Dualité onde-particule : photon et onde lumineuse - longueur d'onde de de Broglie

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Dualité onde-particule : photon et onde lumineuse - longueur d'onde de de Broglie (fiche - Terminale S)

Objectifs Répondre à la question qui a passionné bon nombre d e physiciens : la lumière est-elle une onde ou un faisceau de particules ? Pour cela, rappeler l’historique de ces deux modèles, décrire et expliquer des expériences célèb res visant à répondre à cette question. Introduire la notion de dualité onde/particule, et l’élargir aux objets quantiques, avec la longueur d’onde de de Broglie. 1. Rappels historiques, la genèse des deux modèles Dès l’Antiquité, des hypothèses furent avancées qua nt à la nature de la lumière. Il fut imaginé la lumière comme unfaisceau de particules, notamment par Démocrite et Aristote. Euclide considéra un modèle derayons lumineux, se propageant en ligne droite. C’est l’optique géométrique, qui lui permit d’étudier laréflexion lumineuse. Ces travaux furent complétés par Ptolémée par son é tude sur laréfraction. Euclide, Platon et Pythagore considérerait que l’œil émettai t des particules/rayons, ce qui permettait la vision.

Plus tard, Ibn Al-Haytham (965-1039), connu sous le nom deAlhazenétudia le fonctionnement de l’œil. Il comprit que la lumière va de l’objet observé vers l’œil, et que celui-ci n’émet pas de particules ou de rayons, con firmant la pensée d’Aristote, et contredit Euclide, Platon et Pythagore sur ce point. Ses travaux concernèrent, entre autres, l’optique géométrique : étude de la réfraction, des lentilles, etc. D’autre part, il développa sathéorie corpusculaire de la lumière(lumière comme un faisceau de particules). Ses écrits furent particulièrement app réciés par les Scientifiques européens durant le Moyen-âge, notamment Roger Bacon (1214-12 94).

Puis, pendant la Renaissance,René Descartes(1596-1650) énonça saloi sur la réfractionque nous connaissons aujourd’hui.

ème Lathéorie ondulatoiresiècle. Mais ce ne futde la lumière fut imaginée dès le XIII qu’au XVIIème siècle que le modèle émergea réelleme nt, viaChristiaan Huygens (1629-1695) qui formalisa cette théorie en 1678.

Toutefois, à la même époque,Isaac Newton(1642-1727) mis en avant sathéorie corpusculaire de la lumière. De part sa renommée, le modèle « adverse » (la th éorie ondulatoire) fut mis en sommeil pendant un certain temps. 2. La lumière a le comportement d'une onde Mais, le modèle corpusculaire ne peut expliquer les phénomènes de diffraction et d’interférences, ce qui remit la théorie ondulatoire à l’honneur, notamment avec Thomas Young(1773-1829) en 1801 et Augustin Fresnel (1788-1827 ) en 1821. Les travaux de Young en optique sont particulièrement c onnus à travers lesexpériences des fentes ou des trous de Young.