Définition de la masse (La)

Titre

Définition de la masse (La)

Thèse - Objectif :

Examiner les différentes définitions scientifiques de la notion de masse

Montrer que les 5 définitions scientifiques de la notion de masse permettent de mesurer la masse mais sont dans l'incapacité d'en déterminer la nature essentielle

Déterminer la nature essentielle de la notion de masse

Faire la preuve que la masse est une quantité dimensive, une réalité physique absolue

Acculturation

Oui

École philosophique

Néo-Thomisme

Référence bibliographique

  • Berthelot, Essai de mécanique chimique

  • Secchi, Unité des forces physiques

  • Clausius, Théorie mécanique de la chaleur

  • Helmholtz, Mémoire sur la conservation de la force, Paris, Masson, 1869

  • Hannequin, Essai critique sur l’hypothèse des atomes, Paris, Alcan, 1899

  • Rankine

  • Lavoisier

  • Dressel, Lehrbuch der Physik, Freiburg, Herder, 1895

  • Newton

  • Stallo, La matière et la physique moderne, Paris, Alcan, 1884

  • Jouffret, Introduction à la théorie de l’énergie, Paris, Gauthier-Villars, 1883

  • Proust

  • Thompson

  • Dumas

  • Berzélius

  • Cumer

  • Marignac

  • Stas

  • Avogrado

  • Ampère

  • Clausius

  • Mouret, Force et masse, Annales de Philosophie chrétienne

  • Stewart, La conservation de l’énergie. Qu’est-ce la force ?

  • Saint-Thomas, Sum. Théol.

  • de St-Robert

  • Geyser, Der Begriff der Körpermasse, Philosophisches Jahrbuch, 1898

Commentaire référence bibliographique
  • Nys renvoie aux ouvrages de Berthelot, Secchi, Cllausius et Helmholtz pour illustrer la tendance générale qui consiste à ne plus voir, dans les sciences particulières, que des chapitres divers d’une mécanique universelle :

    « De plus en plus, les hommes de science s’inspirent de vues mécanistes dans l’interprétation des phénomènes de la nature. Ramener les faits à un minimum de causes, et, en dernière analyse, aux deux facteurs de masse et de mouvement, telle est la grande préoccupation de nos savants modernes. L’Essai de mécanique chimique dde Berthelot, l’Unité des forces physiquesde Secchi, la Théorie mécanique de la chaleur de Clausisus, la Conservation de la force d’Helmholtz, etc. suffisent à nous montrer qu’uil existe de fait une tendance générale ne plus voir, dans les sciences particulières, que des chapitres divers d’une mécanique universelle. » (Nys (1901), p. 5)

  • Nys reprend la remarque d’Hannequin au sujet des obscurités qui entourent le concept de masse :

    « Cependant, malgré le rôle immense qui lui (la notion de masse) est dévolu et les études nombreuses dont elle fut l’objet, le concept de masse demeure enveloppé de certains obscurités : « Pour qui veut atteindre, dit Hannequin, au-delà de la vitesse et de l’accélération, les conditions de la genèse et des variations du mouvement, pour qui veut, en un mot, soumettre à l’analyse et pénétrer ses lois, trois termes liés ensemble s’offrent à nos définitions, qu’aucun artifice ne saurait, pour le moment, ni séparer ni réduire : l’accélération, la force et la masse. A vrai dire, de c’est trois termes, le premier seul est directement saisi et géométriquement clair ; les deux autres, nous ne nous faisons aucune difficulté de le reconnaître, sont par eux-mêmes obscurs et confus. » » (Nys (1901), pp. 5-6)

    Nys cite Hannequin une nouvelle fois pour illustrer la quatrième définition de la masse :

    « Bien voisine de la précédente est l’opinion partagé par la plupart de nos atomistes modernes. Elle consiste à rattacher la masse au volume réel. « La masse, écrit M. Hannequin, est pour la mécanique toujours proportionnelle au volume qu’elle occupe, quelles que puissent être les raisons physiques qui donnent aux corps dans la nature réelle, des densités multiples et diverses. « Aussi, le principe de l’invariabilité du volume atomique, placé à la base de l’atomisme, n’est lui-même qu’une application concrète de cette opinion. » (Nys (1901), p. 12)

