Page 466 - eco-savoirs pour tous

Tous les corps chauffés émettaient un rayonnement qui dépendait de
leur température. À la fin du 19 siècle, on avait déjà réalisé une analyse
ème
spectrale de ce rayonnement, c’est-à-dire que l’on savait, pour chaque tem-
pérature, quelle était la puissance rayonnée dans un domaine précis de fré-
quences. Mais bien que la communauté des physiciens se soit penchée at-
tentivement sur ce problème, aucun d’entre eux n’avait trouvé une formule
qui expliquait exactement les résultats expérimentaux. Planck y arriva en
déduisant que l’énergie émise à une fréquence donnée ne pouvait être qu’un
multiple entier d’un quantum d’énergie, proportionnel à la fréquence émise.
Cette proportionnalité impliquait une référence à une constante, appe-
lée depuis constante de Planck, et notée h, dont la valeur a été calculée à
6x10 joules/seconde. La fréquence de la lumière visible étant de l’ordre
-34
de 1015 hertz, les quanta d’énergie ont une valeur telle qu’un petit insecte
pesant 1 milligramme qui s’élèverait de 1 millimètre par rapport au sol four-
nirait une énergie égale à cent milliards de ces quanta d’énergie. Planck lui-
même n'avait d'abord pas cru à la réalité des quanta, et il avait qualifié leur
utilisation d’acte de désespoir, destiné à obtenir coûte que coûte un résultat
utile. Puis il en comprit mieux le sens.

En 1905, Albert Einstein a franchi un autre pas décisif dans ce domaine
en voulant expliquer l’effet photoélectrique. Avant lui, Hertz avait déjà re-
marqué qu’un morceau de métal soumis à un rayonnement ultraviolet ac-
quérait une charge électrique, et Thomson avait montré que cette charge
venait du fait que des électrons étaient arrachés au métal, par effet photoé-
lectrique. Or, la lumière à une fréquence trop basse était incapable d’arra-
cher le moindre électron, quelle que soit l’intensité du rayonnement.
Pour expliquer cela, Einstein proposa l’hypothèse que la lumière soit
constituée de particules, appelées photons, qui avaient une énergie égale
à hf, où h était la constante de Planck et f la fréquence du rayonnement.
Pour comprendre l’effet photoélectrique, il fallait admettre (outre qu’un
atome ne puisse absorber qu’un photon à la fois) que lorsque la fréquence
était trop basse, l’énergie reçue par l’atome était insuffisante pour lui ar-
racher un électron. Certains contemporains attendaient qu'Einstein dise
qu’il s’agissait ici encore d’une astuce de calcul, mais il avait fini par croire
à l’existence de ses photons, et il leur attribua une quantité de mouve-
ment, ce qui est le propre des particules. La réalité de ces particules a
ensuite été démontrée dans ce qu’on appelle l’effet Compton (1923), qui
décrit la collision entre un électron et un photon, comme on décrirait la
collision de deux billes. La lumière présentait dès lors une double qualité.

466 Eco-Savoirs pour tous rev.1.4 fr © LEAI Marc CARL