Caricature de Jorge Cham, "Daniel et Jorge expliquent l'univers"

La lumière n'est pas seulement une tache de soleil sur votre rebord de fenêtre. C'est aussi une métaphore de l'illumination et de l'exploration, un peu paradoxal pour un phénomène que - même après des milliers d'années d'enquêtes et d'expériences sans fin - les scientifiques ne peuvent toujours pas tout à fait expliquer.

Dans l'épisode « La lumière est-elle une particule ou une vague ? les animateurs du podcast "Daniel et Jorge expliquent l'univers" discutent si la lumière est une particule ou une onde ... ou quelque chose d'autre. Alerte spoiler :la lumière n'est pas, comme le co-animateur et dessinateur en ligne Jorge Cham le propose avec légèreté, "petits chiots."

Vos yeux vous en disent long sur le comportement de la lumière. Il voyage très vite (environ 186, 000 miles par seconde ou 300, 000 kilomètres par seconde) et traverse l'espace en lignes droites semblables à des lasers. Mais il rebondit aussi, réfléchit et réfracte, et lorsqu'il interagit avec le bon média, comme un objectif de caméra, il peut se courber. Nous utilisons des termes comme longueur d'onde et photons pour décrire ses mouvements, mais aucun d'eux n'englobe vraiment les méandres étranges de la lumière.

Dans les temps anciens, les Grecs ont utilisé des questions philosophiques pour aborder le large éventail de comportements de la lumière. Peut-être, se demandaient-ils, la lumière est en fait de petits morceaux qui rebondissent d'avant en arrière. Dans les années 1600, Le philosophe français René Descartes est devenu convaincu que la lumière était essentiellement une onde, celui qui se déplaçait à travers une substance mystérieuse appelée plénum. Isaac Newton pensait que la lumière était une particule, mais il était à court d'un moyen d'expliquer plusieurs de ses propriétés, comme la façon dont il se réfractait et se fendait dans un prisme.

"C'est à l'époque où les études empiriques de la science n'étaient pas le principal moyen de répondre aux questions, ", déclare le co-animateur du podcast Daniel Whiteson, un physicien qui a passé du temps à travailler sur le Grand collisionneur de hadrons. Les gens avaient des idées sur la façon dont les choses fonctionnaient, "... et ensuite se disputer à leur sujet."

Dans nos recherches sur la lumière, nos hôtes soulignent, il est important de se rappeler certaines bases scientifiques. Les vagues ne sont pas une chose ou une substance, ils sont la propriété d'une chose, comprimer et étirer un support particulier, comme une vague océanique ondulant à la surface d'un lagon. Vous pouvez voir les vagues avec vos yeux et les sentir avec votre corps.

Particules, d'autre part, ne sont pas si faciles à définir. Certaines personnes aiment considérer les particules comme des morceaux de matière, fragments qui sont décomposés en leurs unités les plus petites et les plus élémentaires. L'eau, par exemple, c'est d'innombrables particules... des particules qui sont affectées par les ondes.

Et alors, alors, est léger? Est-ce son propre type spécial de particule, un photon ? Ou est-ce que la lumière n'est vraiment qu'une onde qui traverse un autre milieu ? Y a-t-il un peu effrayant, substance inconnue qui nous entoure que nous ne percevons ou ne comprenons tout simplement pas ?

Whiteson met en lumière une célèbre expérience à double fente du XIXe siècle, dans lequel les chercheurs ont diffusé de la lumière à travers deux fentes et observé la façon dont la lumière a frappé un écran derrière les fentes. Ce qu'ils ont vu, c'est que les flux de lumière s'affectaient l'un l'autre - comme deux mains éclaboussant de l'eau dans le même évier - comme s'il s'agissait de vagues interférant l'une avec l'autre.

Au 20ème siècle, les scientifiques ont commencé leurs explorations pionnières dans les particules comme les neutrons et les électrons. Le célèbre physicien Albert Einstein s'est demandé ce qui se passerait si vous émettiez de la lumière un photon à la fois dans l'expérience à double fente. Ce que les scientifiques ont vu les a stupéfaits - parce que les photons uniques se sont comportés avec le même motif d'interférence que celui qui s'est produit avec des faisceaux de lumière à grande échelle traversant les deux fentes, introduire des éléments de la mécanique quantique qui élèvent les propriétés de la lumière dans des domaines que nous ne comprenons toujours pas vraiment.

Finalement, disent nos hôtes, vous pouvez appeler la lumière à la fois une particule et une onde, et vous auriez raison à un certain niveau. Mais quant à expliquer pleinement le fonctionnement de la lumière, nous y travaillons toujours.

Maintenant c'est intéressant

Le comportement particulaire de la lumière devient plus évident selon l'endroit où vous l'observez. Dans le vide de l'espace, zips légers à plus de 186, 000 milles par seconde (300, 000 kilomètres par seconde). Mais pointez un faisceau de lumière sur un morceau de matière très dense - disons, un diamant - et il ralentit à "seulement" autour de 77, 000 milles par seconde (124, 000 kilomètres par seconde).