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Voyons voir: qu'est-ce que la lumière?

Il est autour de nous et nous permet de voir le monde. Mais demandez à aucun de nous, et la plupart ne seront pas en mesure d'expliquer ce qu'est réellement cette lumière. La lumière nous aide à comprendre le monde dans lequel nous vivons. Cette langue reflète notre langue: dans l'obscurité, nous nous déplaçons au toucher, nous commençons à voir la lumière dès l'aube. Et pourtant, nous sommes loin d'une compréhension complète du monde. Si vous rapprochez un rayon de lumière, que contient-il? Oui, la lumière bouge incroyablement vite, mais ne peut-elle pas être utilisée pour les voyages? Et ainsi de suite.


Mais toutes les formes de rayonnement ne sont pas identiques. À la fin du XIXe siècle, les scientifiques ont pu déterminer l'essence exacte du rayonnement lumineux. Et le plus étrange, c’est que cette découverte n’est pas venue dans le processus d’étude de la lumière, mais bien au cours de décennies de travail sur la nature de l’électricité et du magnétisme.

L'électricité et le magnétisme semblent parfaitsdes choses différentes. Mais des scientifiques comme Hans Christian Oersted et Michael Faraday ont constaté qu’ils étaient étroitement liés. Oersted a constaté que le courant électrique traversant le fil déviait l'aiguille du compas magnétique. Pendant ce temps, Faraday a découvert que le fait de déplacer un aimant près d'un fil pourrait générer un courant électrique dans le fil.

Les mathématiciens de ce jour ont utilisé ces observationspour créer une théorie qui décrit cet étrange nouveau phénomène, qu'ils ont appelé "électromagnétisme". Mais seul James Clerk Maxwell pouvait décrire la situation dans son ensemble.

Il est difficile de surestimer la contribution de Maxwell à la science. Albert Einstein, inspiré par Maxwell, a déclaré qu'il avait changé le monde pour toujours. Ses calculs nous ont notamment aidé à comprendre ce qu'est la lumière.

La phrase même que la lumière est une formele rayonnement électromagnétique ne dit pas grand chose. Mais il est utile de décrire ce que nous comprenons tous: la lumière est un spectre de couleurs. Cette observation remonte aux travaux d'Isaac Newton. Nous voyons le spectre des couleurs dans toute sa splendeur quand un arc-en-ciel se lève dans le ciel - et ces couleurs sont directement liées au concept des ondes électromagnétiques de Maxwell.

Le feu rouge à une extrémité de l'arc-en-ciel estrayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde de 620 à 750 nanomètres; la couleur violette à l'autre extrémité est un rayonnement d'une longueur d'onde de 380 à 450 nm. Mais le rayonnement électromagnétique ne se limite pas aux couleurs visibles. La lumière avec une longueur d'onde plus longue que le rouge est appelée infrarouge. La lumière dont la longueur d'onde est inférieure à celle du violet s'appelle ultraviolets. Eleftherios Gulilmakis, de l'institut Max Planck d'optique quantique de Garching, en Allemagne, indique que de nombreux animaux peuvent voir dans l'ultraviolet. Dans certains cas, les gens voient même l'infrarouge. C’est peut-être pour cette raison que cela ne nous surprend pas que nous appelions formes de lumière ultraviolette et infrarouge.

Curieusement, cependant, si les longueurs d’ondes deviennentmême plus ou moins, nous cessons de les appeler "lumière". En dehors de l'ultraviolet, les ondes électromagnétiques peuvent être inférieures à 100 nm. C'est le domaine des rayons x et des rayons gamma. Avez-vous déjà entendu les rayons X être appelés la forme de la lumière?

Le travail de Maxwell dans le domaine de l'électromagnétismenous a amenés plus loin et a montré que la lumière visible faisait partie d’un large spectre de rayonnement. La vraie nature de la lumière est également devenue claire. Depuis des siècles, les scientifiques tentent de comprendre quelle forme prend la lumière à une échelle fondamentale lorsqu'elle passe d'une source de lumière à nos yeux.

