4-23-24. H. Poincaré à Gaston Darboux

[Entre le 23 février et le 1^er mars 1909]

Mon cher Confrère,

Je ne puis assister au Comité Secret et je vous serais obligé, si vous vouliez bien communiquer à nos confrères les observations que j’ai à présenter au sujet des candidatures de M. Weiss et de M. Becquerel. Les deux candidats se sont distingués par des travaux très importants et je crois nécessaire d’expliquer en quelques mots les raisons qui m’ont décidé à donner ma voix à M. Becquerel.

Parmi ses travaux, qui ont porté sur un grand nombre de parties de la physique, celui qui a le plus attiré mon attention, c’est celui qui se rapporte à l’observation du phénomène de Zeeman dans les cristaux. Cette observation avait une grande importance, parce qu’en nous renseignant sur les modifications qu’éprouve le phénomène quand on fait varier soit la direction du plan de l’onde, soit celle de la vibration, soit celle du champ magnétique par rapport aux trois axes principaux du cristal, elle nous fournit, par les variations de ces divers éléments, une foule de données propres à nous éclairer sur la nature intime des vibrations lumineuses. D’autre part elle présentait de très grandes difficultés, parce qu’en général les bandes d’absorption dans les corps solides sont très larges, de sorte que de petits déplacements sont difficilement perceptibles.

M. Becquerel a eu la bonne fortune de trouver des cristaux où les bandes étaient relativement étroites et grâce à son habileté expérimentale, il a triomphé de toutes les difficultés qui malgré tout restaient encore très grandes.

Les phénomènes qu’il a observés présentent une très grande variété et il les a discutés avec beaucoup de sagacité. Je signalerai surtout le cas des bandes où le sens du phénomène est contraire au sens habituel ce que l’on voyait pour la première fois avec certitude. L’explication qui se présente naturellement à l’esprit, c’est que ce renversement est dû à des électrons positifs. Cette hypothèse inspire, je ne sais pourquoi, une vive répugnance à certaines personnes. Mais nous ne devons voir dans les hypothèses qu’un langage commode pour exprimer les faits. L’hypothèse des électrons positifs est certainement, jusqu’à nouvel ordre, celui qui permet d’exprimer dans le langage le plus simple et le plus concis le fait nouveau découvert par M. Becquerel. Le sentiment désagréable que ce langage fait éprouver à plus d’un physicien, n’enlève rien à l’importance de ce fait, et peut-être ce sentiment même devrait faire comprendre à ceux qui le ressentent, combien le fait est inattendu et par conséquent intéressant.

M. Becquerel eut ensuite l’heureuse idée de plonger ses cristaux dans l’air liquide; il vit alors ses bandes devenir plus fines au point de se rapprocher des raies gazeuses. Le phénomène de Zeeman devenait ainsi beaucoup plus aisé à observer, et quelques unes des circonstances qui étaient restées douteuses furent définitivement éclaircies.

Mais en même temps il ouvrait une voie nouvelle, celle des recherches sur l’influence des basses températures sur l’émission et l’absorption de la lumière. Quelle influence a la température sur la position des raies, sur leur largeur, sur leur intensité ? Les connaissances que l’on peut acquérir à ce sujet ne peuvent être que très instructives, parce qu’elles nous fournissent le meilleur moyen de nous rendre compte du rôle que peut jouer l’agitation thermique dans tous ces phénomènes.

Pour mesurer l’étendue dans laquelle M. Becquerel a opéré, il faut se rendre compte, que dans l’échelle des températures absolues, ou plutôt dans celle des logarithmes de ces températures, qui est celle qu’il convient de considérer, la distance qui sépare la température ordinaire de celle de l’air liquide est comparable à la distance qui nous sépare de celle de la fusion du cuivre, tandis que la distance qui sépare la température ordinaire de celle de l’hydrogène liquide est comparable à la distance qui nous sépare de la température du Soleil.

Les lois observées par M. Becquerel sont des plus curieuses; pour certaines raies, la largeur semble proportionnelle à la racine carrée de la température absolue comme si l’agitation thermique était la cause unique de cette largeur. Pour d’autres, cette loi n’est qu’approchée, et d’autre part l’intensité totale semble passer par un minimum.

