La théorie des ondes de la lumière C'est une théorie qui cherche à expliquer la nature de la lumière et la considère comme une onde électromagnétique. Il a été formulé en 1678 par le physicien néerlandais Christian Huygens, bien qu'à l'époque, il était peu accepté par les autres scientifiques..
Tout au long de son histoire, l'humanité a toujours eu un vif intérêt pour la compréhension de la lumière, et à chaque époque, les scientifiques et les penseurs ont développé diverses théories. Cependant, la théorie des ondes est celle qui explique le plus précisément les phénomènes de la lumière, tels que les interférences, qui consistent en la superposition de deux ou plusieurs ondes à un endroit de l'espace..
L'interférence est un phénomène qui ne se produit que dans les ondes, pas dans les particules (au niveau macroscopique).
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Les découvertes scientifiques au 19e siècle ont fourni des preuves solides pour soutenir la théorie des vagues. L'un d'eux était le motif de bandes claires et sombres que le physicien anglais Thomas Young a trouvé dans sa célèbre expérience de double fente. Seules les ondes sont capables d'un tel comportement (voir figure 7).
Mais auparavant, la lumière était aussi considérée comme un flux de particules émanant d'objets: c'est la théorie corpusculaire de la lumière proposée par Isaac Newton (1642-1727), dont Huygens était plus ou moins contemporain..
Avec sa théorie corpusculaire, Newton était également capable d'expliquer de manière satisfaisante des phénomènes quotidiens tels que la réfraction et la réflexion. Et au début du 20e siècle, de nouvelles découvertes ont émergé en faveur de cette théorie.
Ensuite, il vaut la peine de se demander: qu'est-ce que finalement la lumière? La réponse est de nature double: lorsqu'elle se propage, la lumière présente un comportement ondulatoire et lorsqu'elle interagit avec la matière, elle le fait comme une particule: le photon..
La réflexion et la réfraction de la lumière sont des comportements de la lumière lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre. Grâce à la réflexion, nous voyons notre réflexion sur les surfaces métalliques polies et les miroirs.
La réfraction est observée lorsqu'un crayon ou une tige semble se fendre en deux lorsqu'il est partiellement immergé dans l'eau ou que nous les voyons simplement à travers le verre du verre.
En revanche, la lumière voyage en ligne droite, ce que Christian Huygens avait également observé et à expliquer. Huygens a proposé ce qui suit:
-La lumière se compose d'un front d'onde plat qui se propage le long d'une ligne droite.
-La réflexion et la réfraction se produisent parce que chaque front d'onde équivaut à un rayon de lumière.
-Un support matériel appelé éther est nécessaire pour que la lumière se propage, tout comme le son a besoin d'air pour être transmis.
Huygens pensait que la lumière était une onde longitudinale, comme le son, dont le comportement était bien mieux connu à l'époque grâce aux expériences de Robert Boyle (1627-1691). C'est ainsi qu'il l'a laissé incarné dans son œuvre intitulée Traité de lumière.
De nombreux scientifiques ont activement recherché l'éther proposé par Huygens, mais ne l'ont jamais trouvé.
Et parce que la théorie corpusculaire de Newton expliquait également la réflexion et la réfraction, elle a prévalu jusqu'au début du 19e siècle, lorsque Thomas Young a mené sa célèbre expérience..
Pour expliquer la réflexion et la réfraction de la lumière, Huygens a développé une construction géométrique appelée Principe de Huygens:
Tout point sur un front d'onde est, à son tour, une source ponctuelle qui produit également des ondes sphériques secondaires.
Ce sont des ondes sphériques, car nous supposons que le milieu dans lequel elles se déplacent est homogène, donc une source lumineuse émet des rayons qui se propagent dans toutes les directions de manière égale. Sur les fronts ou surfaces d'onde, tous les points sont dans le même état de vibration.
Mais lorsque la source est suffisamment éloignée, un observateur perçoit que la lumière se déplace dans une direction perpendiculaire au front d'onde, qui est perçue comme un plan en raison de la distance, et se déplace également en ligne droite..
C'est le cas des rayons provenant d'une source relativement éloignée, comme le Soleil..
Il s'agit d'une prédiction des équations formulées par James Clerk Maxwell (1831-1879) au XIXe siècle. Lorsque les champs électriques et magnétiques dépendent du temps, ils sont liés de telle sorte que l'un d'eux génère l'autre.
Couplés, les champs voyagent comme une onde électromagnétique capable de se propager même dans le vide.
Les champs électrique et magnétique sont perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation de l'onde. La lumière n'est pas une onde longitudinale, comme le croyait Huygens, mais une onde transversale.
Lorsque les atomes et les molécules réorganisent leurs électrons constitutifs, ils émettent de la lumière, c'est le cas dans notre Soleil.De là, la lumière voyage dans le vide de l'espace à une vitesse constante, atteint la Terre et continue son chemin à travers des milieux matériels, tels que l'air. et l'air. L'eau.
La lumière visible occupe une petite bande de fréquences dans le spectre électromagnétique, puisque nous ne voyons que celles auxquelles l'œil est sensible.
La nature ondulatoire de la lumière et sa propagation rectiligne sont illustrées dans:
-Les phénomènes de toutes sortes d'ondes, que la lumière est également capable de ressentir, tels que la polarisation, l'interférence, la diffraction, la réflexion et la réfraction.
-Les couleurs irisées qui se forment sur de fines pellicules de savon.
-L'expérience de Young, dans laquelle un front d'onde tombe sur les deux fentes, donnant naissance à de nouveaux fronts d'onde qui se combinent (interfèrent) sur l'écran opposé. Là, un motif caractéristique de bandes lumineuses est formé en alternance avec des bandes sombres..
-La formation des ombres, les zones sombres qui apparaissent lorsqu'un objet se situe entre la lumière et nos yeux. Si la lumière ne se propageait pas de manière rectiligne, il serait possible de voir à travers des objets opaques.
En possédant des qualités d'ondes, la lumière a une myriade d'applications:
L'interférence destructrice de la lumière dans les films minces - comme les bulles de savon susmentionnées - est appliquée pour fabriquer des revêtements antireflets pour verres.
C'est une source de lumière intense et cohérente, qui a été possible de construire une fois que la nature onde-particule de la lumière a été comprise..
C'est une technique dans laquelle le motif d'interférence d'un objet tridimensionnel est enregistré sur une plaque photographique plate.
Ensuite, en éclairant la plaque avec la source lumineuse appropriée (généralement un laser), l'image tridimensionnelle de l'objet est reconstruite..
C'est une technique qui utilise la polarisation de la lumière, un phénomène qui survient lorsque le champ électromagnétique oscille toujours dans la même direction..
La polarimétrie est appliquée industriellement pour connaître les zones où les pièces subissent des contraintes mécaniques plus importantes. De cette manière, la conception et les matériaux de construction sont optimisés..
L'interférométrie est une technique qui utilise le phénomène d'interférence lumineuse. Il est utilisé en astronomie en combinant la lumière de plusieurs télescopes pour former un réseau avec une résolution plus élevée.
Il est appliqué à la fois en radiofréquence (une autre région du spectre électromagnétique qui n'est pas visible), ainsi que dans le domaine optique. Une autre application de l'interférométrie est la détection de fissures et de défauts dans les pièces fabriquées..
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