La double nature de la lumière

Nous connaissons la nature, la composition chimique de l'air que nous respirons, de l'eau que nous utilisons tous les jours. Mais on connaît moins bien la lumière qui est pourtant un élément aussi important, aussi indispensable dans la vie que l'air ou l'eau.  De quoi est constituée la lumière? Quelle est sa nature?

Les ondes électromagnétiques
Une onde électromagnétique est une perturbation qui se propage dans une direction déterminée.
Cette perturbation est composée de deux vibrations: celle d'un champ électrique (représentée en rouge sur la figure) et celle d'un champ magnétique (en bleu).
Sa longueur d'onde λ est la longueur entre deux crêtes successives de l'onde. Sa fréquence est le nombre de ces vibrations par seconde.

Les rayons gamma, les rayons X, les ondes radio, les ondes TV, les ondes d'un iphone, les micro-ondes, les infrarouges, les ultraviolets sont des ondes électromagnétiques qui ont, chacune, une longueur d'onde et une fréquence propres.

Les radiations monochromatiques
Une radiation monochromatique est aussi une onde électromagnétique, elle a la particularité d'être visible. A sa longueur d'onde est associée une couleur. L'oeil n'est sensible qu'aux radiations monochromatiques dont la longueur d'onde est comprise entre 400 et 800 nanomètres (un nanomètre est égal à un milliardième de mètre).

Une constante universelle 
Ce qui est remarquable, c'est que toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la même vitesse qui est, dans le vide, exactement: 299 792 458 m/s, c'est l'une des constantes universelles, elle est très proche de 300 000 km/s.

La nature ondulatoire de la lumière
La lumière provenant d'une source lumineuse quelconque (soleil, étoiles, lampe,...) est formée d'une multitude d'ondes électromagnétiques, y compris des radiations monochromatiques que l'on voit ci-dessous dans un arc-en-ciel. Ces couleurs : violet, indigo, bleu,vert, orange, rouge, s'étalent avec toutes les nuances possibles de façon continue.
Ce sont les mêmes couleurs, disposées de la même façon, que l'on voit dans le spectre de la lumière du soleil dans un spectroscope.

Spectre de la lumière du Soleil

La nature corpusculaire de la lumière
Planck en 1900  et Einstein en 1905 ont démontré que la lumière était aussi constituée de corpuscules, de quanta: les photons.
Les photons sont des particules élémentaires de l'Univers, de masse et de charge électrique nulles.
Comment concilier du continu (les ondes) avec du discontinu (les photons)? C'est le paradoxe de la dualité onde-corpuscule.
La découverte de ces grains de lumière, les photons, a donné naissance à la physique quantique et aux ordinateurs quantiques. L'avenir est au quantique!