Jean Perrin

“ Quand nous parlons du changement d’un système, nous n’entendons pas nécessairement que la matière s’y est conservée. Par exemple, nous pouvons parler du changement subi par une plante vivante qui aura cependant perdu ou gagné de la matière pendant le passage entre les deux états qui définissent ce changement. On peut même considérer des changements de systèmes non matériels : par exemple, si une enceinte vide de matière passe de la température de la glace fondante à celle de l’eau bouillante, le changement de la radiation contenue dans cette enceinte est défini. ”

“ Nous savons que les « machines simples », telles que le treuil, permettent d’enchaîner, de conjuguer, une élévation de poids avec un abaissement de poids, sans que rien d’autre se produise, et qu’elles sont toutes équivalentes, en ce qu’aucune n’est plus avantageuse qu’une autre (Galilée) . Sur ce Principe d’Équivalence entre les diverses façons d’obtenir du travail résistant et rien d’autre avec du travail moteur, nous avons édifié la théorie de l’équilibre des forces qui agissent sur un point, ou sur un système matériel [1] . ”

“ Nous avons expliqué comment tout changement efficient d’un système s’accompagne nécessairement, dans un autre système, d’un autre changement efficient, dont la valeur numérique est égale, avec le signe contraire, à celle du premier changement.
Si donc l’énergie interne d’un système augmente, il y a diminution égale de l’énergie interne d’un autre système : comme la Matière, l’Énergie se déplace en se conservant. ”

“ Réalité de l’énergie. — Malgré ce qu’a de séduisant la conception de l’énergie indestructible, on pouvait soutenir encore il y a peu d’années que cette conception n’apporte rien qui ne soit contenu dans le Principe d’Équivalence. On ne le peut plus depuis qu’Einstein a montré que la masse d’un système matériel varie proportionnellement à son énergie interne, ce qui du même coup assigne une limite supérieure à l’énergie que peut perdre ce système matériel. ”

“ Considérons une paroi que frappe normalement de la Lumière, c’est-à-dire que frappe (nous le savons maintenant) de la masse (qui n’est pas de la Matière) cheminant avec la vitesse de la Lumière. Il nous est alors difficile de ne pas évoquer le cas d’une paroi qui reçoit une grêle de projectiles (V, 26) et qui subit, de ce fait, une pression numériquement égale à l’impulsion des projectiles arrêtés.
Ceci conduit à penser que la Lumière exerce une « pression de radiation » sur un obstacle qui l’absorbe (ou sur lequel elle prend appui si elle est réfléchie ou émise) ”

“ Nous avons vu qu’on peut « acheter » (12) avec un travail un lancement de mobile, c’est-à-dire acheter de l’énergie cinétique avec de l’énergie potentielle. Comme l’énergie se conserve, nous voyons, de façon générale, que :
Quand en un référentiel de Galilée, pour un système de mobiles, variations d’énergie cinétique et d’énergie potentielle épuisent exactement leurs effets les unes par les autres, la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle, définies à chaque instant par les positions et les vitesses des points matériels du système, demeure constante. ”

“ Et, depuis, on a découvert, avec les transmutations, des transformations matérielles dégageant colossalement plus d’énergie que nos réactions chimiques les plus violentes. J’ai fait observer, en même temps qu’Eddington (1919) qu’il suffisait que le soleil primitif eût été fait d’hydrogène, qui probablement peut se transformer en hélium avec perte de un centième de sa masse, soit un dégagement de 250 milliards de calories par gramme, pour expliquer cent milliards d’années de rayonnement solaire au taux actuel. Durée où l’Évolution ne manque plus de temps ! ”

“ Nous pourrions soutenir que nous entendons simplement par là que l’aptitude du système à produire des changements résistants (tel une élévation de poids) a augmenté si le changement est positif, et diminué s’il est négatif. Mais, je le répète, ce que nous voulons dire est qu’il existe une chose protéiforme, l’Énergie, dont nous savons mesurer la variation, qui entre dans tout système subissant un changement positif, et qui sort de tout système subissant un changement négatif. ”

