Histoire de la science de la lumière avec Serge Haroche, Prix Nobel de physique 2012

Mais qu'est ce que la lumière ? Les questions des Anciens sur les mystères de la lumière étaient les suivantes : «  Remplit-elle tout l’espace instantanément ou se propage t elle avec une vitesse finie ? Est elle de même nature que la matière ou d’une essence ? «  Hélas, il n'y avait pas de réponses et les lois de l'optique étaient juste entrevues dans l’Antiquité et au Moyen Age . Il a fallu attendre la méthode scientifique du XVII siècle pour que les secrets de la lumière se révèlent enfin et les observations, l’expérimentation, les mesures quantitatives, l élaboration des théories mathématiques prirent le pas sur les récits mythiques. Connaissances fondamentales et instrumentation avancèrent de concert,  illustrant dès cet époque la symbiose entre la recherche inspirée par la pure curiosité – le blue sky research des Anglais- et la technologie. 

Galilée fut le premier savant de l’ère moderne à avoir l intuition que la lumière devait, comme le son, se propager à vitesse finie. Galilée contribua à la mesure de la vitesse de la lumière avec le perfectionnement de la lunette astronomique, un tube fermé par deux lentilles et il fut le premier en 1610 à poser un regard véritablement scientifique sur le ciel. Il observa la lune, mais surtout il découvrit  quatre satellites de Jupiter qui allaient devenir une horloge astronomique. La période des satellites de Jupiter devait être stable et fournir une mesure du temps. D autres expériences ont suivi  comme celles de Cassini et Richer et depuis on sait que la valeur réelle de la vitesse de la lumière voisine de 300 000 kms/s.

Quelle est la nature de ce rayonnement ?  Pour  répondre à cette question fondamentale sur la nature de la matière avec laquelle la lumière interagissait, durant la seconde moitié du XIX il y a eu avec les travaux de Maxwell.  Puis surtout ,  au début du XX ème siècle l’avènement des théories de la relativité et de la physique quantique allait apporter des réponses décisives à toutes ces questions . Einstein  a été le premier en 1905 à jeter les bases de cette physique nouvelle, la physique quantique, en introduisant le concept de photon. Il a apporté des contributions essentielles au développement de la théorie quantique. Dans un   article « Un point de vue heuristique sur la production et la transformation de la lumière » il donne une explication aux propriétés alors incomprises du rayonnement thermique et interprète les caractéristiques surprenantes de l effet photoélectrique, nouvellement observé. Et ce faisant, il introduit les concepts révolutionnaires de photon, et de dualisme ondes et particules. Einstein affirmait  de façon révolutionnaire que la lumière était une onde lorsqu’elle se propageait et se manifestait par des phénomènes d’interférence, et qu’elle était formée d’entités discrètes quand elle interagissait avec la matière !  Il a été le premier à comprendre que la lumière est à la fois une onde et un ensemble de particules, qu’on a appelé les photons.

avec Serge Haroche est professeur honoraire au Collège de France. Membre de l’Académie des sciences et prix Nobel de physique en 2012 pour la mise en œuvre des méthodes permettant de manipuler et de mesurer des objets quantiques individuels, il a mené ses recherches avec son équipe au sein du laboratoire Kastler Brossel de l’École normale supérieure. 

Il est l’auteur de la «La lumière révélée ; De la lunette de Galilée à l'étrangeté quantique» Ed Odile Jacob