Jean Perrin

“ Ainsi, une fois atteint l’état d’équilibre, par antagonisme entre la pesanteur qui sollicite les grains vers le bas et le mouvement brownien qui les éparpille sans cesse, des élévations égales devront s’accompagner de raréfactions égales. Mais, s’il faut s’élever seulement de 1/20 de millimètre, c’est-à-dire 100 millions de fois moins que dans l’oxygène, pour que la richesse en grains devienne deux fois plus faible, on devra penser que le poids efficace de chaque grain est 100 millions de fois plus grand que celui de la molécule d’oxygène. ”

“ Il est du reste clair que, si une molécule était assez compliquée pour contenir plusieurs milliers d’atomes, l’analyse chimique pourrait se trouver assez grossière pour ne pas nous renseigner sur l’entrée ou la sortie de quelques atomes. C’est donc sans doute parce que les molécules des corps étudiés par les chimistes renfermaient peu d’atomes que les lois de discontinuité ont pu être découvertes alors que l’analyse chimique ne répondait pas toujours du dixième [6] .
Une molécule peut être monoatomique (formée par un seul atome) . Plus généralement elle contiendra plusieurs atomes. ”

“ Bientôt, sauf hasard très exceptionnel, en raison de la structure prodigieusement lacunaire des atomes, il va se trouver et restera désormais vide : la densité vraie, au point choisi, est encore nulle. Si pourtant, ce qui n’arrivera pas une fois sur un million de cas, le point donné se trouve intérieur à un corpuscule ou au noyau central de l’atome, la densité moyenne grandira énormément quand le rayon diminuera, et deviendra plusieurs millions de fois plus grande que celle de l’eau. ”

“ Laissant donc de côté la vitesse vraie, qui n’est pas mesurable, et sans s’embarrasser du trajet infiniment enchevêtré que décrit un grain pendant un temps donné, Einstein et Smoluchowski ont choisi comme grandeur caractéristique de l’agitation le segment rectiligne qui joint le point de départ au point d’arrivée et qui, en moyenne, est évidemment d’autant plus grand que l’agitation est plus vive. ”

“ Si tout corps pur est nécessairement formé par une sorte déterminée de molécules, il ne s’ensuit pas que réciproquement avec chaque sorte de molécules nous sachions constituer un corps pur, sans mélange de molécules d’autres sortes. C’est ce que font bien comprendre les propriétés du peroxyde d’azote, gaz singulier, qui ne vérifie pas la loi de Mariotte, et dont la couleur rouge devient plus foncée quand on le laisse se répandre dans un volume plus grand. ”

“ Supposons qu’on échauffe à volume constant une masse gazeuse ; nous savons qu’alors la pression grandit. Si cette pression est due aux chocs des molécules sur la paroi, il faut bien admettre que ces molécules se meuvent maintenant avec des vitesses qui, en moyenne, ont augmenté, de façon que chaque centimètre carré de paroi reçoit des chocs plus violents, et en reçoit davantage. Ainsi l’agitation moléculaire doit grandir avec la température. Si au contraire la température s’abaisse, l’agitation moléculaire, décroissant, doit tendre vers zéro en même temps que la pression du gaz. ”

“ De même, la vitesse moyenne apparente d’un grain pendant un temps donné varie follement en grandeur et en direction sans tendre vers une limite quand le temps de l’observation décroît, comme on le voit de façon simple, en notant les positions d’un grain à la chambre claire de minute en minute, puis, par exemple, de 5 en 5 secondes, et mieux encore en les photographiant de vingtième en vingtième de seconde, comme ont fait MM. Victor Henri, Comandon ou de Broglie, pour cinématographier le mouvement. ”

“ Les grains de l’émulsion devront être identiques, comme sont les molécules d’un gaz. Les pistons qui interviennent dans le raisonnement seront « semi-perméables », arrêtant les grains, laissant passer l’eau. La « molécule-gramme » de grains sera , étant le nombre d’Avogadro, et la masse d’un grain. Enfin la force due à la pesanteur, pour chaque grain, ne sera plus le poids du grain, mais son poids efficace, c’est-à-dire l’excès de ce poids sur la poussée due au liquide environnant, poussée égale à si est la densité de la matière qui forme le grain, et celle du liquide. ”

“ En écrivant enfin, par les procédés statistiques de Boltzmann, que le régime d’agitation est permanent et en considérant un solide en équilibre thermique avec un gaz, nous trouverons que l’énergie cinétique moyenne a même valeur pour chacun des atomes du solide, ou pour chaque molécule du gaz. ”

