Louis de Broglie - Louis de Broglie

Louis de Broglie
Broglie Big.jpg
Broglie en 1929
Nació ( 08/15/1892 )15 de agosto de 1892
Dieppe , Francia
Murió 19 de marzo de 1987 (19 de marzo de 1987)(94 años)
Louveciennes , Francia
Nacionalidad francés
alma mater Universidad de París
(ΒΑ en Historia, 1910; Licenciatura en Ciencias, 1913; Doctorado en Física, 1924)
Conocido por Naturaleza ondulatoria de los electrones
Teoría de De Broglie-Bohm
Longitud de onda de De Broglie
Premios Premio Nobel de Física (1929)
Medalla Henri Poincaré (1929) Premio
Alberto I de Mónaco (1932)
Medalla Max Planck (1938)
Premio Kalinga (1952)
Carrera científica
Los campos Física
Instituciones Universidad de Paris (Sorbonne)
Tesis Recherches sur la théorie des quanta ("Investigación sobre la teoría cuántica")  (1924)
Asesor de doctorado Paul Langevin
Estudiantes de doctorado Cécile DeWitt-Morette
Bernard d'Espagnat
Jean-Pierre Vigier
Alexandru Proca
Marie-Antoinette Tonnelat

Louis Victor Pierre Raymond, séptimo Duc de Broglie ( / d ə b r ɡ l i / , también de Estados Unidos : / d ə b r ɡ l i , d ə b r ɔɪ / , francés:  [də bʁɔj] o [də bʁœj] ( escucha )Sobre este sonido ; 15 de agosto de 1892-19 de marzo de 1987) fue un físico y aristócrata francésque hizo contribuciones innovadoras a la teoría cuántica . En su tesis doctoral de 1924, postuló la naturaleza ondulatoria de los electrones y sugirió que toda la materia tiene propiedades ondulatorias . Este concepto se conoce como la hipótesis de De Broglie, un ejemplo de dualidad onda-partícula , y forma una parte central de la teoría de la mecánica cuántica .

De Broglie ganó el Premio Nobel de Física en 1929, después de que el comportamiento ondulatorio de la materia fuera demostrado experimentalmente por primera vez en 1927.

Erwin Schrödinger utilizó el modelo de onda piloto de 1925 y el comportamiento ondulatorio de las partículas descubierto por De Broglie en su formulación de la mecánica ondulatoria . El modelo y la interpretación de la onda piloto fueron luego abandonados, a favor del formalismo cuántico , hasta 1952 cuando fue redescubierto y mejorado por David Bohm .

Louis de Broglie fue el decimosexto miembro elegido para ocupar el asiento 1 de la Académie française en 1944, y se desempeñó como Secretario Perpetuo de la Academia Francesa de Ciencias . De Broglie se convirtió en el primer científico de alto nivel en pedir el establecimiento de un laboratorio multinacional, una propuesta que llevó al establecimiento de la Organización Europea para la Investigación Nuclear ( CERN ).

Biografía

Origen y educación

François-Marie, primer duque de Broglie (1671-1745) antepasado de Louis de Broglie y mariscal de Francia bajo Luis XIV de Francia

Louis de Broglie perteneció a la famosa familia aristocrática de Broglie , cuyos representantes durante varios siglos ocuparon importantes puestos militares y políticos en Francia. El padre del futuro físico, Louis-Alphonse-Victor, quinto duque de Broglie , estaba casado con Pauline d'Armaille, nieta del general napoleónico Philippe Paul, conde de Ségur . Tuvieron cinco hijos; además de Louis, estos son: Albertina (1872-1946), posteriormente la marquesa de Luppé; Maurice (1875-1960), posteriormente un famoso físico experimental; Philip (1881-1890), que murió dos años antes del nacimiento de Louis, y Pauline, Contesse de Pange (1888-1972), posteriormente un famoso escritor. Louis nació en Dieppe , Seine-Maritime. Como el hijo más pequeño de la familia, Louis creció en una relativa soledad, leía mucho y le gustaba la historia, especialmente la política. Desde la primera infancia, tuvo buena memoria y pudo leer con precisión un extracto de una producción teatral o dar una lista completa de los ministros de la Tercera República de Francia . Para él estaba previsto un gran futuro como estadista.

De Broglie tenía la intención de seguir una carrera en humanidades y recibió su primer título en historia. Posteriormente, centró su atención en las matemáticas y la física y se licenció en física. Con el estallido de la Primera Guerra Mundial en 1914, ofreció sus servicios al ejército en el desarrollo de las comunicaciones por radio.

