L’expérience de la double fente de Thomas Young
L’expérience de la double fente de Thomas YoungThomas Young, médecin et physicien britannique (interférence lumineuse)
Le physicien anglais Thomas Young (1773-1829) est surtout connu pour son expérience d’interférence à double fente qui a validé la théorie ondulatoire de la lumière et pour le module d’élasticité qui porte son nom.
À propos de Thomas Young, le célèbre physicien Sir Humphry Davy a écrit : « C’était un homme très aimable et de bonne humeur… d’une érudition universelle et d’un savoir-faire presque universel. S’il s’était limité à un seul domaine de connaissances, il aurait été le premier dans ce domaine. Mais en tant que mathématicien, érudit, hiéroglyphiste, il était éminent, et il savait tellement de choses qu’il était difficile de dire ce qu’il ne savait pas ».
Young est né à Milverton près de Taunton le 16 juin 1773, de parents quakers. Enfant prodige, il avait lu deux fois la Bible à l’âge de quatre ans et lisait et écrivait le latin à six ans. À l’âge de 14 ans, il connaissait au moins cinq langues, et son répertoire a fini par atteindre 12 langues.
Young choisit la médecine comme carrière et se forme aux universités de Londres, d’Édimbourg, de Göttingen et enfin de Cambridge (1797-1799). En 1808, il commence à exercer à Londres, mais en raison de son franc-parler et de sa méfiance à l’égard des pratiques de purge et de saignée alors courantes, il n’est pas populaire auprès de ses patients. En 1811, il rejoint le personnel de l’hôpital St. George. Il meurt dans sa maison de Londres le 10 mai 1829.
Thomas Young et la nature ondulatoire de la lumière
L’un des jalons de la science de la lumière commémoré au cours de cette Année internationale de la lumière et des technologies basées sur la lumière est « la notion de lumière en tant qu’onde proposée par Fresnel en 1815 », c’est-à-dire la célébration du deuxième centenaire de la présentation du document d’Augustin Fresnel intitulé Premier Mémoire sur la Diffraction de la Lumière devant l’Académie des Sciences de Paris le 15 octobre 1815 et publié l’année suivante. Fresnel a contribué de manière significative à l’établissement de la théorie ondulatoire de la lumière et, par la suite, cette théorie a connu un grand succès et a donné lieu à un flot de nouvelles découvertes.
Cependant, c’est un érudit et médecin britannique du nom de Thomas Young qui a démontré de manière convaincante la nature ondulatoire de la lumière – contrairement aux idées de Newton qui pensait que la lumière était composée d’un flux de particules – grâce à l’expérience de la double fente, connue aujourd’hui sous le nom d’expérience de l’interférence lumineuse de Young.
À 28 ans, Young abandonne la pratique médicale pour rejoindre la Royal Institution de Londres. En deux ans, il a donné 91 conférences. Il fut l’une des premières personnes à déchiffrer les hiéroglyphes égyptiens et joua un rôle clé dans le décodage de la pierre de Rosette. C’était aussi un grand linguiste, le premier à avoir identifié de nombreuses similitudes entre des langues qu’il a lui-même appelées langues indo-européennes.
Young a mené des études sur la vision et l’œil humain et il a proposé la théorie des trois couleurs de la vision, qui n’a été confirmée que cent cinquante ans plus tard. Il a également mené des recherches sur le son, l’audition et la voix humaine et c’est à ce moment-là qu’il s’est demandé si le son et la lumière avaient la même nature d’onde. L’Encyclopœdia Britannica résume Young comme « médecin et physicien anglais qui a établi le principe d’interférence de la lumière et a ainsi ressuscité la théorie ondulatoire de la lumière, vieille d’un siècle. Il était également un égyptologue qui a aidé à déchiffrer la pierre de Rosette ». En fait, Young a fait des découvertes dans pratiquement tous les domaines qu’il a étudiés, notamment la physique (la théorie ondulatoire de la lumière), l’ingénierie (le module d’élasticité), la physiologie (le mécanisme de la vision), l’égyptologie, la linguistique, etc. Pour beaucoup de gens, Young est « le dernier homme qui savait tout ».
Sa principale contribution au domaine de la lumière est l’expérience de la double fente, qui a été considérée non seulement comme « l’une des plus belles expériences de physique », mais aussi comme « l’expérience préférée de la lumière ». Avec cette expérience, Young a remis en question les théories d’Isaac Newton et a prouvé que la lumière est une onde, car la lumière subite le phénomène d’interférence qui est typique des ondes. Entre 1801 et 1803, Young a donné une série de conférences à la Royal Society soulignant la théorie ondulatoire de la lumière et y ajoutant un nouveau concept fondamental, le principe dit d’interférence. L’expérience des doubles fentes est une expérience merveilleusement simple, qui a permis à Thomas Young de démontrer pour la première fois de manière convaincante la nature ondulatoire de la lumière. Lorsque les ondes sortant de deux fentes étroites sont superposées sur un écran placé à une certaine distance parallèlement à la ligne reliant ces fentes, un motif de franges claires et sombres régulièrement espacées apparaît sur l’écran (motif d’interférence). Il s’agit de la première preuve claire que la lumière ajoutée à la lumière peut produire l’obscurité. L’interférence s’accompagne d’une redistribution spatiale de l’intensité optique sans violation de la conservation de l’énergie. Ce phénomène est connu sous le nom d’interférence et grâce à cette expérience, les idées intuitives de Huygens concernant la nature ondulatoire de la lumière ont été confirmées. Thomas Young s’y attendait, car il croyait en la théorie ondulatoire de la lumière et, à son avis, c’était la plus importante de ses nombreuses réalisations.
