Lumi??re
Contexte des ??coles Wikip??dia
Enfants SOS ont produit une s??lection d'articles de wikipedia pour les ??coles depuis 2005. Un lien rapide pour le parrainage d'enfants est http://www.sponsor-a-child.org.uk/
La lumi??re visible (commun??ment appel??e simplement la lumi??re) est un rayonnement ??lectromagn??tique qui est visible ?? la oeil humain, et est responsable de la sensation de vue. La lumi??re visible a une longueur d'onde dans la plage d'environ 380 nanom??tres ?? environ 740 nm - entre l'invisible infrarouge, de longueurs d'onde et l'invisible ultraviolet , avec des longueurs d'onde plus courtes.
Propri??t??s primaires de la lumi??re visible sont intensit??, la direction de propagation, fr??quence ou longueur d'ondes spectre, et polarisation, tandis que sa vitesse dans le vide, 299 792 458 m??tres par seconde, est l'un de la fondamentale constantes de la nature. La lumi??re visible, comme avec tous les types de rayonnement ??lectromagn??tique (EMR), est exp??rimentalement trouv?? ?? se d??placer toujours ?? cette vitesse dans le vide.
En commun avec tous les types de DME, la lumi??re visible est ??mise et absorb??e dans de minuscules ??paquets?? appel??es photons , et pr??sente des propri??t??s des deux ondes et particules . Cette propri??t?? est appel??e la dualit?? onde-particule. L'??tude de la lumi??re, connu comme l'optique , est un domaine de recherche important dans la physique moderne.
Dans la physique , la lumi??re de terme se r??f??re parfois ?? un rayonnement ??lectromagn??tique d'une longueur d'onde, visible ou non. Cet article se concentre sur la lumi??re visible. Voir la rayonnement ??lectromagn??tique article pour le terme g??n??ral.
Vitesse de la lumi??re visible
La vitesse de la lumi??re dans un vide est d??finie comme ??tant exactement 299.792.458 m / s (environ 186,282 miles par seconde). La valeur fixe de la vitesse de la lumi??re en unit??s SI r??sulte du fait que le compteur est maintenant d??fini en termes de la vitesse de la lumi??re. Toutes les formes de rayonnement ??lectromagn??tique sont cens??s se d??placer ?? exactement la m??me vitesse dans le vide.
Diff??rent les physiciens ont tent?? de mesurer la vitesse de la lumi??re ?? travers l'histoire. Galileo a tent?? de mesurer la vitesse de la lumi??re dans le XVIIe si??cle. Une exp??rience t??t pour mesurer la vitesse de la lumi??re a ??t?? men??e par Ole R??mer, un physicien danois, en 1676. L'utilisation d'un t??lescope , Romer a observ?? les mouvements de Jupiter et l'un de ses lunes, Io. Notant les divergences dans la p??riode apparente de l'orbite de Io, il a calcul?? que la lumi??re met environ 22 minutes pour traverser le diam??tre de la Terre l 'orbite. Cependant, sa taille ne ??tait pas connu ?? ce moment. Si R??mer avait connu le diam??tre de l'orbite de la Terre, il aurait calcul?? une vitesse de 227 000 000 m / s.
Un autre, plus pr??cise, la mesure de la vitesse de la lumi??re a ??t?? r??alis??e en Europe par Hippolyte Fizeau en 1849. Fizeau dirig?? un faisceau de lumi??re sur un miroir ?? plusieurs kilom??tres. Une rotation roue dent??e a ??t?? plac?? dans le trajet du faisceau lumineux tel qu'il a voyag?? de la source vers le miroir et est ensuite retourn?? ?? son origine. Fizeau constat?? que ?? une certaine vitesse de rotation, le faisceau serait passer ?? travers une lacune dans la roue sur le chemin et l'??cart prochain sur le chemin du retour. Connaissant la distance au miroir, le nombre de dents de la roue, et la vitesse de rotation, Fizeau a pu calculer la vitesse de la lumi??re 313 000 000 m / s.
L??on Foucault utilis?? une exp??rience qui a utilis?? miroirs tournants pour obtenir une valeur de 298 000 000 m / s en 1862. Albert A. Michelson a men?? des exp??riences sur la vitesse de la lumi??re ?? partir de 1877 jusqu'?? sa mort en 1931. Il a affin?? les m??thodes de Foucault en 1926 en utilisant une meilleure rotation miroirs pour mesurer le temps qu'il a fallu la lumi??re pour faire un aller-retour ?? partir de Mt. Wilson Mt. San Antonio en Californie . Les mesures pr??cises ont donn?? une vitesse de 299 796 000 m / s.
