MÉCANIQUE QUANTIQUE (Sciences et Techniques)

« 6x10 -34 joule seconde.

La fréquence de la lumière visible étant de l'ordre de 10 15 hertz, les quanta d'énergie ainsi introduits ont une valeur d'environ 10 -19 joules (il y a dix neuf zéros après la virgule lorsqu'on écrit le nombre normalement), c'est-à-dire qu'un petit Insecte pesant 1 milligramme qui s'élève de 1 millimètre par rapport au solfournit une énergie égale à cent milliards de ces quanta d'énergie.

Planck lui-même ne croyait pas à la réalitédes quanta, et a qualifié leur utilisation d'acte de désespoir, destiné à obtenir coûte que coûte le bon résultat. L'effet photoélectrique et les photons En 1905, Albert Einstein franchit un pas supplémentaire pour expliquer l'effet photoélectrique.

Hertz avaitremarqué qu'un morceau de métal soumis à un rayonnement ultraviolet acquiert une charge électrique, etThomson avait montré que cette charge vient de ce que les électrons sont arrachés du métal : c'est l'effetphotoélectrique.

Mais on constate que de la lumière à fréquence trop basse est incapable d'arracher le moindreélectron, quelle que soit l'intensité du rayonnement utilisé.

Pour expliquer cet effet, Einstein fit l'hypothèse que lalumière est constituée de particules, appelées photons qui ont une énergie égale à hf, où h est la constante dePlanck et f la fréquence du rayonnement .

Pour expliquer l'effet photoélectrique, il suffit de considérer qu'unatome ne peut absorber qu'un photon à la fois: lorsque la fréquence est trop basse, l'énergie gagnée par l'atomeest insuffisante pour arracher l'électron.

Ses contemporains auraient bien voulu faire dire à Einstein qu'ils'agissait ici encore d'une astuce de calcul, mais il croyait à l'existence des photons et leur attribua même unequantité de mouvement, ce qui est le propre des particules.

La réalité de ces particules est démontrée dans ceque l'on appelle l'effet Compton (1923), qui étudie la collision entre un électron et un photon, exactement commeon décrirait la collision de deux billes. La dualité onde particule La lumière présente ainsi un double aspect.

Les expériences d'interférences ou de diffraction s'interprètentparfaitement en considérant que la lumière est une onde, tandis que pour expliquer certaines autres, comme lerayonnement du corps noir, l'effet Compton, ou l'effet photoélectrique, il faut considérer que la lumière estconstituée de particules.

En fait la lumière se manifeste sous l'un ou l'autre de ses deux aspects, particule ouonde, mais jamais sous les deux à la fois.

Dans une expérience où un faisceau lumineux passe par deux petitstrous, on observe des franges d'interférence sur la partie de l'écran où arrive de la lumière en provenance desdeux trous.

Dès que l'on tente de placer des compteurs pour savoir par quel trou sont passés les photons, lafigure d'interférence disparaît.

Toute une génération de physiciens, et non des moindres, a tenté d'imaginer uneexpérience, fût-elle irréalisable, qui permettrait de voir une figure d'interférences tout en sachant par où sontpassés les photons, mais nul n'y est parvenu. L'atome de Bohr C'est en 1897, que John Joseph Thomson avait découvert que les atomes contiennent des électrons, minusculesparticules de charge négative, le reste de l'atome, le noyau, étant chargé positivement.

Ernest Rutherford amontré en 1909 que le noyau est lui aussi très petit : il y a donc beaucoup de vide à l'intérieur des atomes.Considérons le plus simple des atomes, l'atome d'hydrogène, qui ne contient qu'un seul électron ; ayantdécouvert l'existence du noyau et de l'électron, et puisque des charges de signe opposé s'attirent, il était toutnaturel d'imaginer que l'électron tourne autour du noyau, exactement comme les planètes tournent autour duSoleil.

Mais ce modèle présente des difficultés considérables.. »