré, ayant jugé insuffisant le rendement d’une telle machine thermique, a complété l’hypothèse d’Arrhenius par celle d’une sélection des molécules ejectées par les étoiles (Poincaré 1911a). Karl Schwarzschild, dans son compte-rendu des Leçons de Poincaré (Schwarzschild 1913), a rejeté cette idée, en observant que les molécules éjectées par les nébuleuses se mélangent partout, et constituent ainsi – même sans prendre en compte les collisions – un mouvement irrégulière; pour un survol, voir Kragh (2013).

J’ai été conduit dans le dernier temps à perfectionner mon opinion sur la naissance de la voie galactique. Il me semble très improbable qu’une étoile de grandeur suffisante ait été heurtée contre une autre de la même grandeur. Mais les grandes découvertes des dernières années d’un Kapteyn, d’un Campbell et d’un Pickering m’ont aidé à surmonter cette difficulté.44endnote: 4 J.C. Kapteyn (1851–1922), astronome néerlandais. W.W. Campbell (1862–1938), directeur de l’Observatoire Lick depuis 1900, a catalogué la vitesse radiale d’un grand nombre d’étoiles; voir Wright et al. (1911). E.C. Pickering (1846–1919), directeur de l’Observatoire de Harvard depuis 1876, a édité, lui aussi, des catalogues d’étoiles importants, dont le Draper Memorial Catalogue (1890) et le Revised Harvard Photometry (1908). Les deux courants d’étoiles de Kapteyn qui se traversent dans notre Univers, duquel ils constituent la plus grande partie, doivent au commencement avoir consisté de gaz atténués.55endnote: 5 Kapteyn a annoncé sa découverte de deux essaims d’étoiles au Congrès des arts et sciences à Saint Louis, lors de l’exposition universelle de 1904; voir Kapteyn (1906). Il semble probable que Poincaré et Arrhenius aient assisté à la conférence de Kapteyn. Poincaré, en tant que membre de la délégation française à Saint Louis, participait aux réunions des astronomes, des physiciens, des mathématiciens, et des ingénieurs électriciens. À propos des essaims d’étoiles, voir l’analyse par Poincaré (1911b, XX), et le commentaire de Paul (1993).

Si deux tellement énormes courants de gaz atténués se rencontrèrent, ce qui est aussi probable que la rencontre de deux courants d’étoiles, ils se seraient arrêtés et devraient commencer un mouvement rotatoire tout comme une Nova. Les gaz non absorbants (H et He n’absorbent pas la radiation dans des circonstances ordinaires, ni non plus l’oxygène ni l’azote) sont absolument soumis à la gravitation, et le frottement intérieur est très grand même aux pressions les plus basses. Une nébuleuse spirale doit prendre naissance et la voie lactée est (ou mieux était) une telle.66endnote: 6 En 1906, Poincaré a envisagé une forme spirale pour la Voie lactée, qui devait être en rotation autour de son centre pour des raisons de stabilité. Les nébuleuses spirales devaient être extérieures à la Voie lactée selon Poincaré, et animées de mouvements propres (Poincaré 1906, 162). J’ai pris la photographie excellente de l’observatoire de Mt Wilson représentant la nébuleuse bien connue des chiens de chasse et donné une place au soleil, de laquelle la spirale prendrait l’aspect de la voie lactée.77endnote: 7 La constellation des Chiens de chasse contient cinq objets identifiés par Messier, dont une nébuleuse spirale (M51), appelée plus tard la galaxie du Tourbillon. J’ai moi-même été surpris de la correspondance à peu près parfaite avec la réalité.88endnote: 8 La structure de la Voie lactée était mal connue en 1911, ainsi que la situation du système solaire en son sein. Certaines nébuleuses, dont la structure spirale fut découverte au milieu du dix-neuvième siècle, avaient été résolues en amas d’étoiles par l’analyse spectrale; voir Poincaré (1911b, 250).

J’espère de bientôt pouvoir vous envoyer une copie de ce mémoire.99endnote: 9 Arrhenius 1912b.

