Remarques préliminaires Avant d'entreprendre un voyage dans le monde de la lumière

Chapitre 1 : Étranges vagues de lumière
Nous sommes si près des ondes ! | Dans quel sens se propagent les ondes ? | Nommons chaque composante de l'onde | Calculons la vitesse de l'onde | Qu'est-ce qui transmet la lumière ? | La lumière est à la fois une onde et une particule
Chapitre 2 Au-delà de la lumière visible : la lumière invisible
Famille forte, famille douce, famille électromagnétique | Lumière visible, lumière visible | Lumière au-delà du rouge | Lumière au-delà du violet
Chapitre 3 : La lumière se propageant en ligne droite, la lumière se réfléchissant et la lumière se réfractant
La lumière se propage en ligne droite, mais elle se réfléchit aussi. | Comment les images pénètrent-elles dans l'œil ? | La lumière se courbe | Pourquoi les objets dans l'eau paraissent-ils courbés ? | La réfraction de la lumière crée les couleurs de l'arc-en-ciel | Lumière piégée, utilisation de la lumière piégée | Intégration d'informations dans la lumière, à la vitesse de la lumière
Chapitre 4 : Lumière vive, lumière sombre et lumière courbe
Quand les vagues se rencontrent | Le secret de l'arc-en-ciel découvert sous nos pieds | Un secret vieux de 1,3 milliard d'années révélé | La lumière se courbe à leur rencontre
Chapitre 5 : Un monde coloré peint avec la lumière
Yeux et cellules visuelles | Les cônes, la coloration du monde | Première méthode de création des couleurs : le mélange | Deuxième méthode de création des couleurs : l’absorption | Bien réfléchir, c’est joli
Chapitre 6 : La naissance et l'évolution de la lumière
L'histoire de l'électricité, la lumière qui a illuminé les nuits de l'humanité | La première ampoule à incandescence | La lumière fluorescente, l'essor de l'éclairage électrique | L'avenir de l'éclairage électrique, les LED | La lumière des écrans | Sous quelle lumière lirons-nous ce livre à l'avenir ?
Chapitre 7 : Prenez soin de notre univers
À la recherche des secrets célestes | La danse des atomes et des molécules | Comment la lumière se divise et forme des spectres | La danse des atomes est inscrite dans le spectre | Où la spectroscopie peut-elle être utilisée ?
Chapitre 8 : Un nouveau monde révélé par la science de la lumière
À la recherche d'une nouvelle lumière | Transporter l'information par la lumière | Les réseaux à l'ère numérique | Conclusion du voyage
Conclusion Par la lumière, vers nos origines et au-delà

Notes complémentaires | Références

De la lumière primordiale qui illuminait la nuit à celle qui est aujourd'hui au cœur de la physique moderne.

Imprimantes laser, lecteurs de codes-barres de supermarché, chirurgie LASIK, réseaux de fibres optiques, rayons X, télescopes astronomiques… Qu’ont-ils tous en commun ? Ils sont tous le fruit de technologies scientifiques qui exploitent les propriétés de la lumière.
La lumière que nous voyons est celle qui a quitté le soleil il y a 8 minutes.
La lumière atteint la Terre et devient une source d'énergie.
Les sources de lumière artificielle créées par l'homme ont éclairé la nuit dans les temps primitifs et ont progressivement joué un rôle décisif dans l'expansion du champ d'activité.
La lumière nous permet de percevoir les objets et de profiter des avantages de nombreuses technologies de pointe.
Grâce au réseau de communication optique qui connecte le monde, nous avons surmonté les limitations de la distance et nous trouvons également des pistes pour résoudre les problèmes environnementaux les plus graves auxquels la Terre est confrontée, tels que le réchauffement climatique et les problèmes énergétiques, dans la technologie optique qui utilise la lumière.

