ugo.bosio@free.fr
écrit à

   


Albert Einstein

     
   

L'optique corpusculaire

    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