  • Nys cite Helmholtz, le principe de Rankine et le principe de Lavoisier pour illustrer l’une des propriétés les plus caractéristiques du concept de masse  :

    « La masse est le rapport constant entre la force et l’accélération. Que penser de cette première définition ? D’abord, elle a l’incontestable avantage de répondre à tous les besoins de la mécanique, dont l’objet principe d’étude est la mesure quantitative du mouvement et de ses causes. En nous représentant la masse comme un diviseur de la force, elle nous donne un moyen pratique, non seulement d’en apprécier le rôle, mais aussi de déterminer les valeurs respectives qu’elle peut prendre dans les différents corps de la nature. De plus, elle met en relief l’une des propriétés les plus caractéristiques et les plus importantes de la masse : sa constance. « La masse, dit Helmholtz, est éternellement invariable. » ; et cette propriété de la matière est une des données fondamentales de notre mécanique. Aussi, le principe de Lavoisier qui établit l’invariabilité de la masse, et le principe de Rankine qui exprime la constance de l’énergie totale de l’univers, sont-ils regardés, à juste titre, comme les plus belles conquêtes de la science moderne. » (Nys (1901), pp. 7-8)

  • Cite Dressel montrer l’incapacité de la première définition scientifique de la masse à rendre compte de sa nature essentielle :

    « Mais mesurer une chose, n’est pas dévoiler sa nature. La masse ne se confond point avec sa mesure, quelle qu’elle soit. De plus, c’est quelque chose d’absolu que la masse. Le corps la possède aussi bien à l’état de repos qu’en mouvement, sous l’influence de la force comme dans l’état d’isolement complet. N’y eût-il qu’un seul corps au monde, il aurait encore sa masse appropriée. « La masse, écrit Dressel dans son ouvrage de physique, n’est pas seulement une relation ou une abstraction, mais une chose réelle et existante ; sinon, comment serait-elle le support du mouvement. » La définition classique (La masse est le rapport constant entre la force et l’accélération), irréprochable en mécanique, ne satisfait donc pas encore les légitimes aspirations de l’intelligence. On peut aller plus loin et se demander ce qu’est en elle-même cette réalité constante que l’on mesure, et d’où vient l’étonnante propriété qu’elle possède de paralyser, proportionnellement à sa grandeur, l’action de la force, de manière à diminuer la vitesse du mouvement communiqué. » » (Nys (1901), pp. 8-9)

  • Nys cite Newton pour illustrer la deuxième définition scientifique de la masse :

    « Pour un lieu déterminer, la masse des corps, dit-on, n‘est autre chose que leur poids. » La matière, avait dit Newton, attire la matière en raison directe des masses et en raison inverse du carré des distances. La pesanteur n’est qu’un cas particulier de cette attraction universelle. Elle désigne cette force attractive avec laquelle la terre attire vers son centre les corps placés dans son voisinage. Lorsqu’un corps est immobile, cette influence terrestre se manifeste sous forme d’une pression verticale que le corps exerce de haut en bas sur son appui. Le résultat de cette pression s’appelle le poids. » (Nys (1901), p. 9)

    Nys rappelle, au moment d’aborder la cinquième définition scientifique de la masse, la définition de l’inertie donnée par Newton

    « Cinquième définition. « La masse d’un corps est sa quantité d’inertie, ou aussi sa quantité de résistance au mouvement. » De toutes les définitions jusqu’ici parcourues, nous n’en trouvons point qui mérite plus d’attention. Il importe d’abord de préciser le sens de deux termes : l’inertie et la résistance. Dans sa première loi du mouvement, Newton définit l’inertie « un attribut, en vertu duquel la matière ne peut, d’elle-même, modifier ni son état de repos, ni son mouvement ». » (Nys (1901), p. 14).