“ S’il existe des molécules, il revient au même de dire que toute surface tracée dans un fluide est sans cesse traversée par des molécules passant d’un côté à l’autre, et par suite que les molécules d’un fluide quelconque sont en mouvement incessant.
Si ces inductions sont fondées, nos idées sur les fluides « en équilibre » vont se trouver bien profondément remaniées. Comme l’homogénéité, l’équilibre n’est qu’une apparence, qui disparaît si l’on change le « grossissement » sous lequel on observe la matière. ”

“ D’autre part (encore comme pour toute masse de méthane) le carbone de la molécule de méthane pèse 3 fois plus que l’hydrogène qu’elle contient, donc 12 fois plus que l’atome d’hydrogène, et ce carbone est probablement fait d’un seul atome, car aucun corps, ainsi étudié par « substitution », ne donne un rapport plus faible entre le carbone contenu dans sa molécule et l’atome d’hydrogène. Le carbone de la molécule de benzine, qui pèse 12 fois autant que les 6 atomes d’hydrogène, c’est-à-dire 72 fois autant que l’atome d’hydrogène, est donc fait de 6 atomes. ”

“ La probabilité de rupture d’une molécule ne dépend pas des chocs qu’elle subit.
Puisque cependant la vitesse de dissociation dépend beaucoup de la température, nous sommes conduits à nous rappeler que l’influence de la température s’exerce par le rayonnement aussi bien que par les chocs moléculaires et à voir l’origine de la dissociation dans la lumière visible ou invisible qui emplit, en régime stationnaire, l’enceinte isotherme où se meuvent les molécules des gaz considérés. ”

“ Comme les rayons cathodiques, les rayons rayons X excitent des fluorescences variées, et impressionnent les plaques photographiques. Ils en diffèrent profondément en ce qu’ils ne transportent pas de charge électrique et par suite ne sont déviés ni par les corps électrisés, ni par les aimants. Tout le monde sait aussi qu’ils ont un pouvoir pénétrant plus considérable, et qu’ils ne peuvent être ni réfléchis, ni réfractés, ni diffractés, en sorte que, s’ils sont formés par des ondes, ces ondes sont beaucoup plus courtes que celles de l’extrême ultra-violet (0μ,1) jusqu’ici étudié [2] . ”

“ Bref, le résultat suggéré par l’Atomistique est le suivant : la densité est partout nulle, sauf pour un nombre infini de points isolés où elle prend une valeur infinie [2] .
On fera des réflexions analogues pour toutes les propriétés qui, à notre échelle, semblent régulièrement continues, telles que la vitesse, la pression, la température. Et nous les verrons devenir de plus en plus irrégulières, à mesure que nous augmenterons le grossissement de l’image toujours imparfaite que nous nous faisons de l’Univers. ”

“ Un mouvement des molécules s’est donc encore manifesté.
Avec des couches gazeuses, la diffusion, plus rapide, se poursuit toujours jusqu’à l’uniformisation de la masse entière. C’est l’expérience célèbre de Berthollet, mettant en communication par un robinet un ballon contenant du gaz carbonique avec un ballon contenant de l’hydrogène à la même pression, et placé à un niveau supérieur. Malgré la grande différence des densités, la composition s’uniformise progressivement dans les deux ballons, et bientôt chacun d’eux renferme autant d’hydrogène que de gaz carbonique. ”

“ Et cela arrive forcément, sans quoi la vitesse vraie serait infinie. Le temps minimum d’irrégularité est probablement du même ordre que le temps qui serait nécessaire à un granule lancé dans le liquide avec une vitesse égale à sa vitesse moyenne vraie d’agitation, pour que le frottement par viscosité réduise sensiblement à zéro son élan primitif (en même temps que, au surplus, les chocs moléculaires le lancent dans une autre direction) . On trouve ainsi, pour un sphérule de 1 micron, dans l’eau, que le temps minimum d’irrégularité est de l’ordre du cent millième de seconde. ”

“ N’est-il pas alors supposable qu’il n’y ait aucune limite de grosseur pour l’assemblage d’atomes qui vérifie ces lois ? N’est-il pas supposable que même des particules déjà visibles les vérifient encore exactement, en sorte qu’un granule agité par le mouvement brownien ne compte ni plus ni moins qu’une molécule ordinaire en ce qui regarde l’action de ses chocs sur une paroi qui l’arrête ? ”

“ Si nous réfléchissons à la façon dont le mouvement d’une molécule est ainsi gêné par les molécules voisines, nous serons conduits à considérer le libre parcours moyen d’une molécule, qui est la valeur moyenne du chemin qu’une molécule parcourt, en ligne droite, entre deux chocs successifs. On a pu calculer ce libre parcours moyen (dont la connaissance nous aidera à évaluer la grandeur des molécules) , en cherchant comment il peut être lié à la « viscosité » du gaz.
On n’est guère habitué, dans la pratique, à regarder les gaz comme visqueux. ”

