Diffraction des particules et des ondes

Un point de vue envisage la lumière comme ayant un phénomène ondulatoire produisant de l’énergie qui traverse l’espace d’une manière semblable aux ondulations qui se propagent à la surface d’un étang calme après qu’on y a lancé un caillou. La position opposée soutient que la lumière est composée d’un flux constant de particules, un peu comme les minuscules gouttelettes d’eau pulvérisées par la buse d’un tuyau d’arrosage. Ce tutoriel interactif explore le comportement des particules et des ondes lorsqu’elles sont diffractées par une surface opaque.

Le tutoriel commence par la rencontre de particules de lumière rouge monochromatique (photons) avec la surface d’un obstacle opaque à un angle incident d’environ 90°. Lorsqu’elles rencontrent l’obstacle, les particules sont déviées (non représentées) ou passent à côté de l’objet sans déviation. Le curseur nommé Particles/Waves (Particules/Ondes), situé sous l’obstacle, peut être utilisé pour transformer le faisceau de particules en un front d’onde plan. Avant de devenir une onde, les particules s’alignent en onde. Les ondes lumineuses interagissent avec l’obstacle en se diffractant (ou en se pliant) dans la région ombrée derrière la barrière opaque. Le curseur de la souris peut être utilisé pour faire glisser l’obstacle opaque d’avant en arrière devant les ondes ou les particules qui arrivent dessus.

Les particules et les ondes vont se comporter différemment lorsqu’elles rencontrent le bord d’un objet et forment une ombre (figure 1). Newton souligne dans son ouvrage de 1704, Opticks, qu’« on n’a jamais vu lumière suivre des passages tortueux ou s’infléchir pour atteindre des zones dans l’ombre ». Ce concept est conforme à la théorie des particules, qui propose que les particules de lumière doivent toujours se propager en ligne droite. Si les particules rencontrent le bord d’une barrière, elles produisent une ombre, car les particules qui ne sont pas bloquées par la barrière continuent sur une ligne droite et ne peuvent pas se diffuser pour aller derrière le bord. À une échelle macroscopique, cette observation est presque correcte, mais elle est contredite par les résultats obtenus à partir d’expériences de diffraction de la lumière à une échelle beaucoup plus petite.

Lorsque la lumière passe à travers une fente étroite, le faisceau s’étale et devient plus large que prévu. Cette observation fondamentalement importante apporte une crédibilité importante à la théorie de la nature ondulatoire de la lumière. Comme des vagues à la surface de l’eau, les ondes lumineuses qui rencontrent le bord d’un objet semblent s’incurver le long du contour de l’obstacle et atteindre son ombre géométrique, qui est une région qui n’est pas directement éclairée par le faisceau lumineux. Ce comportement est analogue aux vagues qui épousent les bords d’un radeau, au lieu de s’en éloigner après avoir rebondi dessus.