On voit tout ce qu’on doit attendre de la nouvelle méthode, surtout depuis que M. Becquerel, grâce à l’obligeance de M. Kammerling-Onnes, a pu opérer avec de l’hydrogène liquide.

Je parlerai seulement d’un travail en cours d’exécution sur le spectre de phosphorescence des sels d’uranium. A la température ordinaire, on ne voit que des bandes diffuses sur lesquelles aucune mesure n’est possible. A basse température, ces bandes se résolvent en une série de raies; on reconnaît alors que ces spectres ressemblent à celui de l’azote, étudié par M. Deslandres; et non à celui de l’hydrogène auquel s’applique la loi de Balmer. Un examen plus approfondi, en faisant connaître les lois simples qui régissent la distribution de ces bandes et de leur diverses composantes, confirme cette manière de voir. On voit de plus que ces bandes ne sont pas sensibles au champ magnétique, tout comme le spectre de l’azote auquel elles ressemblent, tandis que les raies de phosphorescences du rubis subissent le phénomène de Zeeman.

Je dirai quelques mots en terminant d’expériences récentes faites par M. Becquerel sur les rayons cathodiques. Pour apprécier ces expériences, il importe de les dégager des diverses interprétations qui en ont été données. Toute interprétation serait pour le moment prématurée, et ce que nous devons rechercher seulement si le fait observé est nouveau et intéressant. Les discussions mêmes auxquelles il a donné lieu doivent nous faire incliner vers une réponse affirmative. Un fait banal ne les aurait pas soulevées.

L’interprétation particulière proposée par M. Becquerel est plausible, mais aventureuse, et il faut réserver notre adhésion définitive. Mais, quand même on écarterait cette interprétation, le fait n’en subsisterait pas moins. Deux faits me paraissent hors de doute, le sens du courant, mis en évidence par des expériences nombreuses et la nécessité de faire tomber le faisceau cathodique principal sur la cathode secondaire pour que le phénomène puisse se produire.

M. Dufour a publié dans les derniers Comptes Rendus une note sur le même sujet. Je n’ai pas encore eu le temps d’étudier cette note, mais il ne semble pas que le phénomène observé par M. Dufour soit le même que celui de M. Becquerel, puisque le premier semble ne se produire que quand les rayons cathodiques tombent en dehors de la cathode secondaire, ce qui est justement le cas où les rayons déviables de M. Becquerel ne se produisent pas.

L’ensemble de ces travaux me paraît constituer un bagage supérieur à celui de M. Weiss auquel je suis d’ailleurs le premier à rendre justice puisque j’ai soutenu récemment sa candidature à la seconde ligne pour le Collège de France. Mais si les titres étaient jugés égaux, j’aurais encore d’autres raisons pour voter pour M. Becquerel.

M. Weiss a été chargé de tenir le drapeau de la Science française à l’étranger et il l’a vaillamment tenu. Il a mérité d’être relevé de faction et le temps ne tardera pas où il recevra la récompense qu’il mérite. Mais enfin, il a un laboratoire, et beaucoup mieux installé que celui qu’il trouverait au Muséum. Si M. Becquerel était écarté, il se trouverait subitement sans moyen de travail. Les instruments dont il se sert pour ses travaux commencés, les cristaux qu’il a employés dans ses recherches, appartiennent au laboratoire du Muséum, et il devrait abandonner tous les travaux en cours d’exécution et dont je viens d’expliquer l’importance. Dans ce laboratoire en effet il n’y a pas de place pour deux, et ceux de nos confrères qui les connaissent ne me démentiront pas.

Rappelons que l’Académie a récemment affecté une somme de 9000 francs sur la fondation Debrousse à l’achat d’un appareil à hydrogène liquide; cet appareil a été attribué au laboratoire du Muséum, il devait servir à des recherches effectuées en collaboration par notre regretté secrétaire perpétuel et par son fils, et ce fils comptait les poursuivre seul. S’il n’est pas nommé, l’appareil restera inutilisé.