“ Déjà nous avons cité des types de changement (abaissement ou élévation de poids et plus généralement travaux moteurs et résistants) , dont nous avons compris qu’ils ne peuvent être produits isolément : par exemple il ne se peut pas, qu’un objet pesant, disons un ascenseur, d’abord à un certain niveau, soit retrouvé à un niveau différent, sans que quelque autre changement se soit produit en raison même de ce que cet objet pesant est abaissé ou élevé, ce changement corrélatif étant d’autant plus important que la variation de niveau est plus grande et que l’objet pèse davantage. ”

“ Tout changement efficient peut être payé par un changement thermodynamique. — Au point où nous sommes parvenus, nous comprenons que l’on peut mesurer par un nombre de calories ou d’ergs, tout changement efficient réalisé dans un système qui ne connaît l’extérieur que par voie mécanique ou thermique. On trouvera sans doute que ceci est bien général si on réfléchit par exemple que tel est le cas pour un homme qui voit, entend et touche. ”

“ Nous allons ainsi admettre, sans en donner d’autres raisons, et sauf désaccord avec l’expérience, qui ne s’est jamais produit, le Principe général d’Équivalence des mécanismes d’enchaînement entre changements efficients, que nous énoncerons comme il suit :
Si deux changements efficients peuvent être conjugués au moyen d’un certain dispositif, il est impossible de réaliser un autre dispositif plus avantageux ou moins avantageux qui conjuguerait avec un de ces changements d’abord l’autre, et, en surplus, un autre changement efficient, positif ou négatif. ”

“ Tout système matériel est pesant, d’un poids exactement proportionnel à sa masse. Nous n’avons aucune raison, aucun moyen, de distinguer dans cette masse une fraction attribuable à la Matière, et une fraction attribuable à l’énergie qu’elle transporte. ”

“ Si on ne peut empêcher tout à fait, on peut, du moins pendant un temps fini, rendre pratiquement négligeables les actions qu’exercent, sur un système matériel, des corps extérieurs de température différente. On enfermera par exemple ce système dans un récipient de métal lui-même entouré d’une seconde enceinte métallique dont il est séparé par une matière peu conductrice telle que de la poudre de liège. Ainsi se trouve très atténuée toute possibilité d’action thermique tant par rayonnement que par conductibilité. ”

“ Ce qui nous amène à penser que l’énergie thermique présente dans une masse d’eau par exemple apparaîtrait à un grossissement suffisant comme une somme d’énergies potentielles et cinétiques en transformation réciproque incessante, et réparties, selon un régime permanent fixé à chaque température, entre un nombre immense de systèmes excessivement petits. ”

“ Si cependant on a veillé, comme il est ici facile, à ce que toute répercussion extérieure se réduise à des changements thermiques, en définitive toujours réductibles à la production de calories, nous trouverons que par tous les moyens employés, nous obtenons le même nombre de calories. Ici encore il n’est pas possible, au prix d’un même changement chimique et sans autre répercussion extérieure, d’obtenir par un moyen la fusion de dix grammes de glace et par un autre moyen plus avantageux la fusion, disons, de douze grammes de glace. De nouveau nous voyons que la Nature vend à prix fixe. ”

“ Bref, quel que soit le genre de l’enchaînement entre un changement mécanique et un changement thermique, on retrouve toujours prix égal pour résultat égal : il y a équivalence des enchaînements possibles, comme entre changements mécaniques et comme entre changements thermiques, ou encore :
Aucun dispositif n’est plus avantageux qu’un autre pour acheter de la chaleur avec du travail. ”

“ On se demandera où peut être localisée cette énergie potentielle, étant donné que des corps qui s’attirent ne subissent aucun changement intrinsèque du fait qu’ils s’approchent ou s’éloignent les uns des autres. ”

“ De l’énergie lumineuse est toujours présente, bien que en quantité minime dans les conditions ordinaires, au sein de tout objet, du fait même qu’il est nécessairement à une certaine température. Nous avons en effet déjà compris (8) qu’une enceinte isotherme vide de matière contient de la radiation qui se révèle comme lumière analysable au spectroscope quand on la laisse s’enfuir au travers d’une petite ouverture pratiquée dans la paroi de l’enceinte, où elle se régénère continuellement avec une densité fixée tant que la température est maintenue constante. ”

