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Vous baissez les yeux et voyez un crayon jaune posé sur votre bureau.
Vos yeux, puis votre cerveau, collectent
toutes sortes d'informations sur ce crayon :
sa taille,
sa couleur,
sa forme,
sa distance,
et bien plus encore.
Mais ça se passe comment exactement ?
Les Grecs de l'antiquité ont été les premiers
à réfléchir plus ou moins scientifiquement
à la lumière et au fonctionnement de la vision.
Certains philosophes grecs,
dont Platon et Pythagore,
pensaient que la lumière provenait de nos yeux
et que la vision avait lieu quand des petites sondes invisibles
étaient envoyées pour récolter les informations sur les objets lointains.
Il a fallu plus d'un millier d'années
avant que le savant arabe, Alhazen,
comprenne que la vieille théorie grecque de la lumière ne pouvait pas être vraie.
Selon Alhazen, vos yeux n'envoient pas
de sondes invisibles pour rassembler des renseignements,
ils collectent simplement la lumière qui leur arrive dessus.
La théorie d'Alhazen prend en compte
ce que les Grecs ne pouvaient expliquer facilement :
pourquoi ça devient sombre parfois.
L'idée c'est qu'il y a très peu d'objets qui émettent leur propre lumière.
Les objets spéciaux qui émettent de la lumière,
comme le soleil,
ou une ampoule électrique,
sont connus comme sources de lumière.
La plupart des choses que nous voyons,
comme ce crayon sur le bureau,
ne font que refléter la lumière qui provient d'une source
et ne produisent pas leur propre lumière.
Donc, quand vous regardez votre crayon,
la lumière qui atteint vos yeux provient en réalité du soleil
et a traversé des millions de km de vide sidéral
avant de rebondir depuis le crayon vers votre œil,
ce qui est vraiment cool quand on y pense.
Mais qu'est-ce que le soleil émet exactement,
et comment est-ce qu'on le voit ?
Est-ce une particule, comme des atomes,
ou est-ce une onde, comme les ondulations à la surface d'un étang ?
Les scientifiques de l'ère moderne allaient passer quelques centaines d'années
à trouver une réponse à cette question.
Isaac Newton était l'un des premiers.
Newton croyait que la lumière est faite
de minuscules particules de la taille d'un atome, qu'il appela corpuscules.
Avec cette hypothèse, il était capable d'expliquer certaines propriétés de la lumière.
Par exemple, la réfraction,
qui fait qu'un rayon de lumière semble se plier
quand il passe de l'air à l'eau.
Mais, en science, même les génies se trompent parfois.
Au 19ème siècle, bien après la mort de Newton,
des scientifiques ont fait une série d'expériences
qui ont montré clairement que la lumière ne pouvait être constituée
de petites particules de la taille d'un atome.
Premièrement, deux rayons de lumière qui se croisent
n'interagissent pas l'un avec l'autre.
Si la lumière était faite de petites billes solides,
on s'attendrait alors à ce que certaines particules du rayon A
percutent certaines particules du rayon B.
Si ça arrivait, les deux particules impliquées dans la collision
rebondiraient dans des directions aléatoires.
Mais ce n'est pas le cas.
Les rayons de lumière se traversent l'un l'autre
comme vous pouvez le vérifier vous-même
avec deux pointeurs laser et un peu de poussière de craie.
Ensuite, la lumière créent des modèles d'interférences.
Les modèles d'interférences sont des ondulations complexes qui arrivent
lorsque deux ondes occupent le même espace.
On peut les voir quand deux objets
troublent la surface d'un bassin,
mais également lorsque deux sources ponctuelles de lumière
sont placées à côté l'une de l'autre.
Seules les ondes peuvent créer des modèles d'interférence,
ce que les particules ne font pas.
Et, en plus, comprendre que la lumière agit comme une onde
conduit naturellement à l'explication de la nature des couleurs
et à la raison pour laquelle ce crayon est jaune.
Alors, c'est d'accord, la lumière est une onde, pas vrai ?
Pas si vite !
Au 20ème siècle, des scientifiques ont réalisé des expériences
qui semblent montrer que la lumière agit comme une particule.
Par exemple, quand on envoie de la lumière sur un métal,
la lumière transfère son énergie aux atomes du métal
en quantités discrètes appelées quanta.
Mais on ne peut pas non plus oublier simplement des propriétés telles que l'interférence.
Ces quanta de lumière ne sont du tout comme
les petites sphères dures que Newton imaginait.
Il en résulte que la lumière se comporte parfois comme une particule
et parfois comme une onde,
ce qui a conduit à une nouvelle théorie révolutionnaire en physique appelée
la mécanique quantique.
Bon après tout ça, revenons à la question initiale,
" Qu'est-ce que la lumière ? "
Et bien, la lumière ne ressemble à rien
que nous ayons l'habitude de voir dans nos quotidiens.
Parfois elle se comporte comme des particules
et d'autres fois elle se comporte comme une onde,
mais ce n'est exactement ni l'un ni l'autre.