La lumière a toujours été, et deviendra encore plus, un acteur clé dans l'illumination de la civilisation.
Alors, quel est l'intérêt d'explorer l'histoire et le développement de la technologie optique, plutôt que de simplement profiter des avantages des technologies basées sur la lumière ? Lorsque la science et la technologie progressent, la plupart des gens ont tendance à rester de simples spectateurs.
Plus elle se perfectionne, plus elle dépasse le champ de compréhension du grand public.
Mais certains scientifiques souhaitent toujours faire connaître la science au grand public.
Cela est particulièrement vrai pour la génération montante.
Car, en tant qu'êtres humains vivant à l'ère du progrès technologique, nous devons veiller à ce que les avancées scientifiques contribuent au bonheur de l'humanité.
La surveillance est l'expression de la volonté de ne pas se laisser entraîner par le progrès scientifique.
En ce sens, tout citoyen vivant dans une société moderne se doit de posséder au moins un niveau minimal de connaissances scientifiques.
L’objectif de « Des adolescents qui s’y connaissent un peu en lumière » est de fournir aux adolescents les connaissances de base leur permettant de vivre en citoyens actifs dans une ère dominée par la science et la technologie, en particulier la technologie optique.



La lumière est le moyen le plus puissant de comprendre le monde.

La lumière, telle qu'elle est étudiée en physique, n'est pas facile à comprendre.
Non seulement des propriétés telles que le mouvement de la lumière sont difficiles à comprendre intuitivement, mais de nombreux aspects n'ont pas encore été correctement élucidés.
Bien que la théorie de la relativité et la mécanique quantique soient au cœur de la physique moderne, elles sont réputées pour leur difficulté.
En ce sens, 『10 Years Who Know a Little Light』 brille de plus en plus au fur et à mesure qu'on le lit.
L'effort de l'auteur pour expliquer les propriétés de la lumière en utilisant un vocabulaire riche et diversifié et en les reliant à des situations familières crée un sentiment de reconstruction d'un puzzle mondial, établissant un lien avec la manière dont les propriétés de la lumière sont utilisées dans la science moderne.

Supposons que nous sachions que lorsque la lumière traverse un prisme, elle se disperse en différentes couleurs qui composent l'arc-en-ciel.
À quoi cela sert-il ? Rares sont ceux qui ne se sont pas posé cette question en étudiant les sciences.
Ce livre explique que le domaine de la spectroscopie s'est développé en exploitant la propriété de la lumière à se disperser en différentes couleurs, et que cela peut être utilisé non seulement pour explorer les secrets du passé lointain, mais aussi pour entrevoir la possibilité d'étendre le champ d'action de l'humanité à l'espace.
La connaissance des propriétés de la lumière est essentielle pour comprendre la société moderne, armée de science et de technologie.

À quoi ressemblerait le monde sans lumière ? Les humains traitent une part importante des informations extérieures grâce aux informations visuelles.
La vue, c'est-à-dire le sens visuel, est le moyen le plus puissant par lequel nous percevons le monde.
La lumière joue ici un rôle primordial.
La science moderne a donc développé des écrans d'une beauté et d'un aspect très naturels, ainsi que des sources de lumière artificielle.
En construisant un réseau de communication optique capable d'envoyer de la lumière dans la direction souhaitée, l'information peut être acheminée aux quatre coins du monde.
Grâce à notre compréhension de la nature de la lumière, nous pouvons étudier la composition de l'atmosphère solaire sans avoir à nous rendre sur le Soleil, et nous pouvons également étudier l'environnement de planètes trop éloignées pour être atteintes.
Tout ceci est le résultat de la photonique utilisant la lumière.
En résumé, la lumière est le moyen le plus puissant par lequel nous comprenons le monde.



Un exemple d'utilisation des propriétés de la lumière : les réseaux de communication optique

Pouvez-vous seulement imaginer un monde sans téléphones portables ni internet pour explorer l'inconnu ? Une telle situation serait un véritable désastre.
Le réseau de communication optique, qui utilise la technologie optique, a joué un rôle crucial dans le partage et la diffusion de l'information.
Aujourd'hui, de vastes étendues de fibres optiques sont déployées au fond des océans, et ces fibres jouent un rôle clé dans le fonctionnement de ces réseaux.
Une fibre optique est un dispositif conçu pour transmettre la lumière dans une direction précise en utilisant la propriété de réflexion de la lumière, mais pour permettre à la lumière de parcourir une longue distance sans être absorbée par la fibre optique.
La lumière qui transmet les informations à ce moment-là est une lumière infrarouge à grande longueur d'onde.
Grâce à ce réseau de communication optique, des signaux binaires sont échangés en permanence, permettant ainsi à l'information de circuler partout.
Cela a permis au monde de surmonter bon nombre de ses limitations physiques.
C’est pourquoi les réseaux de communication optique sont également appelés « les vaisseaux sanguins de l’humanité ».