La vitesse effective de la lumi??re dans diff??rentes substances transparentes contenant ordinaire mati??re , est moindre que dans le vide. Par exemple, la vitesse de la lumi??re dans l'eau est d'environ 3/4 de ce sous vide. Cependant, le processus de ralentissement de la mati??re est consid??r??e r??sulte pas d'un ralentissement r??el de particules de lumi??re, mais leur absorption et de r????mission ?? partir de particules charg??es dans la mati??re.
Comme un exemple extr??me de la nature de la lumi??re ralentissement dans la mati??re, deux ??quipes ind??pendantes de physiciens ont pu apporter la lumi??re ?? un "arr??t complet" en le faisant passer ?? travers un Condensat de Bose-Einstein de l'??l??ment de rubidium , une ??quipe de Universit?? de Harvard et le Rowland Institut pour la science dans Cambridge, Mass., Et l'autre ?? la Centre Harvard-Smithsonian pour l'astrophysique, ??galement ?? Cambridge. Toutefois, la description populaire de l'??tre de lumi??re "arr??t??" dans ces exp??riences se r??f??re uniquement ?? la lumi??re ??tant stock??e dans les ??tats excit??s d'atomes, puis r??-??mise ?? un moment plus tard, arbitraire, car stimul??e par une seconde impulsion laser. Pendant le temps qu'il avait "arr??t??", il avait cess?? d'??tre la lumi??re.
Spectre ??lectromagn??tique et la lumi??re visible
G??n??ralement, le rayonnement ??lectromagn??tique, ou DME (la d??signation 'rayonnement' exclut statique ??lectrique et magn??tique et pr??s des champs) sont class??s par longueur d'onde dans la radio , micro-ondes, infrarouge, la r??gion visible que nous percevons comme la lumi??re, l'ultraviolet , Les rayons X et les rayons gamma.
Le comportement de DME d??pend de sa longueur d'onde. Des fr??quences plus ??lev??es ont des longueurs d'onde plus courtes, et des fr??quences plus basses ont de plus longues longueurs d'onde. Lorsque DME interagit avec des atomes et des mol??cules, son comportement d??pend de la quantit?? d'??nergie par quantique porte.
DME dans la r??gion de la lumi??re visible est constitu??e de quanta (appel??s photons ) qui sont ?? l'extr??mit?? inf??rieure des ??nergies qui sont capables de provoquer l'excitation ??lectronique des mol??cules ?? l'int??rieur, qui conduisent ?? des changements dans la chimie ou la liaison de la mol??cule. A l'extr??mit?? inf??rieure du spectre de la lumi??re visible, DME devient invisible pour l'homme ( infrarouge) parce que ses photons ne ont plus assez d'??nergie individuelle pour provoquer un changement mol??culaire durable (un changement de conformation) dans la mol??cule visuelle r??tinal dans la r??tine humaine. Ce changement d??clenche la sensation de vision.
Il existe des animaux qui sont sensibles ?? divers types d'infrarouge, mais pas au moyen d'absorption quantique. Fossette sensorielle d??pend d'une sorte de naturel l'imagerie thermique, dans lequel de petits paquets d'eau cellulaire sont mont??s en temp??rature par le rayonnement infrarouge. DME dans cette gamme provoque des effets de vibration et de chauffage mol??culaires, et ce est la fa??on dont les animaux vivant d??tecter.
Au-dessus de la plage de la lumi??re visible, la lumi??re ultraviolette devient invisible ?? l'homme, principalement parce qu'il est absorb?? par les tissus de l'oeil et en particulier la lentille. En outre, le tiges et c??nes situ??s ?? l'arri??re de l'??il humain ne peut pas d??tecter les longueurs d'onde ultraviolettes courtes, et sont en fait endommag?? par les rayons ultraviolets, une condition connue sous le nom oeil de neige. Beaucoup d'animaux avec des yeux qui ne n??cessitent pas les verres (tels que les insectes et les crevettes) sont capables de d??tecter directement ultraviolet visuellement, par des m??canismes de photons absorption quantique, de la m??me mani??re que les humains normaux chimiques d??tectent la lumi??re visible.
