Particules et ondes réfléchies par un miroir

Un point de vue envisage la lumière comme 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 réfléchies par une surface lisse.

Le tutoriel commence par la rencontre de particules de lumière rouge monochromatique (photons) avec la surface d’un miroir à un angle incident d’environ 60°. Après un rebond sur la surface, les particules reviennent dans l’espace avec un angle de réflexion égal à l’angle incident (mesuré à partir d’un plan perpendiculaire au miroir). Le curseur Particles/Waves (Particules/Ondes), situé sous le miroir, 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.

Une excellente comparaison entre les théories ondulatoire et corpusculaire a trait aux différences qui se produisent lorsque la lumière est réfléchie sur une surface spéculaire lisse comme un miroir. La théorie ondulatoire suppose qu’une source de lumière émet des ondes lumineuses qui se propagent dans toutes les directions. En cas d’impact sur un miroir, les ondes sont réfléchies en fonction des angles d’arrivée, mais chaque onde est retournée pour produire une image inversée (figure 1). La forme des ondes qui arrivent sur le miroir dépend fortement de la distance entre la source de lumière et le miroir. La lumière provenant d’une source proche maintient toujours un front d’onde sphérique très incurvé, tandis que la lumière provenant d’une source plus éloignée s’étale davantage et rencontre le miroir avec des ondulations presque planes.

L’argument en faveur d’une nature corpusculaire de la lumière est beaucoup plus fort en ce qui concerne le phénomène de réflexion que celui de réfraction. La lumière émise par une source, proche ou éloignée, arrive à la surface du miroir sous forme de flux de particules qui rebondissent ou sont réfléchies par la surface lisse. Comme les particules sont minuscules, il y en a un très grand nombre dans un faisceau lumineux qui se propage, et elles se déplacent côte à côte très près les unes des autres. Au moment où elles rencontrent le miroir, les particules rebondissent depuis différents points, de sorte que leur ordre dans le faisceau lumineux est inversé par la réflexion pour produire une image inversée, comme illustré à la figure 1. Les théories corpusculaire et ondulatoire expliquent de façon adéquate la réflexion par une surface lisse. Cependant, la théorie des particules suggère également que si la surface est très rugueuse, les particules vont rebondir à divers angles, ce qui devrait se traduire par une diffusion la lumière. Cette théorie correspond très étroitement à ce que l’on observe expérimentalement.