  • Nys cite Stallo pour rendre compte du rapport entre le poids et la masse

    « Mais en fait, ce poids qu’est-il par rapport à la masse ? « Il n’est pas l’équivalent ou plutôt la représentation d’une unité substantielle absolue dans le corps pesé, mais seulement l’expression d’une relation entre deux corps qui s’attirent mutuellement ; de plus, ce point peut être indéfiniment réduit par un simple changement de position par rapport au corps avec lequel il est en relation. » » (Nys (1901), pp. 9-10)

    Nys cite Stallo pour montrer l’incapacité par nature de l’hypothèse de Proust à donner une définition essentielle de la masse :

    « Supposé même qu’à la lumière de faits nouveaux, les difficultés soulevées contre les vues du chimiste anglais s’évanouissent pour faire place à une démonstration rigoureuse, quelle conclusion jaillirait de cette nouvelle découverte ? nos grosses masses sensibles sont un multiple exact d’une petite masse inconnue ; telle serait la seule déduction logique. Aurions-nous avancé d’un pas dans la connaissance de la masse ? Une inconnue prend-elle une valeur déterminée, parce qu’on la multiplie un certain nombre de fois par elle-même ? Comme le dit Stallo, à propos d’un sujet analogue, « briser un aimant en morceaux, et montrer que chaque fragment est doué de la polarité magnétique de l’aimant entier, ce n’est pas expliquer le phénomène du magnétisme. » La question resterait entière, ou se poserait sous la forme nouvelle : Qu’est-ce que la masse atomique ? » (Nys (1901), pp. 11-12)

  • Nys cite jouffret pour illustrer la troisième définition scientifique de la masse

    « Plusieurs auteurs modernes tendent à rendre compte de la masse d’un corps par la somme des unités élémentaires que ce corps contient. C’est notamment la pensée qu’exprime Jouffret dans son bel ouvrage sur la théorie de l’énergie. « La masse d’un corps, dit-il, dépend du nombre d’atomes qu’il renferme. » » (Nys (1901), p. 10)

  • Nys dresse la liste des scientifiques (Thompson, Dumas, Berzélius, Cumer, Marignac, Stas) qui ont tenté, en vain, de vérifier l’hypothèse de Proust  :

    « Mais cette hypothèse de Proust (d’après laquelle nos atomes chimiques ne seraient eux-mêmes que des produits de condensation d’une matière primitive homogène, disséminée en atomes infinitésimaux et égaux en poids) n’a pu jusqu’ici prendre rang dans la science. Reprise par Thompson et plus tard par Dumas, elle passionna plusieurs chimistes de marque, tels : Berzélius, Cumer, Marignac et Stas, qui, dans le but de la vérifier, se livrèrent aux recherches stœchiométriques les plus précises. Tous ces travaux aboutirent à un même résultat : l’impossibilité de concilier l’hypothèse avec les poids actuels de nos atomes chimiques. » (Nys (1901), p. 11)

  • Nys cite l’hypothèse d’Avogradro, l’hypothèse d’Ampère et les travaux de Clausius pour montrer que la détermination du volume réel des corps est un de ces problèmes que la physique ne résoudre probablement jamais.

    « La détermination du volume réel des corps est un de ces problèmes que la physique ne résoudra probablement jamais. L’hypothèse d’Avogradro et d’Ampère qui établit indirectement l’identité de volume pour les molécules des corps gazeux considérés dans les mêmes conditions physiques de température et de pression, ne nous donne à ce sujet aucun renseignement ; car il est par trop clair que ce volume comprend, outre l’espace plein, des distances interatomiques et intramoléculaires qui nous sont totalement inconnues. Plusieurs physiciens, entre autres Clausisu, ont tenté maints essais dans cette voie ; mais les résultats obtenus sont à ce point problématiques que le volume réel de la matière reste encore une énigme. » (Nys (1901), p. 13)

  • Nys cite l’étude de Mouret pour illustrer la cinquième définition

    « La matière possède donc un pouvoir réducteur du mouvement, susceptible de mesure mais invariable pour un corps donné. Cette puissance de réduction est sa quantité d’inertie, c’est-à-dire, sa masse. « De toute manière, dit M. Mouret, quels que soient les synonymes que l’on emploie sous prétexte de définir la masse, notre notion de masse dérive d’un seul et même fait, qui est cette réduction, en plus ou moins grande proportion, de l’accélération du mouvement dans la transmission du mouvement par contiguïté. » » (Nys (1901), p. 15)

  • Nys renvoie à Stewart pour montrer que la résistance active ne peut pas servir à mesure la masse

