La lumière est un rayonnement électromagnétique visible, produit par des oscillations extrêmement rapides d'un champ électromagnétique dans une gamme de fréquences perceptibles par l'œil humain.
Les sensations de couleur proviennent des différentes fréquences d'oscillation des ondes : d'environ 4×10¹⁴ oscillations par seconde pour la lumière rouge à environ 7,5×10¹⁴ oscillations par seconde pour la lumière violette.
Le spectre visible de la lumière est généralement défini par un domaine de longueurs d'onde allant de 400 nm (violet) à 750 nm (rouge). Les longueurs d'onde inférieures à 400 nm correspondent au rayonnement ultraviolet ; les longueurs d'onde encore plus basses caractérisent les rayons X. Les longueurs d'onde supérieures à 750 nm correspondent aux radiations infrarouges et celles encore plus élevées caractérisent les ondes radio.
Caractéristiques et nature de la lumière
La lumière se propage en suivant une trajectoire rectiligne et l'intensité lumineuse par unité de surface diminue avec le carré de la distance à la source. Lorsque la lumière rencontre un corps, elle est absorbée, réfléchie ou transmise (ces phénomènes pouvant se produire simultanément). La lumière réfléchie par une surface irrégulière est renvoyée dans toutes les directions. Certaines fréquences sont réfléchies plus fortement que d'autres, ce qui donne aux objets leur couleur caractéristique. Les surfaces blanches réfléchissent la lumière de façon égale pour toutes les longueurs d'onde ; les surfaces noires absorbent pratiquement toute la lumière. Seules les surfaces très polies, comme celle d'un miroir, assurent la réflexion des images.
Définir la nature de la lumière a toujours été un problème fondamental en physique. Le mathématicien et physicien britannique Isaac Newton décrivit la lumière comme une émission de particules, tandis que l'astronome, mathématicien et physicien néerlandais Christiaan Huygens la considérait comme un ensemble d'ondes.
En fait, les deux théories sont complémentaires : la théorie quantique a montré que la lumière se comporte à la fois comme un ensemble de particules et comme une onde (voir Dualité onde-particule). Les ondes oscillant à angle droit par rapport à la direction du déplacement, la lumière peut être polarisée suivant deux plans perpendiculaires.
Vitesse de la lumière et applications
La vitesse de la lumière fut mesurée pour la première fois en laboratoire par le physicien français Hippolyte Fizeau. De nos jours, les physiciens ont fixé la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide qui sert d'étalon dans le Système international d'unités (SI) : c = 299 792 458 m/s. Le mètre est donc défini comme la longueur du chemin parcouru par la lumière dans le vide pendant 1/299 792 458 s.
On utilise la lumière pour mesurer les grandes distances en déterminant le temps mis par une impulsion lumineuse ou d'ondes radio pour atteindre une cible et en revenir. C'est le principe du radar et du sonar (c'est ainsi que l'on a mesuré avec précision la distance de la Terre à la Lune).
On définit l'indice de réfraction d'un milieu comme étant le rapport c/v, v étant la vitesse de propagation de la lumière dans le milieu considéré. Ainsi, dans l'air, la vitesse de la lumière est à peu près égale à c ; dans l'eau, elle est égale à 75 % de c ; dans le verre, elle est égale à environ 55 ou 60 % de c selon le type de verre.
La lumière joue un rôle important dans certains phénomènes chimiques, comme en photographie. La lumière solaire est également utilisée par les plantes lors de la photosynthèse.