Servicio militar

Después de graduarse, Louis de Broglie, como simple zapador, se unió a las fuerzas de ingeniería para someterse al servicio obligatorio. Comenzó en Fort Mont Valérien , pero pronto, por iniciativa de su hermano, fue adscrito al Servicio de Comunicaciones Inalámbricas y trabajó en la Torre Eiffel , donde estaba ubicado el transmisor de radio. Louis de Broglie permaneció en el servicio militar durante la Primera Guerra Mundial , ocupándose de cuestiones puramente técnicas. En particular, junto con Léon Brillouin y su hermano Maurice, participó en el establecimiento de comunicaciones inalámbricas con submarinos. El príncipe Luis fue desmovilizado en agosto de 1919 con el rango de ayudante . Posteriormente, el científico lamentó haber tenido que pasar unos seis años alejado de los problemas fundamentales de la ciencia que le interesaban.

Carrera científica y pedagógica

Su tesis de 1924 Recherches sur la théorie des quanta (Investigación sobre la teoría de los cuántos) introdujo su teoría de las ondas de electrones . Esto incluía la teoría de la dualidad onda-partícula de la materia, basada en el trabajo de Max Planck y Albert Einstein sobre la luz. Esta investigación culminó en la hipótesis de De Broglie que afirmaba que cualquier partícula u objeto en movimiento tenía una onda asociada . De Broglie creó así un nuevo campo en la física, la mécanique ondulatoire, o mecánica ondulatoria, uniendo la física de la energía (onda) y la materia (partícula). Por ello ganó el Premio Nobel de Física en 1929.

En su carrera posterior, de Broglie trabajó para desarrollar una explicación causal de la mecánica ondulatoria, en oposición a los modelos totalmente probabilísticos que dominan la teoría de la mecánica cuántica ; fue refinado por David Bohm en la década de 1950. Desde entonces, la teoría se conoce como la teoría de De Broglie-Bohm .

Además del trabajo estrictamente científico, de Broglie pensó y escribió sobre la filosofía de la ciencia , incluido el valor de los descubrimientos científicos modernos.

De Broglie se convirtió en miembro de la Académie des sciences en 1933 y fue secretario perpetuo de la academia desde 1942. Se le pidió que se uniera a Le Conseil de l'Union Catholique des Scientifiques Francais , pero se negó porque no era religioso. El 12 de octubre de 1944, fue elegido miembro de la Académie Française , en sustitución del matemático Émile Picard . Debido a las muertes y encarcelamientos de miembros de la Académie durante la ocupación y otros efectos de la guerra, la Académie no pudo cumplir con el quórum de veinte miembros para su elección; Sin embargo, debido a las circunstancias excepcionales, se aceptó su elección unánime por los diecisiete miembros presentes. En un evento único en la historia de la Académie, fue recibido como miembro por su propio hermano Maurice, quien había sido elegido en 1934. La UNESCO le otorgó el primer Premio Kalinga en 1952 por su trabajo en la divulgación del conocimiento científico, y fue elegido miembro extranjero de la Royal Society el 23 de abril de 1953.

Louis se convirtió en el séptimo duque de Broglie en 1960 tras la muerte sin heredero de su hermano mayor, Maurice, sexto duque de Broglie , también físico.

En 1961, recibió el título de Caballero de la Gran Cruz en la Légion d'honneur . De Broglie recibió un puesto como consejero de la Alta Comisión de Energía Atómica de Francia en 1945 por sus esfuerzos por acercar la industria y la ciencia. Estableció un centro de mecánica aplicada en el Instituto Henri Poincaré , donde se llevaron a cabo investigaciones en óptica, cibernética y energía atómica. Inspiró la formación de la Academia Internacional de Ciencia Molecular Cuántica y fue uno de los primeros miembros. Su funeral se celebró el 23 de marzo de 1987 en la Iglesia de Saint-Pierre-de-Neuilly.

Louis nunca se casó. Cuando murió en Louveciennes , fue sucedido como duque por un primo lejano, Victor-François, octavo duque de Broglie .

Actividad científica

Física de rayos X y efecto fotoeléctrico.