Optique
L'??tude de la lumi??re et de l'interaction de la lumi??re et la mati??re est appel??e optique . L'observation et l'??tude des ph??nom??nes optiques tels que les arcs en ciel et la aurores bor??ales offrent de nombreux indices quant ?? la nature de la lumi??re.
R??fraction
La r??fraction est la courbure des rayons lumineux lors du passage ?? travers une surface entre un mat??riau transparent et un autre. Il est d??crit par La loi de Snell:
o?? 
est l'angle entre le rayon et la normale ?? la surface dans le premier milieu, 
est l'angle entre le rayon et la normale ?? la surface dans le second milieu, et n 1 et n 2 sont indices de r??fraction, n = 1 dans un vide et n> 1 dans un transparent substance.
Lorsqu'un faisceau de lumi??re traverse la limite entre le vide et un autre support, ou entre deux milieux diff??rents, la longueur d'onde de la lumi??re change, mais la fr??quence reste constante. Si le faisceau de lumi??re ne est pas orthogonal (ou plut??t normal) ?? la limite, la variation de longueur d'onde dans des r??sultats d'un changement dans la direction du faisceau. Ce changement de direction est connu sous le nom r??fraction.
La qualit?? de r??fraction lentilles est fr??quemment utilis?? pour manipuler la lumi??re afin de changer la taille apparente des images. Loupes, lunettes , lentilles de contact , des microscopes et lunettes astronomiques sont tous des exemples de cette manipulation.
Unit??s et mesures
La lumi??re est mesur??e avec deux principales alternatives ensembles d'unit??s: radiom??trie se compose de mesures de puissance lumineuse ?? tous les longueurs d'onde, tandis que mesures de photom??trie lumi??re de longueur d'onde pond??r??e par rapport ?? un mod??le standard de la perception humaine de la luminosit??. La photom??trie est utile, par exemple, pour quantifier Illumination (??clairage) pour usage humain. Les unit??s SI pour les deux syst??mes sont r??sum??s dans les tableaux suivants.
| Quantit?? | Symbole | Unit?? SI | Symbole | Dimension | Remarques | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L'??nergie radiante | Q e | joule | J | M⋅L 2 ⋅T -2 | ??nergie | |||
| Flux ??nerg??tique | Φ e | watt | W | M⋅L 2 ⋅T -3 | ??nergie rayonnante par unit?? de temps, aussi appel?? rayonnante pouvoir. | |||
| Spectrale de puissance | Φ eλ | watt par m??tre | W⋅m -1 | M⋅L⋅T -3 | puissance rayonn??e par longueur d'onde. | |||
| Intensit?? ??nerg??tique | I e | watt par st??radian | W⋅ sr -1 | M⋅L 2 ⋅T -3 | puissance par unit?? angle solide. | |||
| Intensit?? spectrale | Je eλ | watt par st??radian par m??tre | W⋅sr -1 -1 ⋅m | M⋅L⋅T -3 | l'intensit?? ??nerg??tique par longueur d'onde. | |||
| ??clat | L e | watt par st??radian par m??tre carr?? | W⋅sr -1 ⋅ m -2 | M⋅T -3 | puissance par unit?? d'angle solide par unit?? projet??e source de la zone . confus??ment appel??e " intensit?? "dans certains autres domaines d'??tudes. | |||
| Radiance spectrale | L eλ ou L eν | watt par st??radian par 3 m??tres ou watt par st??radian par carr?? | W⋅sr -1 ⋅ m -3 ou W⋅sr -1 -2 ⋅m ⋅ Hz -1 | M⋅L -1 ⋅T -3 ou M⋅T -2 | g??n??ralement mesur??e en W⋅sr -1 -2 ⋅m ⋅nm -1 avec une surface et soit longueur d'onde ou fr??quence. | |||
| Irradiance | E e | watt par m??tre carr?? | W⋅m -2 | M⋅T -3 | puissance incidente sur une surface, aussi appel?? densit?? de flux radiant. parfois pr??ter ?? confusion appel?? " intensit?? ??ainsi. | |||
