Qu'est-ce que la lumière ? Cette question a intéressé l'humanité à toutes les époques, mais ce n'est qu'au XXe siècle de notre ère qu'il a été possible de clarifier beaucoup de choses sur la nature de ce phénomène. Cet article se concentrera sur la théorie corpusculaire de la lumière, ses avantages et ses inconvénients.
Des philosophes antiques à Christian Huygens et Isaac Newton
Certaines preuves qui ont survécu jusqu'à nos jours indiquent que les gens ont commencé à s'intéresser à la nature de la lumière dans l'Égypte ancienne et la Grèce antique. Au début, on croyait que les objets émettaient des images d'eux-mêmes. Ces derniers, pénétrant dans l'œil humain, créent l'impression de la visibilité des objets.
Puis, lors de la formation de la pensée philosophique en Grèce, une nouvelle théorie d'Aristote est apparue, qui croyait que chaque personne émet des rayons par les yeux, grâce auxquels elle peut "sentir" les objets.
Le Moyen Âge n'a apporté aucune clarté à la question à l'étude, de nouvelles réalisations ne sont venues qu'avec la Renaissance et la révolution scientifique. En particulier, dans la seconde moitié du XVIIe siècle, deux théories complètement opposées sont apparues, qui cherchaient àexpliquer les phénomènes liés à la lumière. Nous parlons de la théorie ondulatoire de Christian Huygens et de la théorie corpusculaire d'Isaac Newton.
Malgré quelques succès de la théorie des vagues, elle présentait encore un certain nombre de lacunes importantes:
- croit que la lumière se propage dans l'éther, ce qui n'a jamais été découvert par personne;
- la nature transversale des ondes signifiait que l'éther devait être un milieu solide.
Compte tenu de ces lacunes, et compte tenu également de l'énorme autorité de Newton à cette époque, la théorie des particules-corpuscules a été acceptée à l'unanimité dans le cercle des scientifiques.
L'essence de la théorie corpusculaire de la lumière
L'idée de Newton est aussi simple que possible: si tous les corps et processus qui nous entourent sont décrits par les lois de la mécanique classique, auxquelles participent les corps de masse finie, alors la lumière est aussi de petites particules ou corpuscules. Ils se déplacent dans l'espace à une certaine vitesse, s'ils rencontrent un obstacle, ils en sont réfléchis. Ce dernier, par exemple, explique l'existence d'une ombre sur un objet. Ces idées sur la lumière ont perduré jusqu'au début du XIXe siècle, soit environ 150 ans.
Il est intéressant de noter que Lomonossov a utilisé la théorie corpusculaire newtonienne au milieu du 18ème siècle pour expliquer le comportement des gaz, qui est décrit dans son ouvrage "Elements of Mathematical Chemistry". Lomonossov considérait que le gaz était composé de particules corpusculaires.
Qu'est-ce que la théorie newtonienne a expliqué ?
Les idées esquissées sur la lumièreun grand pas dans la compréhension de sa nature. La théorie des corpuscules de Newton a pu expliquer les phénomènes suivants:
- Propagation rectiligne de la lumière dans un milieu homogène. En effet, si aucune force externe n'agit sur un corpuscule de lumière en mouvement, alors son état est décrit avec succès par la première loi newtonienne de la mécanique classique.
- Le phénomène de réflexion. En heurtant l'interface entre deux milieux, le corpuscule subit une collision absolument élastique, à la suite de quoi son module de quantité de mouvement est préservé, et il est lui-même réfléchi sous un angle égal à l'angle d'incidence.
- Le phénomène de réfraction. Newton croyait qu'en pénétrant dans un milieu plus dense à partir d'un milieu moins dense (par exemple, de l'air dans l'eau), le corpuscule accélère en raison de l'attraction des molécules du milieu dense. Cette accélération entraîne une modification de sa trajectoire plus proche de la normale, c'est-à-dire qu'un effet de réfraction est observé.
- L'existence des fleurs. Le créateur de la théorie pensait que chaque couleur observée correspondait à son propre corpuscule "couleur".
Problèmes de la théorie énoncée et retour à l'idée de Huygens
Ils ont commencé à apparaître lorsque de nouveaux effets liés à la lumière ont été découverts. Les principaux sont la diffraction (déviation de la propagation rectiligne de la lumière lorsqu'un faisceau traverse une fente) et les interférences (phénomène des anneaux de Newton). Avec la découverte de ces propriétés de la lumière, les physiciens du 19ème siècle ont commencé à rappeler les travaux de Huygens.
Au cours du même 19ème siècle, Faraday et Lenz ont étudié les propriétés des champs électriques (magnétiques) alternatifs, etMaxwell a effectué les calculs correspondants. En conséquence, il a été prouvé que la lumière est une onde électromagnétique transversale, qui n'a pas besoin d'éther pour son existence, puisque les champs qui la forment s'engendrent au cours du processus de propagation.
Nouvelles découvertes liées à la lumière et à l'idée de Max Planck
Il semblerait que la théorie corpusculaire de Newton soit déjà complètement enterrée, mais au début du 20ème siècle de nouveaux résultats apparaissent: il s'avère que la lumière peut "extraire" des électrons de la matière et exercer une pression sur les corps lorsqu'elle leur tombe dessus. Ces phénomènes, auxquels s'est ajouté un spectre incompréhensible d'un corps noir, la théorie des ondes s'est avérée impuissante à expliquer.
La solution a été trouvée par Max Planck. Il a suggéré que la lumière interagit avec les atomes de matière sous la forme de petites portions, qu'il a appelées photons. L'énergie d'un photon peut être déterminée par la formule:
E=hv.
Où v - fréquence des photons, h - constante de Planck. Max Planck, grâce à cette idée de la lumière, a jeté les bases du développement de la mécanique quantique.
En utilisant l'idée de Planck, Albert Einstein explique le phénomène de l'effet photoélectrique en 1905, Niels Bohr - en 1912 donne une justification des spectres d'émission et d'absorption atomiques, et Compton - en 1922 découvre l'effet qui porte désormais son nom. De plus, la théorie de la relativité développée par Einstein a expliqué le rôle de la gravité dans la déviation de la propagation linéaire d'un faisceau de lumière.
Ainsi, les travaux de ces scientifiques du début du XXe siècle ont ravivé les idées de Newton surlumière au 17e siècle.
Théorie des ondes corpusculaires de la lumière
Qu'est-ce que la lumière ? Est-ce une particule ou une onde ? Lors de sa propagation, que ce soit dans un milieu ou dans un espace sans air, la lumière présente les propriétés d'une onde. Lorsqu'on considère ses interactions avec la matière, il se comporte comme une particule matérielle. Par conséquent, à l'heure actuelle, en ce qui concerne la lumière, il est d'usage de parler du dualisme de ses propriétés, qui sont décrites dans le cadre de la théorie des ondes corpusculaires.
Une particule de lumière - un photon n'a ni charge ni masse au repos. Sa principale caractéristique est l'énergie (ou la fréquence, ce qui revient au même, si vous faites attention à l'expression ci-dessus). Un photon est un objet de mécanique quantique, comme toute particule élémentaire (électron, proton, neutron), il a donc une quantité de mouvement, comme s'il s'agissait d'une particule, mais il ne peut pas être localisé (déterminer les coordonnées exactes), comme s'il s'agissait d'un vague.
