Qu’est-ce qui fait scintiller les diamants ?

La lumière se propage normalement à une vitesse de 186.000 miles par seconde, mais le diamant est si dense qu’il réduit sa vitesse à moins de 50%.

Il a aussi la propriété de réfracter la lumière et recréer ainsi toutes les couleurs d’un arc-en-ciel. Qu’est-ce qu’un diamant fait encore subir à la lumière ?

Qu’est-ce qui se cache derrière la danse éblouissante de lumière dans un diamant ? Lisez la suite.

De nos jours, les gens admirent les diamants pour deux attributs exceptionnels : leur dureté, ainsi que leur brillance.

Les savants connaissaient la dureté inégalée du diamant depuis l’antiquité, mais ses uniques propriétés optiques sont demeurées méconnues jusque récemment.

Les rubis intensément colorés, les émeraudes et les saphirs étaient beaucoup plus prisés en tant que parures.

Les propriétaires amassaient les pierres apparemment indestructibles, telles qu’ils les avaient trouvées, dans leur état naturel brut, comme des talismans contre la défaite et symboles de leurs propres vertus « viriles », sans jamais les percevoir comme des objets à valeur esthétique.

Lorsqu’ils sont déterrés, la plupart des diamants apparaissent grossièrement arrondis avec peut-être un peu la forme d’un cristal habituel.

Beaucoup sont incolores, mais la plupart présentent des teintes jaune pâle; il y a également des diamants rouges, orange, verts, bleus, marron et même noirs.

Les pierres brutes non taillées manquent l’exubérance des pierres de joaillerie et peuvent paraître assez communes; les chercheurs d’or brésiliens du 18ème siècle ont laissé de côté une fortune qu’ils auraient pu faire avec des diamants qu’ils avaient sous-estimés dans leur quête du métal précieux.

Le rôle décoratif du diamant représente une évolution relativement récente – c’est en partie une conséquence de la meilleure compréhension de la nature de la lumière par les scientifiques.

Ces diamants bruts ont été nettoyés, mais dans leur état le plus brut ils sont facilement sous-estimés

Quelques idées scientifiques ont intégré la culture populaire.

L’équation E=mc2 est l’une d’entre elles – une icône cultuelle aussi bien qu’une affirmation sur l’équivalence de la masse et de l’énergie.

Parmi ces bribes de réflexion scientifique il y a une autre vérité générale qui nous dit que la vitesse de la lumière est constante.

Un slogan populaire sur les t-shirts des étudiants en physique proclame : « 186.000 miles par seconde : Ce n’est pas juste une bonne idée, c’est la loi ! » Mais tout comme avec nombre de systèmes légaux, il y a là un fin détail que la plupart des gens ne prennent pas en compte.

On doit y ajouter les mots d’une quelconque banalité, « dans le vide ». Quand la lumière se propage à travers la matière – air, eau, verre ou diamant, par exemple – elle le fait à une vitesse inférieure à 186.000 miles par seconde.

L’explication réelle, qui est liée à la manière dont la lumière entre en contact avec les électrons présents dans chaque atome, est en quelque sorte complexe, mais on peut envisager ce ralentissement si on imagine les rayons de lumière faire de petits détours à chaque fois qu’un électron croise leur trajectoire.

D’autres pierres précieuses dispersent dans une certaine mesure la lumière blanche, mais aucune ne s’approche de la capacité du diamant de recréer l’arc-en-ciel.

Les objets les plus claires et incolores retardent très peu la lumière. L’air que nous respirons a seulement la bagatelle d’un trillion de milliards d’atomes par inch cube.

L’espace entre les atomes est beaucoup plus grand que la dimension des atomes eux-mêmes, donc l’air réduit la vitesse de la lumière de juste quelques centaines de miles par seconde – insuffisant pour que le phénomène soit observé dans la plupart des cas.

Dans l’eau et la glace, qui ont des milliers de fois plus d’atomes par inch cube que l’air, la lumière se propage à 140.000 miles par seconde – 30% moins vite que dans le vide.

Le verre d’une fenêtre réduit la vitesse de la lumière à 120.000 miles par seconde, ce qui est similaire à la durée de propagation à travers la plupart des minéraux ordinaires, alors que la glace décorative contenant du plomb, celle qui est employée dans les lustres et le cristal taillé, ralentit encore plus la vitesse de la lumière, à environ 100.000 miles par seconde (le plomb contient beaucoup d’électrons qui bloquent le passage).