| ??clairement spectral | E eλ ou E eν | watt par m??tre 3 ou watt par m??tre carr?? par hertz | W⋅m -3 ou W⋅m -2 -1 ⋅Hz | M⋅L -1 ⋅T -3 ou M⋅T -2 | g??n??ralement mesur??e en W⋅m -2 ⋅ nm -1 ou 10 -22 W⋅m -2 -1 ⋅Hz, connu comme unit?? flux solaire. | |||
| Exitance Radiant / Exitance ??nerg??tique | M e | watt par m??tre carr?? | W⋅m -2 | M⋅T -3 | puissance ??mise ?? partir d'une surface. | |||
| Exitance ??nerg??tique spectrale / Exitance ??nerg??tique spectrale | M eλ ou M eν | watt par m??tre 3 ou watts par m??tre carr?? | W⋅m -3 ou W⋅m -2 -1 ⋅Hz | M⋅L -1 ⋅T -3 ou M⋅T -2 | puissance ??mise ?? partir d'une surface par longueur d'onde ou de la fr??quence. | |||
| Radiosit?? | J ou J e eλ | watt par m??tre carr?? | W⋅m -2 | M⋅T -3 | ??mis, plus la puissance r??fl??chie laissant une surface. | |||
| Exposition ??nerg??tique | H e | joule par m??tre carr?? | J⋅m -2 | M⋅T -2 | ||||
| Densit?? d'??nergie rayonnante | ω e | joule par m??tre 3 | J⋅m -3 | M⋅L -1 -2 ⋅T | ||||
| Voir aussi: SI ?? Radiom??trie ?? ?? Photom??trie ( Comparez ) | ||||||||
| Quantit?? | Symbole | Unit?? SI | Symbole | Dimension | Remarques | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ??nergie lumineuse | Q v | lumen secondes | lm⋅s | T⋅J | unit??s sont parfois appel??s talbots | |||
| Flux lumineux | Φ v | lumen (= cd⋅ sr) | lm | J | ??galement appel??e puissance lumineuse | |||
| Intensit?? lumineuse | I v | candela (= lm / sr) | CD | J | une unit?? de base du SI , flux lumineux par unit?? d'angle solide | |||
| Luminance | L v | candela par m??tre carr?? | cd / m 2 | L -2 ⋅J | unit??s sont parfois appel??s lentes | |||
| ??clairement | E v | lux (= lm / m 2) | lx | L -2 ⋅J | utilis?? pour la lumi??re incidente sur une surface | |||
| ??mittance lumineux | M v | lux (= lm / m 2) | lx | L -2 ⋅J | utilis?? pour la lumi??re ??mise par une surface | |||
| L'exposition lumineuse | H v | lux secondes | lx⋅s | L -2 ⋅T⋅J | ||||
| Densit?? d'??nergie lumineuse | ω v | lumen par seconde 3 m??tres | lm⋅ s⋅ m -3 | L -3 ⋅T⋅J | ||||
| L'efficacit?? lumineuse | η | lumen par watt | lm / W | M -1 -2 ⋅L ⋅T 3 ⋅J | rapport des flux lumineux ?? flux ??nerg??tique | |||
| Efficacit?? lumineuse | V | 1 | aussi appel?? coefficient lumineux | |||||
| Voir aussi: SI ?? Photom??trie ?? Radiom??trie ?? ( Comparez ) | ||||||||
Les unit??s de photom??trie sont diff??rents de la plupart des syst??mes d'unit??s physiques en ce qu'ils tiennent compte de la fa??on dont l'??il humain r??agit ?? la lumi??re. Le c??nes dans l'oeil humain sont de trois types qui r??pondent diff??remment ?? travers le spectre visible, et les pics de r??ponse cumul??s ?? une longueur d'onde d'environ 555 nm. Par cons??quent, deux sources de lumi??re qui produisent la m??me intensit?? (W / m 2) de la lumi??re visible ne apparaissent pas n??cessairement tout aussi brillant. Les unit??s de photom??trie sont con??us pour tenir compte, et sont donc une meilleure repr??sentation de la fa??on dont "brillant" une lumi??re semble ??tre que l'intensit?? brute. Elles concernent premi??res pouvoir par une quantit?? appel??e efficacit?? lumineuse, et sont utilis??s ?? des fins comme d??terminer la meilleure fa??on d'atteindre un ??clairage suffisant pour diverses t??ches dans les milieux int??rieurs et ext??rieurs. L'??clairement mesur?? par un cellule photo??lectrique capteur ne correspond pas n??cessairement ?? ce qui est per??u par l'??il humain, et sans filtres qui peuvent ??tre co??teux, les cellules photo??lectriques et dispositifs ?? couplage de charge (CCD) ont tendance ?? r??pondre ?? certaines infrarouge, l'ultraviolet ou les deux.