Los primeros trabajos de Louis de Broglie (principios de 1920) se realizaron en el laboratorio de su hermano mayor, Maurice y se ocupó de las características del efecto fotoeléctrico y las propiedades de los rayos x . Estas publicaciones examinaron la absorción de rayos X y describieron este fenómeno utilizando la teoría de Bohr , aplicaron principios cuánticos a la interpretación de los espectros de fotoelectrones y dieron una clasificación sistemática de los espectros de rayos X. Los estudios de los espectros de rayos X fueron importantes para dilucidar la estructura de las capas internas de electrones de los átomos (los espectros ópticos están determinados por las capas externas). Así, los resultados de los experimentos llevados a cabo junto con Alexandre Dauvillier, revelaron las deficiencias de los esquemas existentes para la distribución de electrones en átomos; Estas dificultades fueron eliminadas por Edmund Stoner . Otro resultado fue el esclarecimiento de la insuficiencia de la fórmula de Sommerfeld para determinar la posición de las líneas en los espectros de rayos X; esta discrepancia se eliminó después del descubrimiento del espín del electrón. En 1925 y 1926, el físico de Leningrado Orest Khvolson nominó a los hermanos de Broglie para el Premio Nobel por su trabajo en el campo de los rayos X.

Dualidad materia y onda-partícula

Estudiar la naturaleza de la radiación de rayos X y discutir sus propiedades con su hermano Maurice, quien consideraba estos rayos como una especie de combinación de ondas y partículas, contribuyó a que Louis de Broglie tomara conciencia de la necesidad de construir una teoría que vincule las representaciones de partículas y ondas. . Además, estaba familiarizado con las obras (1919-1922) de Marcel Brillouin , que proponía un modelo hidrodinámico de un átomo e intentaba relacionarlo con los resultados de la teoría de Bohr. El punto de partida de la obra de Louis de Broglie fue la idea de A. Einstein sobre los cuantos de luz . En su primer artículo sobre este tema, publicado en 1922, el científico francés consideró la radiación de cuerpo negro como un gas de cuantos de luz y, utilizando la mecánica estadística clásica, derivó la ley de radiación de Wien en el marco de tal representación. En su siguiente publicación, intentó conciliar el concepto de cuantos de luz con los fenómenos de interferencia y difracción y llegó a la conclusión de que era necesario asociar una cierta periodicidad a los cuantos. En este caso, interpretó los cuantos de luz como partículas relativistas de masa muy pequeña.

Quedaba por extender las consideraciones de ondas a cualquier partícula masiva, y en el verano de 1923 se produjo un avance decisivo. De Broglie esbozó sus ideas en una breve nota "Waves and quanta" ( francés : Ondes et quanta , presentada en una reunión de la Academia de Ciencias de París el 10 de septiembre de 1923), que marcó el comienzo de la creación de la mecánica ondulatoria. En este trabajo, el científico sugirió que una partícula en movimiento con energía E y velocidad v se caracteriza por algún proceso periódico interno con una frecuencia , donde es la constante de Planck . Para conciliar estas consideraciones, basadas en el principio cuántico, con las ideas de la relatividad especial, de Broglie se vio obligado a asociar una "onda ficticia" con un cuerpo en movimiento, que se propaga con la velocidad . Tal onda, que más tarde recibió el nombre de fase, u onda de Broglie , en el proceso del movimiento corporal permanece en fase con el proceso periódico interno. Luego de haber examinado el movimiento de un electrón en una órbita cerrada, el científico demostró que el requisito de coincidencia de fases conduce directamente a la condición cuántica de Bohr-Sommerfeld , es decir, a cuantificar el momento angular. En las dos notas siguientes (informadas en las reuniones del 24 de septiembre y el 8 de octubre, respectivamente), de Broglie llegó a la conclusión de que la velocidad de la partícula es igual a la velocidad del grupo de las ondas de fase, y la partícula se mueve a lo largo de la normal a las superficies de fase igual. En el caso general, la trayectoria de una partícula se puede determinar utilizando el principio de Fermat (para ondas) o el principio de mínima acción (para partículas), que indica una conexión entre la óptica geométrica y la mecánica clásica.

Esta teoría sentó las bases de la mecánica ondulatoria. Fue apoyado por Einstein, confirmado por los experimentos de difracción de electrones de GP Thomson y Davisson y Germer, y generalizado por el trabajo de Schrödinger .

Sin embargo, esta generalización fue estadística y no fue aprobada por De Broglie, quien dijo que "la partícula debe ser el asiento de un movimiento periódico interno y que debe moverse en una onda para permanecer en fase con ella fue ignorada por la físicos reales [que están] equivocados al considerar una propagación de ondas sin localización de la partícula, lo cual era bastante contrario a mis ideas originales ".

