Contenu
La question de savoir comment la lumière se déplace dans l'espace est l'un des mystères perpétuels de la physique. Dans les explications modernes, il s’agit d’un phénomène d’onde qui n’a pas besoin d’un médium pour se propager. Selon la théorie quantique, il se comporte également comme un ensemble de particules dans certaines circonstances. Pour la plupart des objectifs macroscopiques, cependant, son comportement peut être décrit en le traitant comme une onde et en appliquant les principes de la mécanique des ondes pour décrire son mouvement.
Vibrations Electromagnétiques
Au milieu des années 1800, le physicien écossais James Clerk Maxwell a établi que la lumière est une forme d'énergie électromagnétique qui se propage dans les ondes. La question de savoir comment il parvient à le faire en l'absence de support s'explique par la nature des vibrations électromagnétiques. Lorsqu'une particule chargée vibre, elle produit une vibration électrique qui en induit automatiquement une magnétique. Les physiciens visualisent souvent ces vibrations dans des plans perpendiculaires. Les oscillations appariées se propagent de la source vers l’extérieur; aucun moyen, à l'exception du champ électromagnétique qui imprègne l'univers, n'est requis pour les conduire.
Un rayon de lumière
Lorsqu'une source électromagnétique génère de la lumière, la lumière se déplace vers l'extérieur sous la forme d'une série de sphères concentriques espacées en fonction de la vibration de la source. Light prend toujours le chemin le plus court entre une source et une destination. Une ligne tirée de la source à la destination, perpendiculairement aux fronts d'onde, s'appelle un rayon. Loin de la source, les fronts d'onde sphériques dégénèrent en une série de lignes parallèles se déplaçant dans la direction du rayon. Leur espacement définit la longueur d'onde de la lumière et le nombre de telles lignes qui passent un point donné dans une unité de temps donnée définit la fréquence.
La vitesse de la lumière
La fréquence à laquelle une source de lumière vibre détermine la fréquence - et la longueur d'onde - du rayonnement résultant. Ceci affecte directement l'énergie du paquet d'ondes - ou rafale d'ondes se déplaçant comme une unité - selon une relation établie par le physicien Max Planck au début des années 1900. Si la lumière est visible, la fréquence de vibration détermine la couleur. La vitesse de la lumière n'est toutefois pas affectée par la fréquence de vibration. Dans le vide, la vitesse est toujours de 299 792 kilomètres par seconde (186 282 milles par seconde), valeur indiquée par la lettre "c". Selon la théorie de la relativité des Einstein, rien dans l'univers ne va plus vite que cela.
Réfraction et Rainbows
La lumière se déplace plus lentement dans un support que dans le vide, et la vitesse est proportionnelle à la densité du support. Cette variation de vitesse provoque une flexion de la lumière à l'interface de deux supports - un phénomène appelé réfraction. L'angle auquel il se plie dépend des densités des deux milieux et de la longueur d'onde de la lumière incidente. Lorsque la lumière incidente sur un support transparent est composée de fronts d'onde de différentes longueurs d'onde, chaque front d'onde se plie à un angle différent et le résultat est un arc-en-ciel.