La lumière: un corpuscule

La lumière était-elle donc une onde?

Au début du XXème siècle, les physiciens allaient apprendre à leurs dépens qu'il y a une grande différence entre déclarer

en considérant la lumière comme une onde, nous parvenons à comprendre et calculer des phénomènes qui jusqu'ici nous échappaient

ou déclarer

la lumière est une onde.

L'onde n'est qu'une manière commode de représenter la lumière. Et Maxwell a coulé cette représentation dans des équations mathématiques redoutablement belles et efficaces.

Car pourtant...

L'effet photoélectrique

C'est un problème d'énergie qui a tout remis en question. Plus particulièrement, l'énergie nécessaire pour arracher un électron à certains métaux au moyen de la lumière (c'est l'effet photoélectrique, voir ICI un excellent historique; ICI, une définition; ICI, une possibilité d'expérimentation sur Internet).

Cet arrachement nécessite une certaine énergie. Si la lumière est une onde, l'énergie fournie croît avec la durée de l'éclairage. Et pourtant, on a beau augmenter cette durée, l'expérience montre que ce n'est pas la quantité totale d'énergie fournie qui est en cause, mais l'énergie individuelle de chaque "grain" de lumière fourni; et cette énergie dépend de la fréquence de l'onde lumineuse.

C'est Einstein qui, en 1905, définit ces grains de lumière en leur donnant le nom de photons, et en calculant l'énergie dont ils sont porteurs: h (où h est la Constante de Planck, voir ICI). C'est ce qui lui valut le prix Nobel en 1922, et non la théorie de la relativité, comme on le croit parfois.

La masse du photon

On admet généralement que la masse du photon est nulle, mais ceci peut se prêter à certaines discussions dans le cadre de la théorie de la relativité.