Desde un punto de vista filosófico, esta teoría de las ondas de materia ha contribuido en gran medida a la ruina del atomismo del pasado. Originalmente, de Broglie pensó que la onda real (es decir, que tiene una interpretación física directa) estaba asociada con partículas. De hecho, el aspecto ondulatorio de la materia fue formalizado por una función de onda definida por la ecuación de Schrödinger , que es una entidad matemática pura que tiene una interpretación probabilística, sin el apoyo de elementos físicos reales. Esta función de onda da una apariencia de comportamiento ondulatorio a la materia, sin que aparezcan ondas físicas reales. Sin embargo, hasta el final de su vida, de Broglie volvió a una interpretación física directa y real de las ondas de materia, siguiendo el trabajo de David Bohm . La teoría de De Broglie-Bohm es hoy la única interpretación que da un estatus real a las ondas de materia y representa las predicciones de la teoría cuántica.

Conjetura de un reloj interno del electrón

En su tesis de 1924, de Broglie conjeturaba que el electrón tiene un reloj interno que constituye parte del mecanismo por el cual una onda piloto guía una partícula. Posteriormente, David Hestenes propuso un enlace al zitterbewegung sugerido por Erwin Schrödinger .

Si bien los intentos de verificar la hipótesis del reloj interno y medir la frecuencia del reloj no son hasta ahora concluyentes, los datos experimentales recientes son al menos compatibles con la conjetura de De Broglie.

No nulidad y variabilidad de masa

Según de Broglie, el neutrino y el fotón tienen masas en reposo distintas de cero, aunque muy bajas. El hecho de que un fotón no carezca del todo de masa lo impone la coherencia de su teoría. Por cierto, este rechazo de la hipótesis de un fotón sin masa le permitió dudar de la hipótesis de la expansión del universo.

Además, creía que la verdadera masa de partículas no es constante, sino variable, y que cada partícula se puede representar como una máquina termodinámica equivalente a una integral cíclica de acción.

Generalización del principio de mínima acción

En la segunda parte de su tesis de 1924, de Broglie utilizó la equivalencia del principio mecánico de mínima acción con el principio óptico de Fermat : "El principio de Fermat aplicado a las ondas de fase es idéntico al principio de Maupertuis aplicado al cuerpo en movimiento; las posibles trayectorias dinámicas de el cuerpo en movimiento son idénticos a los posibles rayos de la onda ". Esta equivalencia había sido señalada por Hamilton un siglo antes, y publicada por él alrededor de 1830, en una época en la que ninguna experiencia demostró que los principios fundamentales de la física estén involucrados en la descripción de los fenómenos atómicos.

Hasta su obra final, parece ser el físico que más buscaba esa dimensión de acción que Max Planck , a principios del siglo XX, había demostrado ser la única unidad universal (con su dimensión de entropía).

Dualidad de las leyes de la naturaleza

Lejos de pretender hacer "desaparecer la contradicción" que Max Born pensó que podría lograrse con un enfoque estadístico, De Broglie extendió la dualidad onda-partícula a todas las partículas (y a los cristales que revelaban los efectos de la difracción) y extendió el principio de dualidad a las leyes de la naturaleza.

Su último trabajo hizo un solo sistema de leyes a partir de los dos grandes sistemas de termodinámica y de mecánica:

Cuando Boltzmann y sus continuadores desarrollaron su interpretación estadística de la termodinámica, se podría haber considerado que la termodinámica era una rama complicada de la dinámica. Pero, con mis ideas reales, es la dinámica la que parece ser una rama simplificada de la termodinámica. Creo que, de todas las ideas que he introducido en la teoría cuántica en estos últimos años, es esa idea la que es, con mucho, la más importante y la más profunda.

Esa idea parece coincidir con la dualidad continuo-discontinuo, ya que su dinámica podría ser el límite de su termodinámica cuando se postulan transiciones a límites continuos. También se acerca a la de Leibniz , quien postuló la necesidad de "principios arquitectónicos" para completar el sistema de leyes mecánicas.

Sin embargo, según él, hay menos dualidad, en el sentido de oposición, que síntesis (uno es el límite del otro) y el esfuerzo de síntesis es constante según él, como en su primera fórmula, en la que el primer miembro pertenece a la mecánica y el segundo a la óptica:

Teoría de los neutrinos de la luz

Esta teoría, que data de 1934, introduce la idea de que el fotón equivale a la fusión de dos neutrinos de Dirac .

