1. L'effet photoélectrique:
* Observation: Lorsque la lumière brille sur une surface métallique, les électrons sont émis. L'énergie de ces électrons dépend de la * fréquence * de la lumière, et non de son * intensité *. Ceci est contraire à la théorie des ondes classiques, qui prédit que l'énergie de l'électron devrait dépendre de l'intensité de l'onde légère.
* Explication: Albert Einstein a expliqué cela en proposant que la lumière est quantifiée en paquets d'énergie appelés photons. L'énergie d'un photon est directement proportionnelle à la fréquence de la lumière. Un électron absorbe toute l'énergie d'un seul photon, ce qui est suffisant pour l'éjecter du métal si l'énergie du photon dépasse la fonction de travail du métal.
2. Radiation du corps noir:
* Observation: Un corps noir est un objet hypothétique qui absorbe tout le rayonnement électromagnétique qui y tombe. Classiquement, le spectre du corps noir devrait avoir une distribution d'énergie qui augmente sans lié à des fréquences plus élevées, conduisant à la «catastrophe ultraviolette». Cependant, expérimentalement, le spectre culmine à une fréquence spécifique qui dépend de la température du corps noir.
* Explication: Max Planck a expliqué avec succès le spectre observé en supposant que l'énergie lumineuse est quantifiée. Il a proposé que la lumière soit émise et absorbée dans des paquets discrets, appelés plus tard, avec une énergie proportionnelle à la fréquence.
3. Diffusion compton:
* Observation: Lorsque les rayons X dispersent les électrons, ils perdent de l'énergie et changent de longueur d'onde. Cette perte d'énergie ne peut pas s'expliquer par la diffusion classique des ondes, qui ne prédit qu'un changement de direction.
* Explication: Cette expérience fournit une preuve supplémentaire de la nature des particules de la lumière. Le changement de longueur d'onde peut s'expliquer en supposant que le photon à rayons X entre en collision avec l'électron comme deux boules de billard, transférant une partie de son énergie et de son élan.
4. Expérience à double fente:
* Observation: Bien que l'expérience à double fente montre l'interférence des vagues, elle montre également que la lumière se comporte comme des particules lors de l'interaction avec le détecteur. Les photons individuels arrivent à l'écran dans des endroits discrets, mais le modèle de photons au fil du temps montre un modèle d'interférence.
* Explication: Cette expérience met en évidence la dualité de lumière onde-particules. Même si la lumière se propage sous forme d'onde, elle interagit avec la matière en tant que particules individuelles (photons).
5. Expériences à photon unique:
* Observation: Des expériences ont été réalisées où un seul photon est envoyé via une double fente. Malgré l'absence d'un autre photon pour "interférer", le photon crée toujours un modèle d'interférence sur le détecteur.
* Explication: Cela démontre que le photon "interfère en quelque sorte avec lui-même", brouillant davantage les lignes entre le comportement des ondes et des particules.
Ces observations et expériences fournissent des preuves solides que la lumière présente des propriétés des vagues et des particules. La description de l'onde classique de la lumière ne parvient pas à expliquer ces phénomènes, conduisant au développement de la mécanique quantique, qui fournit une image plus complète de la nature de la lumière.
