La lumière… est-ce une particule ou une onde? Quelle mécanique fondamentale en régit le comportement? Et surtout, le simple fait d'observer modifie-t-il ce comportement? C'est l'énigme que les physiciens quantiques ont intriguée pendant de nombreux siècles, depuis la théorie de la mécanique des ondes photoniques et la première expérience de la double fente.
Également connue sous le nom d'expérience de Young, elle impliquait des faisceaux de particules ou des ondes cohérentes passant par deux fentes étroitement espacées, dont le but était de mesurer les impacts résultants sur un écran derrière eux. En mécanique quantique, l'expérience à double fente a démontré l'inséparabilité des natures d'onde et de particules de la lumière et d'autres particules quantiques.
L'expérience Double Slit a été dirigée pour la première fois par Thomas Young en 1803, bien que Sir Isaac Newton aurait effectué une expérience similaire à son époque. Au cours des expériences originales, Newton a éclairé un petit cheveu, tandis que Young a utilisé un bout de carte avec une fente coupée dedans. Plus récemment, les scientifiques ont utilisé une source de lumière ponctuelle pour éclairer une plaque mince avec deux fentes parallèles, et la lumière passant à travers les fentes frappe un écran derrière elles.
S'appuyant sur la théorie classique des particules, les résultats de l'expérience auraient dû correspondre aux fentes, les impacts sur l'écran apparaissant sur deux lignes verticales. Mais ce n'était pas le cas. Les résultats ont montré dans de nombreuses circonstances un modèle d'interférence, quelque chose qui ne pouvait se produire que si des modèles d'ondes avaient été impliqués.
Les particules classiques n'interfèrent pas entre elles; ils entrent simplement en collision. Si des particules classiques sont tirées en ligne droite à travers une fente, elles frappent toutes l'écran selon un motif de la même taille et de la même forme que la fente. Lorsqu'il y a deux fentes ouvertes, le motif résultant sera simplement la somme des deux motifs à fente unique (deux lignes verticales). Mais encore et encore, l'expérience a démontré que les faisceaux de lumière cohérents interféraient, créant un motif de bandes lumineuses et sombres sur l'écran.
Cependant, les bandes sur l'écran se sont toujours révélées être absorbées comme si elles étaient composées de particules discrètes (alias photons). Pour rendre les choses encore plus confuses, des appareils de mesure ont été mis en place pour observer les photons lorsqu'ils traversaient les fentes. Lorsque cela a été fait, les photons sont apparus sous forme de particules et leurs impacts sur l'écran correspondaient aux fentes, de minuscules taches granulométriques réparties en lignes verticales droites.
En mettant en place un dispositif d'observation, la fonction d'onde des photons s'est effondrée et la lumière s'est de nouveau comportée comme des particules classiques! Cela ne pourrait être résolu qu'en affirmant que la lumière se comporte à la fois comme une particule et une onde, et que leur observation fait rétrécir l'éventail des possibilités comportementales au point où leur comportement redevient prévisible.
L'expérience Double Slit a non seulement donné naissance à la théorie des ondes de particules des photons, mais elle a également sensibilisé les scientifiques au monde incroyable et déroutant de la mécanique quantique, où rien n'est prévisible, tout est relatif et l'observateur n'est plus un sujet passif. , mais un participant actif ayant le pouvoir de changer le résultat. Pour une démonstration animée de l'expérience Double Slit, cliquez ici.
Nous avons écrit de nombreux articles sur l'expérience à double fente pour Space Magazine. Voici un forum de discussion sur une expérience maison à double fente, et voici un article sur la dualité onde-particule.
Si vous souhaitez plus d'informations sur l'expérience à double fente, consultez ces articles sur Physorg.com et Space.com.
Nous avons également enregistré un épisode entier d'Astronomy Cast consacré à la mécanique quantique. Écoutez ici, épisode 138: Mécanique quantique.