“ Cet état stationnaire d’un espace que traverse continuellement et en tous sens de la lumière est en réalité un régime permanent de changements extrêmement rapides dont le détail nous échappe, pour les espaces et les durées qui sont à notre échelle, comme nous échappait déjà l’agitation pourtant bien plus grossière des molécules d’un fluide en équilibre. ”

“ La théorie quantitative montre comment les fluctuations de densité grandissent quand la compressibilité augmente [5] . Au point critique, on trouve ainsi que, dans le volume qui contient en répartition uniforme molécules, la fluctuation moyenne est à peu près l’inverse de la racine quatrième de ce nombre, quel que soit le fluide, ce qui fait 2 pour 100 dans un cube contenant 100 millions de molécules. Pour la plupart des fluides dans l’état critique, le côté d’un tel cube est de l’ordre du micron. ”

“ La molécule-gramme d’un corps est la masse de ce corps qui dans l’état gazeux dilué occupe le même volume que 32 grammes d’oxygène à la même température et sous la même pression (soit sensiblement 22 400 centimètres cubes dans les conditions « normales » ) .
Dans l’hypothèse d’Avogadro, toutes les molécules-gramme doivent être formées par le même nombre de molécules. Ce nombre est ce que l’on appelle la Constante d’Avogadro, ou le Nombre d’Avogadro. ”

“ Il me semble que, pour une molécule déterminée, la valeur probable du temps qui serait nécessaire pour atteindre sous la seule influence des chocs un certain état fragile doit être d’autant plus faible que la molécule subit plus de chocs par seconde, et, cet état fragile supposé atteint, la valeur probable du temps nécessaire pour que la molécule subisse le genre de choc qui pourrait la briser doit être également d’autant plus faible que les chocs sont plus fréquents. ”

“ Smoluchowski l’explique par la grandeur de la compressibilité (infinie au point critique même) en sorte que des régions contiguës de densités notablement différentes sont pourtant presque en équilibre l’une avec l’autre. Dès lors, grâce à l’agitation moléculaire, il se forme facilement de place en place des essaims denses de molécules, à contour diffus, qui ne se désagrègeront que lentement, tandis qu’ailleurs il s’en formera d’autres, essaims qui produiront l’opalescence en déviant latéralement la lumière. ”

“ Mais c’est un élément qui se détruit spontanément de moitié pour chaque durée de 4 jours (plus exactement 3,85 jours) . Pour la première fois, nous constatons qu’un corps simple, et par suite qu’un atome, peut naître et mourir.
Il est alors difficile de ne pas penser que le radium se détruit lui aussi progressivement et précisément dans la mesure où il engendre du niton, soit à peu près à raison de un millième de milligramme par jour et par gramme. Bref, on est bien conduit à penser que toute radioactivité est le signe de la transmutation d’un atome en un ou plusieurs autres atomes. ”

“ Bref, tous les ions monovalents portent, au signe près, la même charge élémentaire , égale au quotient du faraday par le nombre d’Avogadro, suivant l’équation
et tout ion polyvalent porte autant de fois cette charge qu’il possède de valences.
Cette charge élémentaire, dont un sous-multiple ne paraît pas réalisable, a le caractère essentiel d’un atome, comme le fit le premier observer Helmholtz (1880) . C’est l’atome d’électricité. Elle sera connue en valeur absolue si l’on réussit à connaître . ”

“ Dès lors rien ne limite le nombre d’atomes d’une molécule sinon la fragilité sans cesse plus grande d’une molécule formée de plus d’atomes (le nombre des enfants qui forment une ronde en se tenant par la main n’est pas limité) . L’oxygène, par exemple, est au moins bivalent, puisque, outre la molécule O2, ses atomes peuvent former la molécule O3 de l’ozone.
L’image même que nous avons donnée suffit à suggérer que le nombre de valences utilisées par un atome peut varier d’une combinaison à une autre. ”

“ Lorsqu’un fluide emplit une enceinte, l’agitation moléculaire, d’autant plus vive que la température est plus élevée, transmet de proche en proche les actions thermiques, et le degré de cette agitation donne une mesure de la température une fois que l’équilibre est établi. ”

“ On a fait le calcul pour l’oxygène ou l’azote, ce qui donne pour une valeur à peu près égale à 45·1022 (savoir, avec des diamètres de 3·10−8 environ, 40·1022 pour l’oxygène, 45·1022 pour l’azote, 50·1022 pour l’oxyde de carbone, concordance qui mérite d’être signalée) . Ce choix n’est pas le meilleur, puisqu’il force à calculer le « diamètre » de molécules sûrement non sphériques. Seul un corps monoatomique, tel que l’argon, peut conduire à un bon résultat. Consultant les données relatives à ce corps, on trouvera que le volume des sphères de choc, pour une molécule-gramme (40 gr.) ”