Deux exemples d'utilisation des propriétés de la lumière : la détection des ondes gravitationnelles

On peut dire que le prix Nobel de physique est un baromètre qui montre comment la science utilisant la lumière s'est développée.
Le prix Nobel de physique 2017 a été décerné à trois physiciens (Kip Thorne, Rainer Weiss et Barry Barish) pour la détection des ondes gravitationnelles.
Les ondes gravitationnelles sont des « tremblements de l’espace-temps » qui se produisent lorsque des objets d’une masse inimaginable, tels que les trous noirs, entrent en collision et fusionnent (p. 95).
Les ondes gravitationnelles détectées en 2016 ont été produites par la fusion de deux trous noirs il y a 1,3 milliard d'années. Leur détection signifie, premièrement, qu'elles ont confirmé la théorie de la relativité générale d'Einstein, qu'il a proposée il y a plus d'un siècle. Deuxièmement, elle signifie que nous pouvons désormais obtenir des informations précises sur l'espace-temps de l'univers.
La détection des ondes gravitationnelles repose sur un phénomène appelé interférence lumineuse.



Trois exemples des propriétés de la lumière, présentes dans presque tout ce que nous rencontrons au quotidien.

Les magnifiques figures de diffraction créées par les ondes lumineuses, les vitraux sacrés des églises composés des trois couleurs primaires de la lumière, l'arc-en-ciel qui colore magnifiquement le ciel grâce à la lumière réfractée, le Wi-Fi et le Bluetooth qui permettent aux gens de communiquer à tout moment et n'importe où, le GPS qui permet de localiser des objets, les rayons X qui sauvent des vies, les lasers utilisés en médecine et les radiotélescopes qui explorent les secrets de l'univers – tous ces phénomènes ou résultats sont créés par les propriétés de la lumière.
Même sans la chercher, nous trouvons la lumière en allumant une lampe dans la nuit noire ou grâce à la faible lumière qui filtre par une fenêtre à l'aube.




Caractéristiques de ce livre

La partie concernant la lumière dans les cours de physique est difficile à comprendre intuitivement.
L'image d'un objet reflété dans un miroir se forme sur la rétine par réflexion de la lumière provenant de l'objet, mais on a l'impression que l'image de l'objet arrive au cerveau en ligne droite depuis le miroir.
Les couleurs que nous percevons résultent du mélange ou de la réflexion de la lumière de différentes longueurs d'onde, mais ce processus n'est pas perçu.
Par conséquent, pour comprendre la lumière, nous devons apprendre un processus que nous n'avons pas encore expérimenté.
Il est forcément difficile d'apprendre quelque chose que l'on ne peut pas expérimenter.
Ce livre explique fidèlement les différentes propriétés de la lumière — à savoir que la lumière se comporte à la fois comme une onde et une particule, qu'elle se propage en ligne droite mais aussi qu'elle se courbe, et qu'elle se disperse en différentes longueurs d'onde — et introduit en particulier l'intersection de ces propriétés avec la technologie optique moderne.

L'humanité n'a cessé de rechercher des sources de lumière artificielle efficaces, et le laser en est l'un des résultats.
La technologie d'amplification laser a progressé au point où l'on peut envisager la fusion nucléaire.
Cela attire l'attention car c'est une piste pour résoudre les problèmes les plus graves auxquels la Terre est confrontée aujourd'hui : la pollution environnementale et le réchauffement climatique.
Lorsqu'un rayon lumineux traverse un gaz donné, une partie le traverse tandis qu'une autre est absorbée, en fonction de sa longueur d'onde.
Grâce à cela, les humains peuvent déduire la composition de l'atmosphère du soleil ou d'autres planètes même sans les avoir visitées directement.
Plutôt que de simplement expliquer les concepts complexes de la physique, il décrit précisément comment ils sont réellement appliqués en science et en technologie.
Il est également remarquable que l'histoire du prix Nobel de physique soit liée à l'histoire de la lumière, et plusieurs cas d'attribution sont expliqués en parallèle avec des exemples de progrès dans le domaine de la technologie optique.



