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A propos de la catastrophe ultraviolette
Bonsoir,
Je m'instruis sur quelques phénomènes et expériences qui ont conduit à l'avénement de la mécanique quantique mais je trouve des difficultés quant à l'appréhension de diverses notions. J'espère que vous pourrez me guider dans cette longue et merveilleuses branche de la physique.
D'après ce que j'ai lu, on cherchait un modèle pour le rayonnement du corps noir en ayant la loi de Stefan ( )qui stipule que l'énergie électromagnétique rayonnée était proportionnelle à
et la loi de Wien ( ) qui stipule que le corps rayonne un maximum pour
à température T donnée. Puis après, les deux physiciens Rayleigh et Jeans ont calculé le nombre de modes propres par unité de volume dans une cavité qu'on échauffe à température T, et ils associent à chaque mode propre une énergie
(énergie d'agitation thermique ), seulement, ils obtiennent une densité d'énergie qui diverge pour les hautes fréquences. Ce qui n'est pas possible vu qu'un corps ne peut pas rayonner une énergie infinie et déjà la loi de Wien nous dit qu'il admet un maximum. C'est ainsi que vient Planck pour redéterminer l'expression de l'énergie qu'on donne à chaque mode propre qui est :
et il va discrétiser la somme en ayant un pas qui dépend de la fréquence, d'où
avec h ( constante de Planck ) était un simple coefficient de proportionnalité. Avec cette discrétisation, tout est réglé, et on retrouve la loi de Wien, qui nous permet par la même occasion de calculer h.
Seulement, cet outil mathématique dont se sert Planck, il signifie bien que la matière et une onde électromagnétique, ne peuvent échanger de l'énergie que par des multiples de . Elle doit donc bien avoir une signification physique.
1)J'aimerai savoir quelle est la signification physique de : quantum d'énergie.
2)Fut-il possible de vérifier qu'effectivement,cette discrétisation ,n'est pas un simple outil mathématique et qu'elle possède une réalité physique, via des expériences ?
[bleu]3)[/bleu]On dit qu'un photon possède l'énergie et s'il heurte un atome, il pourrait l'exciter si cette énergie E est supérieure à l'écart d'énergie entre le niveau fondamental et le niveau qui lui est supérieur. Mais si E est inférieure à cet écart, elle ne va pas exciter l'atome. Qu'advient-il alors du photon ?
J'espère que vous pourrez m'aider afin de mieux comprendre la catastrophe ultraviolette et non pas seulement de pouvoir la raconter comme une histoire sans en connaître la morale.
Merci d'avance,
Bonjour
La physique est déjà une discipline très difficile , mais l'histoire de la physique c'est encore bien pire!
(je te conseille les conférences en ligne de la cité des sciences )
Je tente une réponse:
1) l'interprétation physique moderne c'est le concept de photon. Mais Planck n'a aucune idée de ce que c'est en1900
Il a une "intuition géniale" en faisant une quantification désespérée de l'énergie d'échange entre matière et rayonnement. C'est Einstein en 19O5 qui a une autre intuition géniale en imaginant ce qu'on appelle ajd le photon et la théorie quantique n'émerge que vers 1925 (schroedinger/dirac/...) après 25 ans de bouillonnement des idées en physique dû a Einstein/Bohr/Pauli et bien dautres.
2)d'après ce que j'ai lu, c'est l'effet Compton qui fit vraiment accepter le concept de photon a la communauté scientifique
3) vaste question!
en fait les transitions électroniques sont rares
Souvent, il y a juste échauffement de la matière en présence de rayonnement : les photons transmettent une partie de leur énergie aux atomes (ou aux molécules ou au réseau cristallin) , ce qui augmente l'agitation thermique
C'est un chapitre de physique très vaste et très compliqué 
Bonjour
Historiquement, la première expérience qui à conduit à émettre l'hypothèse d'une quantification de l'énergie lumineuse est l'effet photoélectrique.
Il existe un effet de seuil à ce phénomène : si on éclaire un métal avec un faisceau lumineux monochromatique, aucune éjection d'électron n'est possible si la fréquence de la lumière est inférieure à une valeur seuil caractéristique de la nature du métal, et cela quelle que soit la puissance du faisceau lumineux et quelle que soit la durée d'éclairement. Einstein en a déduit que l'énergie lumineuse ne peut pas être absorbée par la matière de façon continue mais par "paquet" (quantum) , l'énergie d'un paquet ne dépendant que de la fréquence. D'où la notion de photon... Il y a donc bien une base expérimentale à tout cela.
Les documents sur le net parlant de l'effet photoélectrique abondent...
Un photon absorbé d'énergie insuffisante pour provoquer la sortie du métal contribue à augmenter l'énergie interne du métal et donc sa température. Il suffit de laisser un morceau de métal au soleil pour le constater. Une partie des photons peut aussi être réfléchis...
D'autres phénomènes expérimentaux (l'effet Compton par exemple) confirment l'aspect corpusculaire de la lumière.
Bonjour Krinn
Ton message n'était pas encore publié sur le forum quand j'ai posté le mien mais c'est très bien ainsi : le sujet est tellement vaste ! 
Bonsoir,
Merci krinn et vanoise pour vos réponses. Cela m'a rendu les idées plus claires, surtout l'échauffement de matière. Quand j'ai lu l'effet photoélectrique au début je me suis demandé comment la mécanique quantique expliquait l'effet Joule, mais il ne fallait pas se compliquer la vie car les photons vont continuer à réchauffer la matière tant qu'ils n'arrivent pas à lui arracher des électrons.
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