Une l??g??re pression
Lumi??re exerce une pression physique sur des objets dans son chemin, un ph??nom??ne qui peut ??tre d??duit par les ??quations de Maxwell, mais peut ??tre plus facilement expliquer par la nature corpusculaire de la lumi??re: gr??ve des photons et de transf??rer leur ??lan. Une l??g??re pression est ??gale ?? la puissance du faisceau de lumi??re divis?? par c la vitesse de la lumi??re. En raison de l'amplitude de C, l'effet d'une l??g??re pression est n??gligeable pour les objets de la vie courante. Par exemple, un de un milliwatt pointeur laser exerce une force d'environ 3,3 piconewtons sur l'objet ??tant ??clair??s; Ainsi, on pourrait soulever une U. S. centime avec des pointeurs laser, mais cela n??cessiterait environ 30 milliards de 1 MW pointeurs laser. Toutefois, applications ?? l'??chelle nanom??trique tels que NEMS, l'effet de la pression de lumi??re est plus importante, et d'exploiter une l??g??re pression ?? conduire m??canismes NEMS et inverser les commutateurs physiques ?? l'??chelle nanom??trique dans les circuits int??gr??s est un domaine de recherche actif.
A plus grande ??chelle, une l??g??re pression peut provoquer des ast??ro??des ?? tourner de plus, agissant sur leurs formes irr??guli??res que sur les aubes d'un moulin ?? vent. La possibilit?? de faire voiles solaires qui acc??l??rer vaisseaux spatiaux dans l'espace est ??galement ?? l'??tude.
Bien que le mouvement de la Crookes radiom??tre a ??t?? initialement attribu??e ?? une l??g??re pression, cette interpr??tation est erron??e; la rotation Crookes caract??ristique est le r??sultat d'un vide partiel. Cela ne devrait pas ??tre confondu avec le Nichols radiom??tre, dans lequel la (l??g??re) mouvement caus?? par couple (mais pas assez pour une rotation compl??te contre les frottements) est directement caus??e par une l??g??re pression.
Th??ories historiques sur la lumi??re, dans l'ordre chronologique
Gr??ce classique et de l'hell??nisme
Dans le cinqui??me si??cle avant JC, Emp??docle postule que tout ??tait compos?? de quatre ??l??ments; feu, l'air, la terre et l'eau. Il a estim?? que Aphrodite fait l'??il humain des quatre ??l??ments et qu'elle a allum?? le feu dans les yeux qui brillait ?? partir de la d??cision de l'??il de vue possible. Si cela ??tait vrai, alors on pourrait voir pendant la nuit aussi bien que pendant la journ??e, de sorte Emp??docle postule une interaction entre les rayons des yeux et des rayons d'une source comme le soleil.
Dans environ 300 avant JC, Euclide a ??crit Optica, o?? il a ??tudi?? les propri??t??s de la lumi??re. Euclid postul?? que la lumi??re a voyag?? dans les lignes droites et il a d??crit les lois de la r??flexion et les ??tudia math??matiquement. Il se interroge sur ce spectacle est le r??sultat d'un faisceau de l'??il, car il demande comment on voit les ??toiles imm??diatement, si l'on ferme les yeux, puis les ouvre le soir. Bien s??r, si le faisceau issu de l'oeil se d??place infiniment rapide ce ne est pas un probl??me.
En 55 avant JC, Lucr??ce, un Romain qui a port?? sur les id??es de l'heure grecque atomistes, a ??crit:
"La lumi??re et la chaleur du soleil; ceux-ci sont compos??s d'atomes de minutes qui, quand ils sont pouss??s hors, ne pas perdre de temps dans la prise de vue juste en face de l'espace interm??diaire d'air dans le sens imparti par le shove." - Sur la nature de l'Univers
En d??pit d'??tre semblable aux th??ories de particules plus tard, le point de vue de Lucr??ce ne sont g??n??ralement pas accept??s.
Ptol??m??e (c. 2e si??cle) a ??crit au sujet de la r??fraction de la lumi??re dans ses Optique de livres.
Inde classique
En Inde ancienne, le ??coles hindoues de Samkhya et Vaisheshika, de partout dans le premiers si??cles CE d??velopp?? des th??ories sur la lumi??re. Selon l'??cole Samkhya, la lumi??re est l'un des cinq ??l??ments fondamentaux ??subtiles?? (de Tanmatra), dont ??mergent les ??l??ments bruts. Le atomicit?? de ces ??l??ments ne est pas sp??cifiquement mentionn?? et il semble qu'ils ont ??t?? effectivement prises pour ??tre continu.