L'imagination d'Einstein : « Si nous pouvions voyager à la vitesse de la lumière, à quoi ressemblerait la lumière ? »

Il y avait des scientifiques qui se tenaient sur la ligne de départ de l'histoire de la lumière.
Ils ont peut-être commencé à voir la lumière par pure curiosité.
On raconte qu'Einstein, qui a laissé derrière lui la théorie de la relativité, l'étape la plus importante de la physique moderne, avait coutume de poser cette question.
« Si l'on pouvait voyager à la vitesse de la lumière, à quoi ressemblerait-elle ? » Même les scientifiques eux-mêmes n'auraient peut-être pas su quelles conséquences cette question allait engendrer.
Je m'y suis accroché obstinément par curiosité.
Il n'est pas exagéré de dire que nous vivons des fruits de cette pure curiosité.

Sans la curiosité de Wilhelm Röntgen, nous n'aurions jamais découvert les rayons X, qui se situent en dehors du domaine ultraviolet.
C’est après cela que les rayons X ont commencé à sauver d’innombrables vies.
Sans les scientifiques qui observent les vibrations et étudient leurs propriétés, nous ne serions pas en mesure de mesurer et de communiquer les risques lors de catastrophes naturelles comme les tremblements de terre ou les tsunamis.
Si nous n'avions pas eu connaissance des effets d'interférence des ondes lumineuses se rencontrant, nous n'aurions pas eu l'expérience incroyable de mesurer les ondes gravitationnelles, les « tremblements de l'espace-temps » causés par une collision planétaire il y a 1,3 milliard d'années.
La série « Des adolescents qui s’y connaissent un peu en sciences », qui aborde des sciences pures telles que la physique, la chimie et les sciences de la Terre, montre comment des intérêts nés sans but précis et sans aucune idée des changements qu’ils pourraient engendrer peuvent enrichir le monde et révéler des secrets encore insoupçonnés.



« Des adolescents qui s’y connaissent en sciences » : un forum dynamique de débat scientifique qui fait passer la science à un niveau supérieur.

Le « programme révisé de 2015 » promeut l'image d'un être humain indépendant, créatif et vivant en société.
Dans le cadre de ce système de valeurs, nous nous concentrons sur le renforcement de l'enseignement de base en lettres et sciences humaines, en sciences sociales, en sciences et technologies, en mettant l'accent sur les concepts et principes fondamentaux de chaque discipline, tout en promouvant une éducation intégrée et convergente entre les différentes matières.
Dans le prolongement de cette tendance éducative visant à encourager les talents de demain, Poolbit a conçu une série scientifique pour les jeunes qui privilégie les concepts fondamentaux plutôt que la quantité de connaissances, et qui explique clairement les principes sous-jacents et leur application.
Une réflexion humaniste qui encourage les questions et les discussions sur les trois piliers que sont le noyau, le principe et l'application, voilà ce que souhaitent les élèves du collège, les enseignants de terrain et les parents, et c'est clairement l'orientation que vise la série « Adolescents qui connaissent un peu la science » dans les études scientifiques.

Jusqu'à présent, en commençant par le n° 1, « 10 choses à savoir sur l'intelligence artificielle », qui dissèque la réalité de l'intelligence artificielle, une science et une technologie de pointe, point par point en la combinant à des préoccupations réalistes, le n° 2, « 10 choses à savoir sur les matériaux », qui explore l'essence du monde rempli de nombreux composants colorés, le n° 3, « 10 choses à savoir sur l'environnement et l'écologie », qui se penche sur les problèmes environnementaux à travers huit pratiques de consommation faciles dans la vie quotidienne, le n° 4, « 10 choses à savoir sur le Big Bang », qui couvre la cosmologie, et le n° 5, « 10 choses à savoir sur la lumière », qui parle des différentes propriétés de la lumière et de l'avenir de la technologie optique.
Par la suite, des ouvrages tels que « 10 choses à savoir sur la gravité », « 10 choses à savoir sur les éléments », « 10 choses à savoir sur l’électromagnétisme », « 10 choses à savoir sur les gènes », « 10 choses à savoir sur l’énergie du futur », « 10 choses à savoir sur le changement climatique », etc., couvriront les domaines les plus fondamentaux et essentiels des sciences naturelles, comme la physique, la chimie, les sciences de la vie et les sciences de la Terre.