La lumière est une onde, ce sont les expériences de diffraction et d'interférences qui ont permis aux physiciens d'affirmer que la lumière avait un caractère ondulatoire. Expérience de diffraction : quand on éclaire une fente verticale (d'ouverture variable) avec un faisceau de lumière parallèle et monochromatique.
La lumière est d'un côté une onde électromagnétique, se propageant dans l'espace et le temps. En fait, nous baignons en permanence dans un champ électromagnétique, créé par la présence de particules chargées et leur déplacement. Une perturbation de ce champ se propagera: c'est une onde électromagnétique.
Tout simplement parce que l'interférence est une manifestation typique des ondes. Conclusion : bien que la lumière soit constituée de particules (les photons), elle se comporte bel et bien comme une onde. C'est ce qu'on appelle la dualité onde-particule, que l'on rencontre avec d'autres particules élémentaires.
Depuis les travaux d'Einstein sur l'effet photoélectrique en 1905, on sait que la lumière est constituée de particules de masse nulle : les photons. On parle alors de modèle particulaire de la lumière. Dans ce modèle, un rayon lumineux est en fait la direction de propagation des photons qui se déplacent à la vitesse c.
La lumière visible se situe à une fréquence de 540 ± 200 THz (longueur d'onde dans le vide 550 ± 120 nm).
De manière plus technique, on peut dire que la lumière est une onde électromagnétique, c'est-à-dire que c'est un champ électrique associé à un autre champ magnétique qui voyagent ensemble dans l'espace. L'éclairement lumineux se mesure en lux, à l'aide d'un appareil électrique appelé luxmètre.
La lumière correspond aux ondes électromagnétiques de longueurs d'ondes visibles par l'œil humain. La couleur perçue par l'œil dépend de cette longueur d'onde. l'aspect ondulatoire de la lumière est à l'origine de phénomènes d'interférences.
Comme toute onde mécanique progressive, l'onde lumineuse se propage dans tout milieu matériel (solide, liquide ou gazeux). Mais, au contraire des ondes mécaniques, elles peuvent également se propager dans le vide (la lumière du soleil traverse le vide interstellaire avant de pénétrer dans l'atmosphère terrestre).
La détermination de la vitesse de la lumière par Ole Rømer est la démonstration, en 1676, que la lumière a une vitesse finie et ne voyage donc pas instantanément. La découverte est généralement attribuée à l'astronome danois Ole Rømer (1644-1710), qui travaillait à l'Observatoire royal, à Paris.
La lumière est une onde transversale. Elle est créée par l'oscillation de champs électriques et magnétiques perpendiculaires à la direction dans laquelle la lumière se propage. Par exemple, la lumière visible a une gamme de longueurs d'onde allant de 350 nm à 750 nm.
Une onde lumineuse est une onde électromagnétique, ce n'est pas une onde mécanique. Une onde électromagnétique peut se propager dans le vide ; une onde mécanique nécessite un milieu de propagation.
On peut distinguer dans l'univers deux types de substance : la matière, qui possède une masse, et la lumière, de masse nulle. La lumière peut se propager dans le vide, toujours à la même vitesse.
L'onde lumineuse. L'onde électromagnétique, lorsqu'elle se trouve dans un milieu homogène et isotrope, va se propager en ligne droite et subir une diffraction lorsqu'elle va rencontrer un obstacle et subir la réflexion et la réfraction lorsqu'elle va changer de milieu.
Par analogie, Huygens postule donc que la lumière peut être décrite comme une onde : une « onde lumineuse ». James Clerk MAXWELL (1831 – 1879) est le théoricien de l'électromagnétisme.
Une onde lumineuse est une onde électromagnétique dont la longueur d'onde correspond au spectre visible, soit environ entre les longueurs d'onde 400 et 800 nm, ce qui correspond aux énergies de photon de 1,5 à 3 eV. Les ondes électromagnétiques sont des ondes transversales.
Lorsque cette grandeur concerne un milieu matériel, alors l'onde est qualifiée de mécanique. Pour simplifier, on peut dire qu'une onde mécanique est une onde qui ne peut se propager que dans un milieu matériel (gaz, liquide ou solide). Par contre, une onde mécanique ne se propage donc pas dans le vide.
Ces ondes sont par exemple produites par des charges électriques en mouvement. Elles correspondent aux oscillations couplées d'un champ électrique et d'un champ magnétique, dont les amplitudes varient de façon sinusoïdale au cours du temps.
Pour Huyghens, le caractère ondulatoire de la lumière est fondé sur les faits suivants : « le son ne se propage pas dans une enceinte vide d'air tandis que la lumière se propage dans cette même enceinte.
La lumière présente deux aspects à priori contradictoire : l'aspect ondulatoire (étudié ici) et l'aspect corpusculaire (abordé plus tard dans les études).
Le modèle ondulatoire de la lumière explique les phénomènes de diffraction et d'interférences observés lors de la propagation d'énergie lumineuse. Christian Huygens initie la théorie ondulatoire en 1678. James Maxwell affine le modèle et prédit l'existence et la célérité de l'onde électromagnétique en 1865.
La lumière, comme le son, se propage sous forme d'ondes qui possèdent des caractéristiques électriques et magnétiques : on dit que la lumière est constituée de rayonnements électromagnétiques. La lumière, contrairement au son, peut se propager dans le vide. Elle peut aussi se propager dans tout milieu transparent.
La vitesse de la lumière dans le vide
Ainsi la lumière, qui est une onde électromagnétique n'a pas besoin de support matériel pour se propager. Dans le vide, la lumière se propage à une vitesse constante de 300 000 km/s.
On appelle source primaire, toute source qui produit de la lumière. Elle est visible, même isolée de toute autre source lumineuse. Le Soleil, les étoiles, la lave, le feu, les lucioles, les verts luisants, etc., sont des sources primaires de lumières.