La théorie corpusculaire de la lumière d'Isaac Newton

La théorie corpusculaire de la lumière

Selon cette théorie, développée en 1671 par le physicien anglais Isaac Newton, la lumière était la projection de corpuscules matériels (que Newton appelait des « hits ») émis par une source lumineuse. Ces corpuscules se propagent rapidement et en ligne droite (en raison de leur inertie) à travers tous les milieux semi-transparents et homogènes.

Propagation et réflexion

Ce modèle particulaire explique avec succès non seulement la propagation rectiligne de la lumière, mais aussi sa réflexion, qui survient à la suite de collisions élastiques des corpuscules avec la surface des corps. S'il n'y a pas de frottement, la composante tangentielle de la vitesse des particules ne change pas, tandis que la composante normale est inversée, en raison de la différence énorme entre la masse des particules de lumière et celle du corps lumineux. En conséquence, les angles d'incidence et de réflexion sont égaux.

Phénomènes lumineux

La théorie corpusculaire permet également une compréhension d'autres phénomènes lumineux découverts plus tard, comme l'effet photoélectrique et l'effet Compton.

La réfraction selon Newton

En ce qui concerne la réfraction, Newton, pour expliquer le changement soudain de vitesse de la lumière lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre, admet l'existence de forces agissant à très petites distances, au voisinage de la frontière des deux milieux, entre les corpuscules de lumière et les atomes du matériau. Ces forces n'affectent pas la composante tangentielle de la vitesse, mais modifient la composante normale, entraînant un changement de direction du faisceau lumineux. Ainsi, lorsque la lumière passe de l'air à l'eau, elle change de direction en s'approchant de la normale, selon les relations suivantes :

sin i / sin r = v₁ / v₂

La vitesse de la lumière

Selon cette théorie, comme i > r, la vitesse de la lumière dans l'eau devrait être plus grande que dans l'air. À l'époque de Newton, il n'existait pas de moyens de mesurer une vitesse aussi élevée pour prouver ou réfuter cette expression. Ce n'est qu'en 1862 que le Français Léon Foucault a constaté expérimentalement que la vitesse de la lumière, contrairement à l'hypothèse de Newton, était plus faible dans les milieux denses, atteignant sa valeur maximale dans le vide.

Limites du modèle

Outre la réfraction, le modèle particulaire « échoue » dans l'interprétation d'autres phénomènes comme la diffraction et les interférences. Toutefois, le prestige de Newton a permis à la théorie corpusculaire d'être acceptée par la plupart des scientifiques de son temps, maintenant sa suprématie pendant plus d'un siècle face au modèle ondulatoire proposé par Huygens.

n₁ sin i = n₂ sin r, où n₂ est l'indice de réfraction du milieu 2 et n₁ l'indice de réfraction du milieu 1. Lorsque n₁ > n₂, alors i < r. Il existe un certain angle d'incidence, appelé angle critique, pour lequel r = 90°. Si l'angle d'incidence est supérieur à cet angle limite, la réfraction ne se produit pas : le faisceau est totalement réfléchi à la limite des deux milieux. Ce comportement est appelé réflexion totale.