D'autre part, l'??cole donne une Vaisheshika th??orie atomique du monde physique sur le terrain non-atomique l'??ther, l'espace et le temps. (Voir Atomisme Indien.) Les atomes de base sont celles de la terre (prthivi), l'eau (pani), le feu (agni), et de l'air (vayu) Les rayons lumineux sont consid??r??es comme un flux de haute vitesse de Tejas (le feu) atomes. Les particules de lumi??re peuvent pr??senter des caract??ristiques diff??rentes en fonction de la vitesse et les arrangements des atomes de Tejas. Le Vishnu Purana se r??f??re ?? la lumi??re du soleil comme ??les sept rayons du soleil".
Les indiens bouddhistes , tels que Dignaga dans le 5??me si??cle et Dharmakirti au 7??me si??cle, a d??velopp?? un type de l'atomisme qui est une philosophie de la r??alit?? ??tant compos?? d'entit??s atomiques qui sont clignote momentan??es de lumi??re ou d'??nergie. Ils ont regard?? la lumi??re comme ??tant une entit?? ??quivalente ?? l'??nergie atomique.
Descartes
Ren?? Descartes (1596-1650) a jug?? que la lumi??re ??tait une propri??t?? m??canique du corps lumineux, rejetant les ??formes?? de Ibn al-Haytham et Witelo ainsi que les "esp??ces" de Bacon, Grosseteste et Kepler . En 1637, il a publi?? une th??orie de la r??fraction de la lumi??re qui est suppos??, ?? tort, que la lumi??re voyage plus vite dans un milieu plus dense que dans un milieu moins dense. Descartes est arriv?? ?? cette conclusion par analogie avec le comportement de son vagues. Bien que Descartes ??tait incorrecte sur les vitesses relatives, il a eu raison de supposer que la lumi??re se est comport?? comme une vague et en concluant que la r??fraction pourrait se expliquer par la vitesse de la lumi??re dans diff??rents m??dias.
Descartes ne est pas le premier ?? utiliser les analogies m??caniques mais parce qu'il affirme clairement que la lumi??re ne est une propri??t?? m??canique du corps lumineux et le moyen de transmission, la th??orie de Descartes de la lumi??re est consid??r??e comme le d??but de l'optique physique moderne.
th??orie des particules
Pierre Gassendi (1592-1655), atomiste, a propos?? une th??orie de la lumi??re de particules qui a ??t?? publi?? ?? titre posthume en 1660. Isaac Newton a ??tudi?? le travail de Gassendi ?? un ??ge pr??coce, et a pr??f??r?? son point de vue ?? la th??orie de Descartes du pl??num. Il a d??clar?? dans son hypoth??se de la Lumi??re de 1675 que la lumi??re ??tait compos??e de corpuscules (particules de mati??re) qui ont ??t?? ??mis dans toutes les directions provenant d'une source. Un des arguments de Newton contre la nature ondulatoire de la lumi??re, ce est que les vagues ??taient connus pour plier autour des obstacles, tandis que la lumi??re a voyag?? que dans les lignes droites. Il n'a, cependant, expliquer le ph??nom??ne de la diffraction de la lumi??re (qui avait ??t?? observ?? par Francesco Grimaldi) en permettant qu'une particule de lumi??re pourrait cr??er une vague localis??e dans le ??ther.
La th??orie de Newton peut ??tre utilis??e pour pr??dire la r??flexion de la lumi??re, mais ne pouvait expliquer r??fraction en supposant ?? tort que la lumi??re se est acc??l??r??e en entrant dans un dense moyenne parce que la gravitation traction ??tait plus grande. Newton a publi?? la version finale de sa th??orie dans son Opticks de 1704. Sa r??putation aid?? la th??orie corpusculaire de la lumi??re ?? dominer pendant le 18??me si??cle. La th??orie corpusculaire de la lumi??re conduit Laplace faire valoir qu'un organisme pourrait ??tre si massive que la lumi??re ne pouvait pas y ??chapper. En d'autres termes, il serait devenu ce qu'on appelle maintenant un trou noir . Laplace retire sa suggestion plus tard, apr??s une th??orie ondulatoire de la lumi??re se est fermement ??tabli comme le mod??le pour la lumi??re (comme cela a ??t?? expliqu??, ni une particule ou la th??orie de la vague est tout ?? fait correcte). Une traduction de l'essai de Newton sur la lumi??re appara??t dans la structure ?? grande ??chelle de l'espace-temps, par Stephen Hawking et George FR Ellis.