Le 12 novembre 1801, Young donne la conférence Bakerian intitulée On the Theory of Light and Colours à la Royal Society, et le 24 novembre 1803, également la conférence Bakerian intitulée Experiments and Calculations relative to Physical Optics. Dans cette dernière, il est en mesure d’offrir plus que des spéculations en présentant la « démonstration expérimentale de la loi générale de l’interférence de la lumière » et une « inférence argumentative concernant la nature de la lumière », concluant que la lumière est une onde. En effet, toutes les ondes connues à cette époque avaient besoin d’un support matériel pour se propager, comme c’est le cas pour les ondes sonores et les vagues d’eau. C’est pourquoi, dans sa conférence de 1801, Young a souligné que la lumière se propageait dans un milieu, l’éther luminifère, et a conclu qu' »un éther luminifère imprègne l’univers, rare et élastique à un haut degré » et qu’il ne doutait pas que « la lumière radiante consiste en ondulations de l’éther luminifère ». Il a également déclaré que « La sensation des différentes couleurs dépend de la fréquence différente des vibrations, excitées par la lumière dans la rétine. »
En 1803, cependant, presque personne n’accepte immédiatement les idées radicales de Young sur la nature de la lumière. Young publie en 1807 son magnus opus, A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts, composé de deux volumes in-quarto de plus de mille cinq cents pages, décrit par le physicien Joseph Larmor (1857-1942) comme « le plus grand et le plus original de tous les cours généraux ». L’expérience de la double fente est décrite dans le cours 39 de ce livre, y compris une série de diagrammes sur l’expérience à la planche XXX.
Expérience à double fente
Thomas Young était un médecin britannique et un physicien réputé qui s’est démarqué par ses contributions majeures à la science. En 1794, il fut élu membre de la célèbre Royal Society of London for Improving Natural Knowledge. Thomas Young s’est concentré sur la science optique. Parmi ses principales réalisations figurait l’expérience d’interférence, également appelée interféromètre à double fente de Young, qu’il réalisa pour la première fois en 1802.
Qu’a-t-il démontré dans son expérience ?
La réponse est : Interférence lumineuse
En 1801, un physicien anglais nommé Thomas Young a réalisé une expérience qui a fortement déduit la nature ondulatoire de la lumière. Parce qu’il croyait que la lumière était composée d’ondes, Young a estimé qu’un certain type d’interaction se produirait lorsque deux ondes lumineuses se rencontraient. Ce didacticiel interactif explore la manière dont les ondes lumineuses cohérentes interagissent lorsqu’elles traversent deux fentes rapprochées.
Pour l’expérience à double fente, des particules quantiques – telles que des particules de lumière – sont projetées sur une plaque à deux fentes. Un écran d’observation est monté à une distance considérable de cette plaque. Lorsqu’elles sont projetées sur cette plaque, les particules quantiques traversent les fentes en même temps. Derrière la plaque ils se superposent pour former une vague. Pour cette raison, plusieurs bandes lumineuses et sombres apparaissent maintenant sur l’écran d’observation, appelées « modèles d’interférence ». Interférence signifie donc : une onde frappe une double fente et crée derrière elle deux nouvelles ondes en interaction. Le phénomène d’interférence ou le motif d’interférence visible peut par exemple être observé en regardant des bulles de savon irisées ou une tache d’huile sur la route.
Médecin, physicien et égyptologue anglais qui a renforcé la théorie ondulatoire de la lumière par son étude des interférences lumineuses. Lorsqu’il était étudiant en médecine, il avait découvert comment la forme du cristallin de l’œil changeait pour faire la mise au point. En 1801, il a reconnu la cause de l’astigmatisme. Young a démontré la nature ondulatoire de la lumière, la polarisation de la lumière, les franges d’interférence, et a expliqué les couleurs observées dans les films minces comme les bulles de savon. Il a associé la longueur d’onde à la couleur de la lumière, et la perception par l’œil de toute couleur comme un mélange de rouge, de bleu et de vert. Le module de Young doit son nom à ses travaux sur l’élasticité. Il a également travaillé à la mesure de la taille des molécules et de la tension superficielle des liquides. Il était également un égyptologue qui a aidé à déchiffrer la pierre de Rosette.
Thomas Young (1773-1829) 
https://www.bbvaopenmind.com/en/science/leading-figures/thomas-young-and-the-wave-nature-of-light/
https://www.olympus-lifescience.com/fr/microscope-resource/primer/java/doubleslitwavefronts/
https://www.osram.fr/ds/lightquiz/light-quiz-double-slit-experiment/index.jsp
https://todayinsci.com/Y/Young_Thomas/YoungThomas-BioHarpers(1890).htm