En résumé, si on nommait M. Weiss au Muséum, le rendement scientifique des deux hommes éminents qui se trouvent en présence se trouverait amoindri et cela pour deux raisons; par ce que M. Weiss ne trouverait pas au Muséum de ressources comparables à celles qu’il possède à Zurich, que les ressources spéciales qu’il y trouverait lui seraient inutiles pour ses recherches et que l’état du budget ne lui permettrait pas de changer cet état de choses. Et parce que ces ressources d’autre part sont indispensables à M. Becquerel, qui ne pourrait continuer ses travaux actuels s’il en était privé.

Tout à vous,

Poincaré

ALS 8p. MS 2720, Fonds Darboux, Bibliothèque de l’Institut de France.

Time-stamp: " 7.11.2023 13:31"

Notes

• 1 Le manuscrit porte une annotation au crayon : “Prière de me rendre cette lettre – G. Darboux”.
• 2 Suite au décès de Henri Becquerel, le Ministre de l’Instruction publique et des Beaux-Arts demanda à l’Académie des sciences de lui présenter une liste de deux candidats pour la chaire de physique appliquée aux sciences naturelles du Muséum d’histoire naturelle. Poincaré rédigea dans cette lettre à Darboux son rapport sur les titres de Jean Becquerel et Pierre Weiss; selon le résultat du scrutin du 08.03.1909, Jean Becquerel fut présenté en première ligne et Weiss en deuxième ligne (Comptes rendus 148, 459, 606).
• 3 Jean Becquerel (1907) placed a sample of rare-earth salts in a strong magnetic field, and observed a shift of spectral lines counter to that described by Zeeman for sodium D lines. He interpreted this shift as evidence for the existence of positive electrons.
• 4 La première note de J. Becquerel sur les phénomènes magnéto-optiques a été communiquée par Poincaré à l’Académie des sciences de Paris le 26.03.1906; au total, J. Becquerel a fait 25 communications sur ce sujet dans les Comptes rendus entre mars 1906 et avril 1909.
• 5 Poincaré a exploré dans ses écrits philosophiques le rôle de l’hypothèse dans la recherche scientifique; voir, par exemple, l’introduction de La science et l’hypothèse (Poincaré 1902).
• 6 Suite à une note critique par Alexandre Dufour du 22.02.1909, J. Becquerel (1909) a cherché à faire valoir la simplicité de son hypothèse.
• 7 Heike Kammerlingh-Onnes, professor of physics at the University of Leiden, had recently liquified helium, a accomplishment recognized by the award of the Nobel prize for physics in 1913. He co-signed a note with Jean Becquerel and Kamerlingh Onnes (1908) on absorption spectra of rare-earth crystals in a magnetic field at low temperatures, communicated by Poincaré to the Paris Academy of Sciences on 23 March, 1908.
• 8 Henri Deslandres.
• 9 A propos de l’effet Zeeman, voir la correspondance entre Poincaré et Pieter Zeeman (§§ 2-61-1, 2-61-2).
• 10 J. Becquerel (1908), note présentée par Poincaré le 22.06.1908.
• 11 Il s’agit de l’hypothèse des électrons positifs, soutenue un temps par A. Dufour et R. Wood. A ce propos, voir Kragh (1989).
• 12 Dufour (1909), note présentée à l’Académie des sciences de Paris le 22.02.1909 par J. Violle. La réponse de J. Becquerel (1909) est parue la semaine d’après.
• 13 Il s’agit de la succession d’Elie Mascart au Collège de France, assurée par Paul Langevin à partir de 1909; voir (§ 2-33).
• 14 Pierre Weiss dirigeait le laboratoire de physique à l’École polytechnique fédérale de Zurich depuis 1902.
• 15 Jean Debrousse (1844–1899) fut un homme d’affaires parisien et amateur d’art qui légua un million de francs à l’Institut de France. Poincaré fut chargé de la rédaction du rapport annuel de la fondation Debrousse de 1903 à 1907 (Poincaré, 1905b, c, a, 1906, 1907). Henri Becquerel est mort le 25.08.1908; le 14.09.1908, Jean Becquerel a annoncé que son père, en mémoire du grand-père et du père de celui-ci, avait légué à l’Académie des sciences de Paris la somme de cent mille francs (Comptes rendus 147, p. 483).