“ Nous avons enfin figuré en ponctué la flèche qui marque la possibilité d’un échauffement (d’un corps « froid ») par refroidissement (d’un corps « chaud ») précisément pour rappeler que (alors que tout échauffement peut être produit par abaissement d’un poids) tout échauffement ne peut pas être produit par n’importe quel genre de refroidissement : on ne fond pas du fer en congelant de l’eau, malgré que les signes de ces deux changements soient du sens voulu (et ceci encore ressortira du principe de Carnot) . ”

“ Changements non isolables mais dont l’inverse est isolable. — Une classe intéressante de changements contient tout changement qui peut, non pas se produire, mais disparaître sans répercussion. Tel est précisément le changement subi par une masse gazeuse, prise puis laissée à la même température, mais avec un volume diminué. Cette compression ne peut se produire « seule », mais une fois produite, elle peut disparaître par changement de Gay-Lussac sans répercussion extérieure. ”

“ En particulier, si un système demeure isolé, son énergie demeure constante, mais nous n’avons encore aucun moyen de mesurer l’énergie totale d’un système, et savons seulement mesurer sa variation.
Si, même quand un système n’est pas resté isolé, il a subi un changement en définitive sans répercussion extérieure, son l’énergie est demeurée constante. Par exemple, les expériences sur la détente des gaz (13) montrent que :
À température fixée, l’énergie d’une masse gazeuse est fixée. ”

“ La façon même dont nous avons pu définir la température montre que l’équilibre ne peut exister dans un système matériel que si la température y est partout la même, et que des transformations se produisent dès que cette uniformité est rompue. ”

“ De même il se pourrait que le poids d’un corps diminuât, quand ce corps tombe dans la direction de la pesanteur, ce poids étant une fonction décroissante de la vitesse verticale. Alors que le travail de la pesanteur sur un corps, ayant en équilibre le poids , et qui descend très lentement de la hauteur est , il serait inférieur, et de la forme quand le corps tombe en chute libre. ”

“ Nous devons donc prévoir que l’énergie sous toutes ses formes est pesante aussi bien que massive. En particulier les photons dont nous démontrerons (VIII) qu’ils transportent l’énergie de la Lumière sont pesants, et nous devons nous attendre à ce que le rayon de lumière qui passe auprès d’une étoile soit dévié par elle (Einstein) bien que très faiblement en raison de son énorme vitesse. ”

“ Nous penserons que le potentiel est une propriété de l’espace où baignent les masses qui s’attirent, propriété physique non perçue par nos sens, mais dont nous savons mesurer la variation entre deux points, par la variation de la fonction . ”

“ Si pourtant l’homme que nous considérons use du téléphone, le système qu’il forme avec cet appareil ne paraît plus uniquement sollicité par des actions mécaniques et thermiques, et il y faut ajouter les actions qui s’exercent par les bornes où est branché l’appareil. Mais nous comprendrons bientôt (IX, Électrodynamique) que ces bornes pourraient à chaque instant être les pôles de dynamos plongées dans des thermostats et sollicitées par des poids moteurs, dynamos qui, en définitive ne subissent aucun changement, et fonctionnent comme un mécanisme de transmission. ”

“ Maintenant nous pouvons établir l’équivalence des mécanismes qui enchaînent travaux et variations de vitesse.
Une façon de lancer un objet par abaissement d’un poids (flèche ) est simplement de laisser tomber cet objet en « chute libre ». La pesanteur agit alors seule, et, pour la hauteur de chute , qui donne au mobile une vitesse , dépense un travail . Au prix de ce travail, nous ne pourrons faire ni mieux, ni plus mal. ”

“ FORMES DE L’ÉNERGIE Nous distinguerons autant de formes de l’énergie que nous pourrons distinguer de types de changements efficients, impliquant un apport d’énergie s’ils sont positifs, un départ s’ils sont négatifs. ”