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Salut Albert!
J'ai un exposé à faire sur l'optique corpusculaire. Pourrais-tu me
donner quelques tuyaux sur la nature corpusculaire de la lumière, les
photons et le transport d'énergie?
Bonjour cher ami,
Les expériences, ou effets en faveur de la nature corpusculaire de la
lumière sont les suivants:
- l'effet Compton (collision élastique lumière-matière);
- le rayonnement du corps noir (variation avec la longueur d'onde du
flux lumineux émis par les corps);
- l'effet photoélectrique (extraction des électrons d'un métal par une
onde électromagnétique);
- les spectres de raies (émission de lumière par les atomes gazeux et,
en particulier, par l'atome d'Hydrogène);
- l'expérience de Franck et Hertz (pertes d'énergie subies par des
électrons accélérés à la suite de collisions avec les atomes d'un gaz)
En fait, ce qu'il est important de saisir avec la dualité
onde-corpuscule de la lumière, c'est que la lumière n'est ni une onde ni
un corpuscule, mais bien les deux à la fois. En réalité, la nature de la
lumière n'est pas bien comprise. D'après la théorie de la relativité,
toute particule d'énergie E véhicule une impulsion p = E/c, où c est la
vitesse de la lumière. Or pour un photon de fréquence n on a E = h×n, où
h désigne la constante de Planck. On peut donc aussi écrire p×c = h×n,
et comme par définition l = c/n, impulsion p et longueur d'onde l sont
liés par la relation p = h/l. Ce raisonnement s'applique évidemment aux
photons, mais qu'en est-il des particules de matières où l'impulsion
peut être définie comme le produit de la masse par la vitesse: p = m×v?
Eh bien aussi incroyable que cela puisse paraître, la relation
s'applique aussi aux électrons, aux protons ou aux neutrons, et tu peux
donc écrire l = h/mv.
En d'autres termes dès qu'un objet acquiert une certaine vitesse, on
peut définir une longueur d'onde matérielle égale au rapport de la
constante de Planck par l'impulsion acquise.
À cause des phénomènes d'interférences, les ondes sont les meilleures
candidates pour expliquer l'origine des relations d'incertitudes, base
de la mécanique quantique. Considérons en effet une onde parfaitement
périodique se reproduisant identique à elle-même en tout point de
l'espace. Sa longueur d'onde l = h/p et son impulsion sont donc
parfaitement connues (Dp = 0). Si tel est effectivement le cas, vous
conviendrez qu'il est absolument impossible de savoir où l'onde débute
et où elle s'achève. En conséquence si Dp = 0 alors Dx = ¥:
Prenez maintenant une particule dont vous connaissez parfaitement la
position (Dx = 0). Que pouvez-vous dire de sa longueur d'onde? Eh bien
elle est forcément complètement indéterminée (Dp = ¥). En effet, si vous
sommez un grand nombre d'ondes ayant des longueurs d'onde différentes,
vous obtiendrez un pic d'autant mieux défini que le nombre de longueurs
d'onde utilisées dans la sommation est grand. Cela provient du fait que
toutes les ondes s'additionnent en un point donné et se détruisent par
interférences dès que l'on s'éloigne de ce point. Les ondes satisfont
donc de manière naturelle à la relation d'incertitude Dp×Dx ³ h, et
c'est la raison pour laquelle la mécanique quantique est aussi appelée
mécanique ondulatoire.
Concernant la nature du photon, je vous suggère grandement de lire mon
message intitulé «La nature du photon»
Albert Einstein |
