Lumière et physique

Par Sebastián Lema et Philippe Chapt.

LA LUMIÈRE COMME UNE ONDE

     Bien que de nombreux travaux sur l'étude de la lumière avaient été réalisés depuis plus de trois-cents ans avant J.C., ce n'est qu'en 1678 que Christian Huygens établit la première théorie ondulatoire de la lumière. Cette théorie sera plus tard reprise par de nombreux autres scientifiques au court de l'histoire comme Thomas Young qui étudiera la diffraction de la lumière ou encore par Maxwell qui développera une théorie générale sur l'électromagnétisme. Grâce à ces différentes personnalités en plus de bien d'autres, nous savons aujourd'hui que la lumière est composée de différentes ondes se propageant dans toutes les directions depuis leur source de manière rectiligne. La longueur de ces ondes peut être mesurée dans ce que nous appelons le spectre de la lumière, comportant lui-même le spectre visible de la lumière allant de 400 à environ 800 nanomètres, de radiations de couleurs bleu aux radiations de couleurs rouges, regrouppant toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, c'est-à-dire toutes les couleurs que l'être humain est capable de percevoir, phénomène de l'arc-en-ciel justement résumé par une diffraction de la lumière solaire par l'eau se trouvant dans l'atmosphère de la Terre.Au-delà de 800 nanomètre se trouve une grande partie du spectre invisble pour l'homme du spectre de la lumière, comprenant les rayons infrarouges, les micros-ondes, les ondes radiaux et les ondes radiaux longues, pouvant servir aux télécomunications. Avant les 400 nanomètres se trouvent les rayons ultras-violets, les rayons X ainsi que les rayons les plus dangereux à la vie, résultant de réactions nucléaires: les rayons Gamma. La lumière étant de nature ondulatoire, sa longueur d'onde possède donc une fréquence, mesurée en Hertz (Hz): plus la longueur d'onde est petite, plus cela signifie que sa fréquence est élevée tout comme plus sa fréquence est basse, plus sa longueur d'onde est grande.

LA LUMIÈRE COMME UNE PARTICULE

     Newton est le premier à l'affirmer: la lumière est de nature corpusculaire. La théorie de l'un des plus grands physiciens de l'histoire est longtemps rejetée en faveur de la théorie de la nature ondulatoire de la lumière. Pourtant, Newton avait raison, la lumière possède une nature corpusculaire (bien qu'elle possède également une nature ondulatoire, faisant d'elle une exception dans le monde de la physique dû au fait que les propriétés macroscopique d'une onde sont contraires et incompatibles à celles d'une particule). En effet, la physique du XXème siècle a su démontrer que la lumière peut être quantifiée en particules nommées photons, étant la plus petite quantité d'énergie observable, indivisible. La science moderne maintient donc également que la dualité onde-particule de la lumière permet d'associer une quantité d'énergie (de photons) à chaque onde du spectre de la lumière, de manière à ce que plus la longueur d'onde de la lumière est petite, plus la quantité d'énergie portée par cette onde est grande, dû au fait que plus la longueur d'onde est petite plus cela signifie que la fréquence de cette onde est importante, et plus la longueur d'onde est grande, plus la quantité d'énergie est petite, dû au fait que plus la longueur d'onde est grande, moins la fréquence de cette onde est importante. Ce phénomène explique pourquoi les rayons Gamma et X peuvent avoir des rayons si dévastateur sur la vie puisque ils sont porteur d'un niveau de température et d'énergie trop élevée pour de nombreux êtres vivants.