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HISTOIRE DES SCIENCES



La nature de la lumière en débat




A.
La réfraction oppose Newton à Huygens

Au XVIIe siècle, on formalise la réfraction par la loi de Snell-Descartes.

Isaac Newton (1643-1727) utilise les lois de la balistique pour expliquer cette réfraction et retrouver la loi de Snell-Descartes, en postulant que la lumière se comporte comme un ensemble de projectiles, de corpuscules.

Christiaan Huygens (1629-1695) montre que les lois de la réfraction s’expliquent si on considère la lumière comme une onde. La notoriété de Newton éclipse cependant les travaux de Huygens publiés à la fin de sa vie.

B.
La diffraction enfin expliquée

Quand des ondes rencontrent un obstacle ou un orifice, elles franchissent cet obstacle en se propageant d’une manière qui n’est plus rectiligne : c’est la diffraction. La diffraction de la lumière est connue au moins depuis le XVIIe siècle mais n’a pu être mathématiquement étudiée qu’au XIXe siècle.

Thomas Young (1773-1829) est resté célèbre pour ses expériences sur le phénomène de diffraction et les interférences (diffraction de la lumière par deux obstacles côte à côte), relançant la théorie de la nature ondulatoire de la lumière.

Augustin Fresnel (1788-1827) utilise les mêmes expériences que Young mais parvient, lui, à prédire par le calcul les figures de diffraction observées. C’est la preuve définitive que la lumière possède bien un caractère ondulatoire, vibratoire, mais personne ne sait dire de quoi est faite cette vibration.

James C. Maxwell (1831-1879) montre que la lumière est la superposition d’un champ électrique et d’un champ magnétique : une onde électromagnétique.

C.
L’effet photoélectrique remet tout en cause


Heinrich Hertz (1857-1894) éclaire un métal en lumière ultraviolette : certains de ses électrons sont alors arrachés. Mais cet effet photoélectrique n’est pas observé en lumière rouge (de plus faible énergie), même avec un temps d’éclairage long. Si la lumière se comportait ici comme une onde, le métal aurait dû accumuler assez d’énergie pour qu’un électron soit arraché.

Albert Einstein (1879-1955) postule que la lumière est composée de particules (nommées photons) transportant un quantum d’énergie, qui dépend de sa longueur d’onde. L’électron n’est arraché que si la quantité d’énergie apportée par un photon est suffisante.

Louis de Broglie (1892-1987) fait la synthèse des découvertes précédentes et propose la dualité onde-corpuscule de la lumière : la lumière, suivant les situations, se comporte soit comme une onde, soit comme un corpuscule. Einstein et de Broglie recevront chacun un prix Nobel pour leurs travaux.

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