Muestra que el movimiento del centro de gravedad de estas dos partículas obedece a las ecuaciones de Maxwell , lo que implica que el neutrino y el fotón tienen masas en reposo distintas de cero, aunque muy bajas.

Termodinámica oculta

La idea final de De Broglie fue la termodinámica oculta de partículas aisladas. Es un intento de reunir los tres principios más avanzados de la física: los principios de Fermat, Maupertuis y Carnot .

En este trabajo, la acción se convierte en una especie de opuesto a la entropía , a través de una ecuación que relaciona las dos únicas dimensiones universales de la forma:

Como consecuencia de su gran impacto, esta teoría devuelve el principio de incertidumbre a distancias alrededor de los extremos de acción, distancias que corresponden a reducciones de entropía .

Honores y premios

Publicaciones

Ondes et mouvements , 1926
  • Recherches sur la théorie des quanta ( Investigaciones sobre la teoría cuántica ), Tesis, París, 1924, Ann. de Physique (10) 3 , 22 (1925).
  • Introduction à la physique des rayons X et gamma ( Introducción a la física de los rayos X y los rayos Gamma ), con Maurice de Broglie , Gauthier-Villars, 1928.
  • Ondes et mouvements (en francés). París: Gauthier-Villars. 1926.
  • Rapport au 5ème Conseil de Physique Solvay ( Informe para el V Congreso de Física de Solvay ), Bruselas, 1927.
  • Mecanique ondulatoire (en francés). París: Gauthier-Villars. 1928.
  • Recueil d'exposés sur les ondes et corpuscules (en francés). París: Librairie scientifique Hermann et C.ie. 1930.
  • Matière et lumière ( Materia y luz ), París: Albin Michel, 1937.
  • La Physique nouvelle et les quanta ( Nueva física y cuántos ), Flammarion, 1937.
  • Continu et discontinu en physique moderne ( Continuo y discontinuo en la física moderna ), París: Albin Michel, 1941.
  • Ondes, corpuscules, mécanique ondulatoire ( Ondas, corpúsculos, mecánica ondulatoria ), París: Albin Michel, 1945.
  • Physique et microphysique ( Física y Microfísica ), Albin Michel, 1947.
  • Vie et œuvre de Paul Langevin ( La vida y obra de Paul Langevin ), Academia de Ciencias de Francia, 1947.
  • Optique électronique et corpusculaire ( Óptica electrónica y corpuscular ), Herman, 1950.
  • Savants et découvertes ( Científicos y descubrimientos ), París, Albin Michel, 1951.
  • Une tentative d'interprétation causale et non linéaire de la mécanique ondulatoire: la théorie de la double solution. París: Gauthier-Villars, 1956.
    • Traducción al inglés: Mecánica ondulatoria no lineal: una interpretación causal. Ámsterdam: Elsevier, 1960.
  • Nouvelles perspectives en microphysique ( Nuevas perspectivas en microfísica ), Albin Michel, 1956.
  • Sur les sentiers de la science ( Por los caminos de la ciencia ), París: Albin Michel, 1960.
  • Introducción a la nueva teoría de las partículas de M. Jean-Pierre Vigier y de ses colaboradores , París: Gauthier-Villars, 1961. París: Albin Michel, 1960.
    • Traducción al inglés: Introducción a la teoría de Vigier de partículas elementales , Amsterdam: Elsevier, 1963.
  • Étude critique des bases de l'interprétation actuelle de la mécanique ondulatoire , París: Gauthier-Villars, 1963.
    • Traducción al inglés: The Current Interpretation of Wave Mechanics: A Critical Study , Amsterdam, Elsevier, 1964.
  • Certitudes et incertitudes de la science ( Certitudes e incertidumbres de la ciencia ). París: Albin Michel, 1966.
  • con Louis Armand, Pierre Henri Simon y otros. Albert Einstein . París: Hachette, 1966.
    • Traducción inglesa: Einstein. Peebles Press, 1979.
  • Recherches d'un demi-siècle ( Investigación de medio siglo ), Albin Michel, 1976.
  • Les incertidumbres d'Heisenberg et l'interprétation probabiliste de la mécanique ondulatoire ( Heisenberg incertidumbre y la mecánica ondulatoria interpretación probabilística ), Gauthier-Villars, 1982.

Referencias

enlaces externos

Nobleza francesa
Precedido por
Duque de Broglie
1960-1987
Sucesor