Spectre (terminologie)

Spectre d'un arc-en-ciel au-dessus du lac Kaviskis, Lituanie

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Un spectre est une condition qui n'est pas limitée à un jeu spécifique de valeurs mais qui peut varier de façon infinie à l'intérieur d'un Continuum.

L'optique fut le premier domaine scientifique à l'utiliser pour décrire l'arc-en-ciel des couleurs dans la lumière visible, lorsqu'on les sépare au moyen d'un prisme optique triangulaire. Son emploi s'est ensuite étendu, par analogie, à de nombreux autres champs d'application. Ainsi, on peut parler du spectre politique, ou du spectre d'activité d'une drogue, ou du spectre d'autisme. Dans ces utilisations, les valeurs à l'intérieur d'un spectre ne peuvent être associées à des nombre ou des définitions quantifiables précisément. De telles utilisations recouvrent une large gamme de conditions ou de comportements regroupés et étudiés sous une seule appellation pour faciliter la discussion.

Dans les usages les plus modernes du mot spectre, un thème relie les extrêmes. Des usages plus anciens du mot ne disposaient pas de ce thème unificateur, mais ils ont conduit aux usages modernes à travers une suite d'évènements exposés ci-dessous. Des usages modernes en mathématiques ont évolué à partir d'un thème unificateur, mais la reconnaissance de ce fait peut être difficile.

Origines

En latin, spectre signifie image ou apparition, y compris dans le sens de fantôme. Des évidences spectrales sont des témoignages de ce qui a été réalisé par le spectre de personnes non présentes physiquement, ou des évidences par ouï-dire à propos de ce que des fantômes ou des apparitions de Satan ont dit. Ce concept a été utilisé pour accuser un grand nombre des personnes de sorcellerie à Salem, Massachusetts à la fin du 17° siècle.

Sens moderne en sciences physiques

Spectre d'une étoile de type spectral K4III

Au 17° siècle, le terme spectre fut introduit en optique pour désigner la gamme des couleurs observées lors de la dispersion de la lumière blanche à travers un prisme. Rapidement le terme a fait référence à une relation de l'intensité ou de la puissance de la lumière comme une fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde connue aussi sous le nom de densité spectrale.

Le terme spectre a rapidement été appliqué aux autres ondes, telles que les ondes sonores, et s'applique maintenant à tout signal qui peut se décomposer en fréquences élémentaires. Un spectre est un tracé, habituellement de dimension 2, d'un signal composite, représentant les composants par une autre mesure. Parfois, le terme spectre se réfère au signal composite lui-même, telle que le spectre de la lumière visible, une référence aux ondes électromagnétiques qui sont visibles à l'œil humain.

Le passage à travers un prisme décompose la lumière visible entre ses différentes composantes élémentaires de couleur, selon leur longueur d'ondes. Il les sépare selon ses relations de dispersion et la répartition s'opère en conformité vec les équations de séparation, et, fréquemment, si des particules massives sont mesurées, leur vitesse est mesurée. Pour obtenir un spectre, la fonction mesurée doit être transformée en ses variables de fréquences indépendantes, et la variable dépendante doit être réduite en régions, où la variable indépendante est allongée. Il faut pour cela imaginer que le spectre d'impulsion, avec un nombre fini de particules sur un film ou un capteur CCD (charged-coupled device). En supposant qu'aucune particule ne se perde, toute non-linéarité (par rapport à la fréquence) sur la séparation spectrale concentre les particules à certains points du film. Ceci vaut lors de la prise d'un spectre en scannant un monochromateur avec une largeur de fente fixe. Les violets à une extrémité du spectre ont la plus courte longueur d'onde de la lumière visible, alors que les rouges, à l'extrémité opposée ont la plus longue. Les couleurs se suivent dans cet ordre : violet, bleu, vert, jaune, orange rouge. Lorsque les longueur d'ondes dépassent celle de la lumière rouge visible, elles deviennent infrarouges, micro-ondes puis radios. Lorsqu'elles diminuent au delà de la lumière violette visible, elles deviennent ultra-violettes, rayons X, puis rayons gammas.

Compléments

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Science physique

• Spectre électromagnétique
  • Spectre visible ou spectre optique, un sous-ensemble du spectre électromagnétique
  • Spectre d'émission observé dans la lumière
  • Spectre d'absorption observé dans la lumière
  • Densité spectrale de puissance
  • Spectrogramme
  • Spectromètre

Mathématiques

• Spectre d'un opérateur linéaire, en analyse fonctionnelle (une généralisation du spectre d'une matrice)
• Spectre d'anneau, en algèbre commutative

Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Spectrum » (voir la liste des auteurs)