    « Or, cette résistance active peut-elle servir de mesure à la masse ? Ce serait une erreur de l’affirmer, car cette sorte de résistance lui est totalement étrangère. Si l’on supprimait toutes les résistances de ce genre, le coup d’aile d’un moucheron mettrait en mouvement une lourde voiture de roulier, et la moindre force qui agirait seule sur un corps pourrait le déplacer. Cependant, même dans ce cas, l’accélération communiquée par une même force à des corps de poids différent serait aussi différente, et inversement proportionnelle à leur quantité de matière. » (Nys (1901), p. 16)

  • Nys renvoie aux analyses métaphysiques de Saint-Thomas sur la quantité :

    « Au point de vue métaphysique, on distingue dans un corps deux sortes de réalités : d’une part, les propriétés, ou d’une manière plus générale, les accidents ; d’autre part, la substance qui en est le support et le substrat commun. Bien qu’une substance n’existe jamais sans ses propriétés distinctives, et qu’aucune de ces propriétés ne précède les autres d’une priorité temporelle, cependant, dans l’ordre de la pensée, il en est une que nous concevons en premier lieu, comme étant le sujet récepteur des autres ; c’est la quantité. » (Nys (1901), p. 18)

  • Nys rappelle un principe de mécanique énoncé par M. de St-Robert

    « Sans l’intervention des résistances extrinsèques, le moindre mouvement mettrait en branle une lourde voiture de roulier. » (Nys (1901), p. 22)

  • Nys reproche à Geyser de faire figurer le volume parmi les éléments constitutifs de la masse

    « En second lieu, d’aucuns se demanderont peut-être pourquoi, dans notre définition, nous nous sommes abstenu de toute considération du volume des corps. L’on dit en effet que le plomb, le mercure, le platine ont une masse considérable, parce que, sous un volume relativement restreint, ces métaux contiennent une quantité considérable de matière. Le volume, semble-t-il, devrait figurer parmi les éléments constitutifs de la masse. Cette opinion, dont M. geyser s’est fait récemment le défenseur, ne nous paraît pas soutenable. En identifiant deux éléments essentiellement distincts, la masse et la densité, elle enlève au premier une de ses notes caractéristiques, la constance. » (Nys (1901), pp. 24-25)

Discute :

  • Geyser, Der Begriff der Körpermasse, Philosophisches Jahrbuch, 1898

Commentaire Discute
  • Nys reproche à Geyser de faire figurer le volume parmi les éléments constitutifs de la masse

    « En second lieu, d’aucuns se demanderont peut-être pourquoi, dans notre définition, nous nous sommes abstenu de toute considération du volume des corps. L’on dit en effet que le plomb, le mercure, le platine ont une masse considérable, parce que, sous un volume relativement restreint, ces métaux contiennent une quantité considérable de matière. Le volume, semble-t-il, devrait figurer parmi les éléments constitutifs de la masse. Cette opinion, dont M. geyser s’est fait récemment le défenseur, ne nous paraît pas soutenable. En identifiant deux éléments essentiellement distincts, la masse et la densité, elle enlève au premier une de ses notes caractéristiques, la constance. » (Nys (1901), pp. 24-25)

Intervention citée

Non

Intervention discutée

Non

URL

www.persee.fr/doc/phlou_0776-5541_1901_num_8_29_1251

Fiche complète

Oui

Créateur de la fiche

Greber, Jules-henri

La définition de la masse est le neuvième article de fond publié par Nys dans la Revue néo-scolastique. Parue en 1901, l’intervention a deux objectifs[1]. Le premier objectif est d’examiner les cinq définitions scientifiques de la notion de masse[2]et de montrer que ces définitions, tout en donnant une mesure appropriée de la masse, sont dans l’incapacité de faire connaître la nature intime de cette notion[3]. Le deuxième objectif est de déterminer la nature essentielle de la masse et de faire la preuve que la masse est une quantité dimensive[4].

[1]         « Dans la première partie de ce travail, nous nous proposons donc de passer en revue les définitions courantes, de les soumettre à un examen critique afin de préciser quelles sont, à côté des résultats acquis, les questions d’ordre philosophique non encore résolues. Dans la seconde partie, nous essayerons de combler ces lacunes, en donnant de la masse une définition qui mette en relief sa réalité physique et nous rende compte de toutes ses propriétés. » (Nys (1901), p. 6)

[2]         Première définition : La masse est le rapport constant entre la force et l’accélération

Deuxième définition : Pour un lieu déterminé, la masse des corps n’est autre chose que leur poids

Troisième définition : Rendre compte de la masse d’un corps par la somme des unités élémentaires que ce corps contient.

