Contenu
- La double nature de la lumière
- La catastrophe ultraviolette
- L'effet photoélectrique
- Théorie d'Einsteins vérifiée
On se souvient d'Albert Einstein pour sa théorie de la relativité et l'équation qui associe masse et énergie, mais aucun de ses accomplissements ne lui valut le prix Nobel. Il a reçu cet honneur pour ses travaux théoriques en physique quantique. En développant les idées avancées par le physicien allemand Max Planck, Einstein a suggéré que la lumière soit composée de particules discrètes. Il a prédit que la lumière brillante sur une surface métallique conductrice créerait un courant électrique, et cette prévision a été vérifiée en laboratoire.
La double nature de la lumière
Sir Isaac Newton, décrivant le comportement de la lumière diffractée par un prisme, a suggéré que la lumière soit composée de particules. Il pensait que la diffraction avait été causée par le ralentissement des particules lors de leur passage dans un milieu dense.Plus tard, les physiciens ont eu tendance à penser que la lumière était une onde. Une des raisons à cela est que la lumière brillante passant par deux fentes à la fois produit un motif d'interférence, ce qui n'est possible qu'avec des ondes. Lorsque James Clerk Maxwell publia sa théorie de l'électromagnétisme en 1873, il fonda les équations sur la nature ondulatoire de l'électricité, du magnétisme et de la lumière - un phénomène connexe.
La catastrophe ultraviolette
L'élégance des équations de Maxwell est une preuve solide de la théorie de la transmission de la lumière par ondes, mais Max Planck a été inspiré pour réfuter cette théorie afin d'expliquer le comportement observé lors du chauffage d'une "boîte noire", qui ne peut échapper à la lumière. Selon la compréhension de la dynamique des vagues, la boîte devrait émettre une quantité infinie de rayons ultraviolets lorsqu’elle est chauffée. Au lieu de cela, il a rayonné dans des fréquences discrètes - aucune d’entre elles n’est infinie. En 1900, Planck a avancé l'idée que l'énergie incidente était "quantifiée" en paquets discrets pour expliquer ce phénomène, connu sous le nom de catastrophe ultraviolette.
L'effet photoélectrique
Albert Einstein prit à cœur les idées de Plancks et publia en 1905 un article intitulé "Sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière", dans lequel il expliqua l'effet photoélectrique, observé pour la première fois par Heinrich Hertz en 1887. Selon Einstein, la lumière incidente sur une surface métallique crée un courant électrique car les particules légères chassent les électrons des atomes qui composent le métal. L'énergie du courant doit varier en fonction de la fréquence - ou de la couleur - de la lumière incidente, et non en fonction de l'intensité de la lumière. Cette idée était révolutionnaire dans une communauté scientifique dans laquelle les équations de Maxwell étaient bien établies.
Théorie d'Einsteins vérifiée
Le physicien américain Robert Millikan n'était pas convaincu des théories d'Einstein au début et il a mis au point des expériences minutieuses pour les tester. Il a placé une plaque de métal à l'intérieur d'une ampoule de verre sous vide, a éclairé la plaque de diverses fréquences et a enregistré les courants résultants. Bien que Millikan ait été sceptique, ses observations concordaient avec les prédictions d'Einsteins. Einstein reçut le prix Nobel en 1921 et Millikan le reçut en 1923. Ni Einstein, ni Planck, ni Millikan ne l'appelèrent les particules "photons". Ce terme n’a pas été utilisé jusqu’à ce qu’il ait été inventé par le physicien Gilbert Lewis de Berkeley en 1929.