Je veux vous remercier pour vôtre grande aimabilité envers moi dans l’année à peu près passée et vous souhaiter une bonne fête de Noël et aussi un nouvel an plein de succès comme les ans passés.1010endnote: 10 Arrhenius prononça une série de conférences à Paris entre le 6 et le 13 mars 1911 (Arrhenius 1912a). Le 13 mars, Arrhenius fut élu correspondant pour la section de physique générale à l’Académie des sciences de Paris (Académie des sciences, dir., 1968, 18).

Agréez, cher maître, l’expression de ma vive admiration et de mon dévouement profond.

Svante Arrhenius

ALS 4p. Collection particulière, Paris 75017.

Time-stamp: "20.05.2019 12:05"

Notes

  • 1 Poincaré 1911b.
  • 2 La critique de Poincaré porte sur un argument d’Arrhenius en faveur de l’infinitude de l’espace, qui faisait intervenir la pression de radiation (Poincaré 1911b, 251): “M. Arrhenius pense que le Monde est infini. S’il n’en était pas ainsi, dit-il, les poussières seraient chassées indéfiniment par la pression de radiation, elles ne seraient pas captées en chemin, et le monde finirait par s’évanouir. Cette raison n’est pas convaincante, car on peut penser qu’une fois arrivées à de très grandes distances, les poussières ne subissent plus la pression de radiation, la lumière étant toujours plus ou moins absorbée dans son parcours.”
  • 3 Arrhenius ne croit pas à la mort calorifique de l’univers prévue par la deuxième loi de la thermodynamique selon R. Clausius, H. Helmholtz, W.J.M. Rankine, W. Thomson, et Poincaré. Il veut contourner cette loi en faisant intervenir un processus de maintien de la chaleur des étoiles et des nébuleuses qui rappelle l’image du démon de Maxwell. Le “démon d’Arrhenius”, comme Poincaré l’appelle, est un mécanisme automatique, dans lequel la pression de radiation donne lieu à un échange de particules allant des étoiles aux nébuleuses. Cet échange contrebalance les pertes d’énergie et de matière de ces deux sources thermiques; la conséquence en est que les nébuleuses restent froides lorsque les étoiles restent chaudes. Poincaré, ayant jugé insuffisant le rendement d’une telle machine thermique, a complété l’hypothèse d’Arrhenius par celle d’une sélection des molécules ejectées par les étoiles (Poincaré 1911a). Karl Schwarzschild, dans son compte-rendu des Leçons de Poincaré (Schwarzschild 1913), a rejeté cette idée, en observant que les molécules éjectées par les nébuleuses se mélangent partout, et constituent ainsi – même sans prendre en compte les collisions – un mouvement irrégulière; pour un survol, voir Kragh (2013).
  • 4 J.C. Kapteyn (1851–1922), astronome néerlandais. W.W. Campbell (1862–1938), directeur de l’Observatoire Lick depuis 1900, a catalogué la vitesse radiale d’un grand nombre d’étoiles; voir Wright et al. (1911). E.C. Pickering (1846–1919), directeur de l’Observatoire de Harvard depuis 1876, a édité, lui aussi, des catalogues d’étoiles importants, dont le Draper Memorial Catalogue (1890) et le Revised Harvard Photometry (1908).
  • 5 Kapteyn a annoncé sa découverte de deux essaims d’étoiles au Congrès des arts et sciences à Saint Louis, lors de l’exposition universelle de 1904; voir Kapteyn (1906). Il semble probable que Poincaré et Arrhenius aient assisté à la conférence de Kapteyn. Poincaré, en tant que membre de la délégation française à Saint Louis, participait aux réunions des astronomes, des physiciens, des mathématiciens, et des ingénieurs électriciens. À propos des essaims d’étoiles, voir l’analyse par Poincaré (1911b, XX), et le commentaire de Paul (1993).
  • 6 En 1906, Poincaré a envisagé une forme spirale pour la Voie lactée, qui devait être en rotation autour de son centre pour des raisons de stabilité. Les nébuleuses spirales devaient être extérieures à la Voie lactée selon Poincaré, et animées de mouvements propres (Poincaré 1906, 162).
  • 7 La constellation des Chiens de chasse contient cinq objets identifiés par Messier, dont une nébuleuse spirale (M51), appelée plus tard la galaxie du Tourbillon.
  • 8 La structure de la Voie lactée était mal connue en 1911, ainsi que la situation du système solaire en son sein. Certaines nébuleuses, dont la structure spirale fut découverte au milieu du dix-neuvième siècle, avaient été résolues en amas d’étoiles par l’analyse spectrale; voir Poincaré (1911b, 250).
  • 9 Arrhenius 1912b.
  • 10 Arrhenius prononça une série de conférences à Paris entre le 6 et le 13 mars 1911 (Arrhenius 1912a). Le 13 mars, Arrhenius fut élu correspondant pour la section de physique générale à l’Académie des sciences de Paris (Académie des sciences, dir., 1968, 18).

