Histoire des sciences : l'épopée du photon ou la nature double de la lumière

SPL/SUCRÉ SALÉ

Onde ou corpuscule, telle a longtemps été la question. La réponse appartient à la physique quantique et aux photons, dont le surprenant comportement appelle toujours de nouvelles questions…

Cet article est issu du magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°212 daté janvier/ mars 2023.

Aujourd’hui, les chercheurs du laboratoire Kastler- Brossel du Collège de France, tel le prix Nobel de physique 2012 Serge Haroche, vivent en pleine lumière… sauf quand ils font des expériences. Les lasers, lentilles et miroirs sont si sensibles que toute lumière parasite viendrait fausser les mesures. Et pourtant, c’est bien la lumière qui intéresse ces scientifiques, qui poursuivent ici une quête vieille de plus de 2.500 ans.

"Dans l'"Odyssée", Homère écrit qu'Agamemnon lance des éclairs avec ses yeux", cite le physicien. Pour le poète grec, ce serait donc l'œil qui émet de la lumière, et non les objets ! Près de deux millénaires plus tard, au tournant de l'an mil, le savant arabo-persan Abu Ali ibn Hasan - connu en Occident sous le nom d'Alhazen - montre que la lumière parvient au fond de l'œil comme elle le fait au fond d'une chambre noire. Ainsi, ce sont les objets qui émettent de la lumière, et nous la captons soit par notre système de vision, soit par des instruments adéquats.

En Occident, le sujet de la lumière n'est repris qu'au 17e siècle. René Descartes édicte en 1637 des lois mathématiques sur la réfraction. Vingt ans plus tard, le mathématicien français Pierre de Fermat énonce que la lumière va d'un point à un autre en suivant la trajectoire qui minimise son temps de parcours. Et en Italie, Galilée tente de mesurer sa vitesse sur quelques kilomètres, sans y parvenir. Se pourrait-il qu'elle soit instantanée ?

Il reviendra à Olaus Römer, astronome danois à l'Observatoire de Paris, de trancher, en 1676. Observant les éclipses du satellite Io de Jupiter qui, en sortant de l'ombre de la planète, réapparaît en avance ou en retard par rapport à ce que prédisent les lois de Kepler, il montre que ce décalage est dû à la distance que la Terre parcourt pendant que Io tourne autour de la géante gazeuse. Selon que notre planète se rapproche ou s'éloigne de celle-[...]

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