Les lustres réussissent ce tour de magie en ralentissant et en courbant la trajectoire de la lumière, pour la projeter après dans toutes les directions

Les diamants mettent un frein à la lumière comme aucune autre substance incolore.

Le diamant est bourré d’électrons – il n’existe pas de substance dont les atomes soient entassés de manière plus dense – donc la lumière s’y fraye un chemin à moins de 80.000 miles par seconde.

C’est de plus de 100.000 miles par seconde moins vite que l’air.

DISTORSION DE LA LUMIÈRE

La plupart des gens n’ont aucun intérêt à observer la vitesse variable de la lumière, mais on lui subit les conséquences tous les jours.

Chaque fois que la lumière passe d’une substance à une autre et que sa vitesse change, les rayons lumineux ont tendance à suivre des trajectoires courbées.

Vous avez probablement remarqué la déformation des personnes et des objets dans une piscine, phénomène qui se produit quand les ondes lumineuses doivent changer de direction lorsqu’elles gagnent en vitesse à la sortie de l’eau.

Les ondulations à la surface de l’eau forment la distorsion angulaire. Si on porte des lunettes ou des lentilles de contact, qui « corrigent » la façon dont la lumière suit une trajectoire courbée au niveau de nos yeux, on profite de ce phénomène optique utile.

La lumière ne prend pas toujours de trajectoires courbées lorsqu’elle traverse des matériaux différents.

Si les rayons lumineux se heurtent de front ou sous un faible angle à une substance claire – comme la trajectoire de la lumière qui traverse une fenêtre – la plupart des rayons traverseront la matière sans subir de déformation.

On peut regarder d’un canot le fond presque intact (qu’on voit sans déformation) d’un lac calme et clair ou d’un étang, car la lumière du soleil pénètre l’eau d’en haut et puis revient à nos yeux de manière presque verticale à travers l’eau transparente.

Mais on a beau essayer de faire cela depuis le bord du lac. On ne réussira jamais, puisque l’on est à un angle trop bas par rapport à la surface de l’eau, même pour le lac le plus clair du monde.

À peu près toute la lumière qui arrive à nos yeux a été reflétée depuis la surface de l’eau. C’est pourquoi on peut voir, tôt le matin, la belle réflexion symétrique des arbres de l’autre côté d’un lac clair comme le cristal.

Dans la lumière du matin, la surface tranquille d’un lac se transforme en miroir

Le diamant joue ce tour de réflexion mieux que toute autre substance incolore.

La lumière pénètre une pierre à facettes de tous les côtés, mais elle peut y ricocher plusieurs fois avant qu’elle trouve un passage bien dégagé et tout droit pour percer.

Tout ce changement de direction crée un effet très spectaculaire, puisque la lumière soit-disant blanche comprend en fait toutes les couleurs de l’arc-en-ciel.

Chaque couleur – rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet – se déforme et se reflète différemment à l’intérieur du diamant.

Plus la lumière se propage plus loin, plus les couleurs se séparent ou « se dispersent ». Secouez énergiquement un diamant deux ou trois fois dans la lumière et vous verrez les couleurs se disperser de manière spectaculaire.

Les substituts du diamant, y compris le « zircon cubique », un composé cristallin synthétisé à partir du zirconium et de l’oxygène, tentent d’imiter cette propriété de dispersion de la lumière, mais ne sont pas à la hauteur de la brillance et de la dureté sans pareil du diamant.

Si on regarde un diamant à facettes de plus près on peut remarquer qu’il absorbe la lumière blanche et il la décompose comme un prisme, en la dispersant pour recréer toutes les couleurs de l’arc-en-ciel.

Les diamants scintillent et dansent avec la lumière colorée; chacune de ces douze facettes met en scène son propre spectacle éblouissant.

D’autres pierres précieuses naturelles ont aussi la propriété de disperser la lumière dans une certaine mesure, mais aucune ne s’approche de la capacité du diamant de reproduire l’arc-en-ciel.

La lumière qui pénètre un diamant va ricocher plusieurs fois avant de se faire une percée, décomposée dans les longueurs d’ondes qui la constituent

 

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