Wave Theory
Pour expliquer l'origine de couleurs, Robert Hooke (1635-1703) a d??velopp?? une ??th??orie de l'impulsion" et compar?? la propagation de la lumi??re ?? celui des vagues dans l'eau dans son 1665 Micrographia ("Observation XI"). En 1672, Hooke sugg??r?? que les vibrations lumineuses pourraient ??tre perpendiculaires ?? la direction de propagation. Christiaan Huygens (1629-1695) a ??labor?? une th??orie ondulatoire de la lumi??re math??matique en 1678, et l'a publi?? dans son Trait?? sur la lumi??re en 1690. Il a propos?? que la lumi??re a ??t?? ??mise dans toutes les directions comme une s??rie de vagues dans un milieu appel?? l' ??ther lumineux . Comme les vagues ne sont pas affect??s par la gravit??, on a suppos?? que ils ont ralenti en entrant dans un milieu plus dense.
La th??orie de l'onde pr??dit que les ondes lumineuses peuvent interf??rer les uns avec les autres comme sonores vagues (comme indiqu?? en 1800 par Thomas Young), et que la lumi??re pourrait ??tre polaris??e, se il se agissait d'un onde transversale. Jeune montr?? au moyen d'un exp??rience de diffraction que la lumi??re se comportait comme des vagues. Il a ??galement propos?? que les diff??rentes couleurs ont ??t?? caus??s par diff??rents longueurs d'onde de la lumi??re, et expliqu?? la vision des couleurs en termes de r??cepteurs tricolores dans l'??il.
Un autre partisan de la th??orie de l'onde ??tait Leonhard Euler . Il a fait valoir en Nouvelle theoria lucis et Colorum (1746) qui diffraction pourrait plus facilement se expliquer par une th??orie ondulatoire.
Plus tard, Augustin Fresnel ind??pendamment ??labor?? sa propre th??orie ondulatoire de la lumi??re, et l'a pr??sent?? ?? la Acad??mie des Sciences en 1817. Sim??on Denis Poisson ajout?? ?? travail math??matique de Fresnel pour produire un argument convaincant en faveur de la th??orie de l'onde, aidant ?? renverser th??orie corpusculaire de Newton. En l'an 1821, Fresnel a pu montrer par des m??thodes math??matiques que la polarisation pourrait se expliquer que par la th??orie ondulatoire de la lumi??re et seulement si la lumi??re ??tait enti??rement transversale, sans vibration longitudinale que ce soit.
La faiblesse de la th??orie de la vague a ??t?? que les ondes lumineuses, comme les ondes sonores, auraient besoin d'un support pour la transmission. L'existence de la substance hypoth??tique ??ther luminif??re propos?? par Huygens en 1678 a ??t?? jet?? dans une forte doute dans la fin du XIXe si??cle par le Exp??rience de Michelson-Morley.
Th??orie corpusculaire de Newton implique que la lumi??re serait voyager plus vite dans un milieu plus dense, alors que la th??orie ondulatoire de Huygens et autres implique le contraire. A cette ??poque, la vitesse de la lumi??re ne pouvait pas ??tre mesur??e avec une pr??cision suffisante pour d??cider que la th??orie ??tait correcte. Le premier ?? faire une mesure suffisamment pr??cise ??tait L??on Foucault, en 1850. Son r??sultat a soutenu la th??orie de l'onde, et la th??orie des particules classique a ??t?? finalement abandonn??, pour partie r??appara??tre dans le 20e si??cle.
Th??orie des quanta
En 1900, Max Planck , tentant d'expliquer rayonnement du corps noir a sugg??r?? que, bien que la lumi??re ??tait une onde, ces ondes pourraient gagnent ou perdent de l'??nergie que dans des quantit??s limit??es li??es ?? leur fr??quence. Planck a appel?? ces "morceaux" de l'??nergie lumineuse "quanta" (?? partir d'un mot latin pour ??combien." En 1905, Albert Einstein utilis?? l'id??e de quanta de lumi??re pour expliquer la effet photo??lectrique, et a sugg??r?? que ces quanta de lumi??re avait une existence ??r??elle??. En 1923, Arthur Compton houx a montr?? que le changement de longueur d'onde observ??e lorsque les rayons X ?? faible intensit?? diffus??e ?? partir d'??lectrons (dits Diffusion Compton) pourrait se expliquer par une particule th??orie des rayons X, mais pas une th??orie ondulatoire. En 1926, Gilbert N. Lewis nomm?? ces liqht particules quanta photons .
