L’atelier de Thomas Young

Étape 1 · 1773–1829

Le dernier homme qui savait tout.

Médecin, physicien, linguiste : Young a touché à presque tout, et laissé son nom partout.

1Parcours sa vie

Thomas Young étudie à la loupe un moulage de la pierre de Rosette.

Sa vie

Étape 2 · Londres, 1803

La table de Thomas Young.

De l’eau, un rayon de soleil, un écran et une bougie : quatre expériences pour découvrir que la lumière fait des vagues.

2Essaie les quatre instruments

Clique sur les objets de la table. Chacun se manipule : parie d’abord, puis vérifie.

Étape 3 · 1690–1830

Grains ou vagues ?

Pendant plus d’un siècle, deux idées de la lumière s’affrontent. Celle de Newton a gagné… pour un temps.

3Vérifie ton hypothèse

Le duel

Deux visions de la lumière

Newton : des grains

En 1704, dans son livre Opticks, Isaac Newton décrit la lumière comme un jet de minuscules grains. Ils filent tout droit, ce qui explique les ombres nettes, et rebondissent sur les miroirs comme des balles.

Huygens : des vagues

En 1690, le Néerlandais Christiaan Huygens publie son Traité de la lumière : la lumière serait une vague qui se propage, comme le son dans l’air ou les ronds dans l’eau. Mais une vague devrait contourner les obstacles… et les ombres semblent nettes.

Une idée clé

C’est quoi, un paradigme ?

Des lunettes partagées

Un paradigme, c’est la façon de voir le monde que partagent les savants d’une époque : ce qu’ils tiennent pour vrai, les questions qu’ils jugent sérieuses, les expériences qu’ils trouvent convaincantes. Le mot a été popularisé en 1962 par l’historien des sciences Thomas Kuhn.

Comment il change

Tant que tout marche, personne ne remet les lunettes en question. Puis des anomalies s’accumulent : des résultats que le paradigme n’explique pas. Un jour, une nouvelle façon de voir s’impose. Kuhn appelle ce basculement une révolution scientifique. Comme pour le dessin du canard-lapin : les traits ne changent pas, c’est la manière de les voir qui change.

Étape 4 · à partir de 1961

Avec ou sans observateur.

Refaisons l’expérience de Young avec des grains de matière, et regardons ce qui se passe quand on espionne leur chemin.

4Fais les deux paris

Je fais l’expérience

Un électron à la fois

Au XXe siècle, on refait l’expérience de Young avec des électrons, de minuscules grains de matière, tirés un par un. Personne ne s’attendait à ce résultat.

Très simplement

Ce que ça veut dire

1. Une onde de possibilités

Avant d’être détecté, l’électron se comporte comme une onde qui passe par les deux fentes. Cette onde ne transporte pas de matière : elle indique où l’électron a des chances d’arriver.

2. Un point à l’arrivée

Quand il touche l’écran, l’électron apparaît en un seul point. On ne peut pas prédire lequel : seulement la probabilité. Les bandes, c’est cette probabilité qui se dessine, électron après électron.

3. Savoir efface les bandes

Si un appareil note par quelle fente passe l’électron, l’onde ne peut plus interférer avec elle-même : les bandes disparaissent. Niels Bohr appelle cela la complémentarité : on peut voir l’aspect onde ou l’aspect grain, jamais les deux à la fois.

Étape 5 · 1900–1965

Un nouveau paradigme.

Les bandes de Young reviennent au cœur d’une nouvelle révolution scientifique : la physique quantique.

5Range les idées

Ceux qui ont changé les lunettes

Le nouveau paradigme

Classique ou quantique ?

Range chaque idée dans le paradigme où elle est vraie.

Étape 6 · 1909–aujourd’hui

Deux siècles de bandes.

L’expérience a été refaite avec de la lumière de plus en plus faible, puis des électrons, puis des molécules entières.

6Parcours la frise

L’héritage

Bilan

Ce que tu as retrouvé.

1

Les ondes interfèrent

Deux vagues peuvent s’additionner ou s’annuler : de là naissent les bandes.

2

Un paradigme peut basculer

Une bonne expérience ne suffit pas : il faut aussi changer la façon de voir.

3

Observer, c’est interagir

Dès qu’une trace du chemin existe, les bandes disparaissent.

Ton carnet

Pour aller plus loinL’atelier de SchrödingerLe chat dans la boîte, les qubits, et cent ans de bizarreries quantiques.

L’atelier · Les savants

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Thomas Young et les deux fentes.