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La Lumière : Que savons-nous ?

Projet de TPE

Lumière, qui es-tu vraiment ?

eXpoSé de Science - Lycée Terminale S

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Les Principes du Modèle Quantique

Pour comprendre le modèle quantique, il faut d'abord en définir quelques fondamentaux.

Principe de dualité

 

On l'a vu dans les chapitres précédent, la lumière obéit tantôt aux lois de l'ondulatoire, tantôt aux lois des corpuscules. Ces lois sont nécessaires les unes des autres pour expliquer les différentes facettes observées de la lumière (effet photoélectrique vs diffraction). La lumière pourrait ainsi se concevoir comme un mélange, ou dualité, de ces deux modèles : Ondulatoire ET Corpusculaire.

👉 C'est pourquoi on parle du concept de dualité onde-corpuscule.

 

A travers ce principe, la lumière est envisagée comme des particules appelées photons adoptant les propriétés de l'onde qui les transportent, ces nouveaux objets physiques sont appelés des quanton.

Principe de non-localité

 

D'après le modèle ondulatoire, une onde ne peut être localisée pour une position précise puisqu'elle en occupe une infinité de positions à chaque instant.

Au contraire, le modèle corpusculaire indique qu'une particule tient nécessairement une position "p" à un instant "t".

Or pour connaître la position de cette particule, il va falloir l'observer.

C'est ce nouveau paramètre : l'observation, qui va n'ont pas dire la nature de la lumière mais en révéler un aspect bien étrange.

Absurde ?!

 

Les physiciens s'appuient sur l'expérience des fentes de Young. Cette expérience met en avant les faits suivants :

  • Observer la lumière révèle son aspect corpusculaire et annule au même moment son aspect ondulatoire. C'est comme si le photon était forcé de prendre une décision, et devait apparaître à une position "p" pour être observé;
  • Ne pas l'observer révèle son aspect ondulatoire et sa position ne sera plus qu'une probabilité mathématique.

 

👉On comprend ainsi que l'on ne peut voir la lumière sous sa vraie nature, seulement une de ses composantes à la fois.

Voici LA relation fondamentale du modèle quantique reliant l'énergie d'un photon à sa valeur d'onde

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

👉 L’Énergie d'un photon se retrouve donc liée à une valeur de longueur d'onde.

 

 

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

👉 Une longueur d'onde est ainsi associée à l’Énergie d'un photon

Exemple : Reprenons ici le cas pratique de notre laser rouge de longueur d'onde 632nm utilisé pour l'expérience de l'Effet Photoélectrique.

 

 

Les valeurs se trouvent être les bonnes, la différence venant des approximations de calcul effectuée sur l'énergie du photon.

Ce résultat confirme la relation onde-corpuscule de la lumière décrite par le modèle quantique.

Ci-après un lien vers des expériences quantiques bien étranges !