Finalement, la th??orie moderne des quantique m??canique quantique est venu d'imaginer lumi??re (en quelque sorte) ?? la fois une particule et une onde, et (dans un autre sens), comme un ph??nom??ne qui ne est ni une particule, ni une vague (qui sont en fait des ph??nom??nes macroscopiques, tels que des balles de baseball ou vagues de l'oc??an). Au lieu de cela, la physique moderne voit la lumi??re comme quelque chose qui peut ??tre d??crit parfois avec les math??matiques appropri??e ?? un type de m??taphore macroscopique (particules), et parfois une autre m??taphore macroscopique (waves), mais est en fait quelque chose qui ne peut pas ??tre enti??rement imagin??. Comme dans le cas des ondes radio et les rayons X impliqu??s dans la diffusion Compton, les physiciens ont not?? que le rayonnement ??lectromagn??tique a tendance ?? se comporter davantage comme une vague classique ?? des fr??quences plus basses, mais plus comme une particule classique ?? des fr??quences plus ??lev??es, mais ne perd jamais compl??tement toute qualit??s de l'un ou l'autre. La lumi??re visible, qui occupe un terrain d'entente en fr??quence, peut ??tre facilement d??montr?? dans des exp??riences d'??tre descriptible en utilisant soit un mod??le d'onde ou une particule, ou parfois les deux.
La th??orie ??lectromagn??tique explication pour tous les types de la lumi??re visible et tout le rayonnement EM
En 1845, Michael Faraday a d??couvert que le plan de polarisation de la lumi??re polaris??e lin??airement est tourn??, lorsque les rayons lumineux se d??placent le long de la direction du champ magn??tique en pr??sence d'un transparent di??lectrique, un effet maintenant connu comme Rotation de Faraday. Ce ??tait la premi??re preuve que la lumi??re a ??t?? li??e ?? l'??lectromagn??tisme . En 1846, il a sp??cul?? que la lumi??re pourrait ??tre une certaine forme de perturbation se propageant le long des lignes de champ magn??tique. Faraday a propos??, en 1847, que la lumi??re est une vibration ??lectromagn??tique ?? haute fr??quence, ce qui pourrait propager m??me en l'absence d'un milieu tel que l'??ther.
Le travail de Faraday inspir?? James Clerk Maxwell pour ??tudier le rayonnement ??lectromagn??tique et de la lumi??re. Maxwell a d??couvert que les ondes ??lectromagn??tiques auto-propagation seraient voyager dans l'espace ?? une vitesse constante, qui se trouvait ??tre ??gale ?? la vitesse de la lumi??re mesur??e pr??c??demment. De cela, Maxwell a conclu que la lumi??re ??tait une forme de rayonnement ??lectromagn??tique: il a d'abord d??clar?? ce r??sultat en 1862 sur les lignes en physique de la force. En 1873, il a publi?? Un Trait?? sur l'??lectricit?? et le magn??tisme, qui contenait une description math??matique compl??te du comportement des champs ??lectriques et magn??tiques, encore connu sous le nom des ??quations de Maxwell . Peu apr??s, Heinrich Hertz a confirm?? la th??orie de Maxwell exp??rimentalement par g??n??ration et de d??tection de radio ondes dans le laboratoire, et de d??montrer que ces ondes se sont comport??s exactement comme la lumi??re visible, pr??sentant des propri??t??s telles que la r??flexion, r??fraction, la diffraction et les interf??rences. La th??orie de Maxwell et les exp??riences de Hertz conduit directement au d??veloppement de la radio moderne, radar, la t??l??vision, l'imagerie ??lectromagn??tique, et les communications sans fil.
Dans la th??orie quantique, les photons sont consid??r??s comme paquets d'ondes des ondes d??crits dans la th??orie classique de Maxwell. La th??orie quantique ??tait n??cessaire pour expliquer les effets, m??me avec la lumi??re visible que la th??orie classique de Maxwell ne pouvait pas (comme raies spectrales).
