La lumière vue comme une onde

Le passage à la mécanique quantique est la grande révolution de la physique survenue au 20^e  siècle. Néanmoins, afin de comprendre comment celle-ci s’est opérée, nous devons remonter à 1801 lorsque Thomas Young effectua l’expérience des fentes de Young. Le principe est assez simple : entre une ampoule et un mur on place une feuille de papier percée de une ou deux petites fentes. La pièce est ensuite plongée dans le noir et le motif qui apparaît sur le mur est analysé.

Lorsqu’une seule fente est présente, le motif représenté en haut dans la figure ci-contre est observé. Ceci veut dire que la région du mur située directement en face du trou est plus illuminée que sur les côtés. Tout comme lorsque vous pointez une lampe-torche sur un mur, le centre est plus lumineux que les bords.

En revanche, lorsque deux fentes sont présentes, les choses deviennent intéressantes. Nous nous attendons à observer deux endroits où les taches de lumière sont plus lumineuses, directement en face des deux fentes. Or, nous n’observons pas deux taches mais une série de lignes dont l’intensité décroit. Afin d’appréhender le phénomène, cherchons ce genre de motifs dans la nature. Lancez par exemple une pierre dans un lac. Vous observez alors des ronds concentriques se former autour du point où la pierre est entrée dans l’eau. Lancez maintenant deux pierres. Le motif est cette fois plus complexe avec plein de creux et de vagues mais qui rappelle quand même le motif obtenu avec une pierre. On parle d’interférences entre les deux.

Lorsqu’une seule fente est présente, une zone très lumineuse est visible.
Mais lorsque la lumière passe par deux fentes, des motifs complexes apparaissent

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Motif d’interférences avec des ondes sur l’eau

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Il en va de même avec l’expérience des fentes de Young. La lumière issue des deux fentes forme un motif complexe en interférant avec elle-même.  Dans certaines zones, les interférences sont destructives, signifiant qu’au final il n’y a plus de lumière du tout. Dans d’autres zones, les interférences sont constructives, signifiant que les taches sont plus lumineuses.

La lumière crée donc des figures d’interférence, comme n’importe quelle onde, ce qui mena Young à conclure que la lumière est une onde.