Certains croyaient que la lumière se déplaçait sous forme d'ondes.ou des ondulations, à travers l'air ou le mystérieux "éther". D'autres pensaient que ce modèle d'onde était erroné et considéraient la lumière comme un flot de minuscules particules. Newton était enclin à un deuxième avis, surtout après une série d'expériences qu'il a menées avec la lumière et les miroirs.

Lorsque la lumière traverse de minces fentes, elle se comporte comme des vagues d’eau traversant un trou étroit: elles se dispersent et se propagent sous la forme d’une ondulation hémisphérique.

Lorsque cette lumière traverse deux fentes, chaquela vague en éteint une autre, formant des plaques sombres. Lorsque les ondulations convergent, il est complété, formant des lignes verticales lumineuses. L’expérience de Jung a littéralement confirmé le modèle d’onde, et Maxwell a donc présenté cette idée sous une forme mathématique solide. La lumière est une vague.

Habituellement, vous modifiez la quantité d'énergie dans une vague,le faire plus haut - imaginez un tsunami de pouvoir destructeur - et non plus long ou plus court. De manière plus générale, le meilleur moyen d'augmenter l'énergie que la lumière transmet aux électrons est de rendre l'onde de lumière plus haute, c'est-à-dire de rendre la lumière plus lumineuse. Changer la longueur d'onde, et donc la lumière, n'aurait pas dû faire beaucoup de différence.

Einstein s'est rendu compte que l'effet photoélectrique est plus facile à comprendre si vous imaginez la lumière dans la terminologie des quanta de Planck.

Il a suggéré que la lumière soit portée par de minusculesportions quantiques. Chaque quantum porte une portion d'énergie discrète associée à la longueur d'onde: plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie est dense. Cela pourrait expliquer pourquoi les portions de lumière violette de longueur d'onde relativement courte transportent plus d'énergie que les portions de lumière rouge de longueur d'onde relativement longue.

Cela expliquerait également pourquoi une simple augmentation de la luminosité n'affecte pas vraiment le résultat.

Light Brighter fournit plus de portions de lumière àmétal, mais cela ne change pas la quantité d'énergie transportée par chaque portion. En gros, une portion de lumière violette peut transférer plus d'énergie à un électron que plusieurs portions de lumière rouge.

Einstein a appelé ces parties de photons d'énergie etils sont maintenant reconnus comme des particules fondamentales. La lumière visible est transportée par les photons et d'autres types de rayonnement électromagnétique tels que les rayons X, les micro-ondes et les ondes radioélectriques. En d'autres termes, la lumière est une particule.

Regarder ces vagues de lumière individuellesCe fut la première étape vers le contrôle et le changement de la lumière, dit-il, au moment même où nous modifions les ondes radio pour acheminer les signaux de radio et de télévision.

Il y a cent ans, l'effet photoélectrique montraitque la lumière visible affecte les électrons dans un métal. Gulilmakis dit qu'il devrait être possible de contrôler ces électrons avec précision en utilisant des ondes lumineuses visibles modifiées de manière à interagir avec le métal de manière bien définie. «Nous pouvons contrôler la lumière et l'utiliser pour contrôler la matière», dit-il.

Il peut révolutionner l'électronique,conduire à une nouvelle génération d’ordinateurs optiques qui seront plus petits et plus rapides que les nôtres. "Nous pouvons déplacer les électrons à notre guise, en créant des courants électriques à l'intérieur des solides à l'aide de la lumière, et non comme dans l'électronique ordinaire."

Voici une autre façon de décrire la lumière: c'est un outil.

Cependant, rien de nouveau. La vie a utilisé la lumière depuis que les premiers organismes primitifs ont développé des tissus photosensibles. Les photons de la lumière visible attrapent les yeux des gens, nous les utilisons pour étudier le monde qui nous entoure. La technologie moderne pousse cette idée encore plus loin. En 2014, le prix Nobel de chimie a été attribué à des chercheurs qui ont construit un microscope optique si puissant qu'il était considéré physiquement impossible. Il s'est avéré que si vous essayez, la lumière peut nous montrer des choses que nous pensions ne jamais voir.