Par Pierre Guillemin | Photo : DR
Dès l’antiquité, la lumière est un sujet d’études, de débats, de théories. En particulier, la question de la vitesse de la lumière fut longtemps un sujet de controverse : cette vitesse est-elle finie ou infinie ?
Il faudra attendre les expériences de l’astronome danois Ole Romer (1644-1710) pour comprendre que la vitesse de la lumière est finie (299 792 458 m/s selon l’accord international de 1983).
L’expérience du père Francesco Maria Grimaldi
Mais de quoi est composée cette lumière ? C’est le père Francesco Maria Grimaldi, jésuite italien, qui réalise en 1665 une expérience toute simple dont le résultat va occuper pendant plusieurs générations des physiciens comme Newton et Einstein.
L’expérience consiste à faire entrer dans une chambre noire de la lumière par une fente et de projeter le rayon lumineux qui en émerge sur un écran blanc. A sa grande surprise, Grimaldi constate que le rayon lumineux qui s’étale sur l’écran est plus large que prévu.
De plus, et c’est ce qu’il trouve le plus bizarre, la lumière blanche apparaît non pas blanche, mais colorée de deux ou trois raies de couleurs différentes.
Grimaldi vient de réaliser la première expérience de décomposition de la lumière. Il donne d’ailleurs au phénomène le nom de diffraction. Newton confirme ensuite l’expérience en utilisant un prisme permettant d’isoler parfaitement le « spectre » de la lumière composé de six couleurs principales qui sont, dans l’ordre : le rouge, l’orange, le jaune, le vert, le bleu et le violet.
Ces couleurs sont la conséquence de la nature ondulatoire de la lumière (expériences de Young et Fresnel au XIXe siècle) et sont toutes caractérisées par leurs longueurs d’onde qui représentent la périodicité spatiale des oscillations, c’est-à-dire la distance entre deux maximas de l’oscillation.
La longueur d’onde est aussi la distance parcourue par l’onde pendant une période d’oscillation.
Ainsi, elle est inversement proportionnelle à la fréquence et s’exprime en mètre.
La dualité onde-particule de Louis de Broglie
Mais la lumière est aussi composée de particules, les photons, découverts et formalisés au début du XXe siècle. Cette dualité onde-particule fut théorisée par Louis de Broglie qui démontra, en 1924, que toute matière (en particulier la lumière) a une nature ondulatoire.
Laissons à ce dernier le soin de conclure : « Il existe une réalité physique extérieure à nous, qui est indépendante de notre pensée et de nos moyens imparfaits de la connaître sans laquelle l’unité des connaissances humaines, l’accord de tous les hommes sur la constatation des faits seraient incompréhensibles. »