Quatrième définition : Consiste à rattacher la masse au volume réel.

Cinquième définition : La masse d’un corps est sa quantité d’inertie, ou aussi sa quantité de résistance au mouvement

[3]         La première définition « ne nous fait point connaître la nature intime de cet agent mystérieux. Placée comme une sorte d’intermédiaire entre la force et l’accélération, la masse ne nous apparaît que sous un aspect purement relatif. Elle est un nombre, un quotient, dont la valeur quantitative dépend essentiellement de deux autres nombres. En soi, dit-on elle n’est ni la force, ni l’accélération, mais un rapport constant entre ces deux facteurs qui lui sont étrangers. Et ce rapport déterminé en exprime la mesure. Mais mesurer une chose, n’est pas dévoiler sa nature. La masse ne se confond point avec sa mesure, quelle qu’elle soit. (…) La définition classique, irréprochable en mécanique, ne satisfait donc pas encore les légitimes aspirations de l’intelligence. On peut aller plus loin et se demander ce qu’est en elle-même cette réalité constante que l’on mesure (…) » (Nys (1901), pp. 8-9)

La deuxième définition « ne désigne, en réalité, qu’une mesure conventionnelle ; elle est une application particulière de ce principe général énoncé plus haut (première définition) que les masses trouvent leur mesure dans l’action des forces. Aussi, si dans l’évaluation de ce facteur mécanique, la pesanteur a été choisie de préférence à d’autres forces de la nature, c’est uniquement à raison des avantages pratiques qu’elle présente. Sous cette mesure arbitraire et variable, l’entité de la masse persistante et toujours identique à elle-même au sein de toutes les variations et circonstances de l’univers, nous reste donc aussi voilée que dans la définition précédente. Nous n’en avons saisi qu’un aspect particulier et relatif. » (Nys (1901), p. 10)

La troisième définition conduit à cette conclusion que « nos grosses masses sensibles sont un multiple exacte d’une petite masse inconnue. (…) Aurions-nous avancé d’un pas dans la connaissance de la mase ? Une inconnue prend-elle une valeur déterminée, parce qu’on la multiplie un certain nombre de fois par elle-même ? Comme le dit Stallo, à propos d’un sujet analogue, « briser un aimant en morceaux, et montrer que chaque fragment est doué de la polarité magnétique de l’aimant entier, ce n’est pas expliquer le phénomène du magnétisme ». La question resterait entière, ou se poserait sous la forme nouvelle : Qu’est-ce que la masse atomique ? » (Nys (1901), pp. 11-12)

La quatrième définition ne donne « qu’une mesure incertaine et purement théorique du facteur en question. La masse n’est pas l’étendue ; qu’est-elle donc ? » (Nys (1901), p. 13)

La cinquième définition n’atteint pas le dernier pourquoi du phénomène. « Constater le fait d’une déperdition du mouvement dans l’action des forces mécaniques sur la matière, affirmer que dans la quantité de réduction ou de résistance passive se trouve une manifestation directe et immédiate de la quantité de masse, c’est exprimer deux faits incontestables, mais ce n’est point en donner la raison. Comment se fait cette réduction ? D’où vient qu’elle est toujours et nécessairement proportionnelle à la quantité de matière ? Quelle est enfin dans les corps cette réalité cachée qui jouit du magique pouvoir de paralyser partiellement le mouvement communiqué ? Ne sont-ce pas là autant de questions non résolues et d’un vif intérêt ? » (Nys (1901), p. 15)

[4]         « Puisque les sciences se sont arrêtées au seuil de ces questions nouvelles, il ne nous reste qu’à faire appel à la métaphysique. Dans ce domaine, une seule définition semble pouvoir soutenir le contrôle des faits et réaliser nos espérances. La voici : la masse d’un corps est sa quantité dimensive, ou, pour employer un langage plus correct, c’est par sa quantité que le corps remplit la fonction de masse et jouit des propriétés dévolues à ce facteur mécanique. » (Nys (1901), p. 18)