Références

  • S. Arrhenius (1912a) Conférénces sur quelques thèmes choisis de la chimie physique pure et appliquée : faites à l’université de Paris du 6 au 13 mars 1911. Hermann, Paris. Link Cited by: endnote 10.
  • S. Arrhenius (1912b) Die Verteilung der Himmelskörper. Meddelanden från Kungl. Vetenskaps-Akademiens Nobelinstitut 2.21. Cited by: endnote 9.
  • Institut de France (Ed.) (1968) Index biographique des membres et correspondants de l’Académie des sciences. Gauthier-Villars, Paris. Cited by: endnote 10.
  • J. C. Kapteyn (1906) Statistical methods in stellar astronomy. See Congress of Arts and Science: Universal Exposition, St. Louis, 1904, Rogers, pp. 369–425. Link Cited by: endnote 5.
  • H. Kragh (2013) Nordic cosmogonies: Birkeland, Arrhenius and fin-de-siècle cosmical physics. European Physical Journal H 38 (4), pp. 549–572. Link Cited by: endnote 3.
  • J. Langlois, C. Guillaume, J. E. Abelous, P. Appell, and others (Eds.) (1911) Hommage à Louis Olivier. Louis Maretheux, Paris. Cited by: H. Poincaré (1911a).
  • E. R. Paul (1993) The Milky Way Galaxy and Statistical Cosmology 1890–1924. Cambridge University Press, Cambridge. Cited by: endnote 5.
  • É. Picard (1890) Notice sur la vie et les travaux de Georges-Henri Halphen, membre de la section de géométrie. Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences de Paris 110 (10), pp. 489–497. Link Cited by: endnote 4.
  • É. Picard (1908) De la science. Revue du Mois 5, pp. 129–148. Cited by: endnote 4.
  • H. Poincaré (1906) La Voie lactée et la théorie des gaz. Bulletin de la Société astronomique de France 20, pp. 153–165. Link Cited by: endnote 6.
  • H. Poincaré (1911a) Le démon d’Arrhénius. See Hommage à Louis Olivier, Langlois et al., pp. 281–287. Link Cited by: endnote 3.
  • H. Poincaré (1911b) Leçons sur les hypothèses cosmogoniques. Hermann, Paris. Link Cited by: endnote 1, endnote 2, endnote 5, endnote 8.
  • H. J. Rogers (Ed.) (1905) Congress of Arts and Science: Universal Exposition, St. Louis, 1904. Houghton, Mifflin, Boston/New York. Link Cited by: J. C. Kapteyn (1906).
  • K. Schwarzschild (1913) Leçons sur les hypothèses cosmogoniques by H. Poincaré. Astrophysical Journal 37, pp. 294–298. Link Cited by: endnote 3.
  • W. W. Wright, H. K. Palmer, S. Albrecht, and W. W. Campbell (1911) Radial velocities of 150 stars south of declination -20-20^{\circ} determined by the D. O. Mills expedition period of 1903–1906. Publications of the Lick Observatory 9 (4), pp. 71–347. Cited by: endnote 4.