stringtranslate.com

Луи де Бройль

Луи Виктор Пьер Раймон, седьмой герцог де Бройль ( / d ə ˈ b r oʊ ɡ l i / , [1] также США : / d ə b r oʊ ˈ ɡ l iː , d ə ˈ b r ɔɪ / , [2] [3] Французский: [də bʁɔj] [4] [5] или [də bʁœj] ⓘ ; 15 августа 1892 — 19 марта 1987)[6]— французский аристократ ифизик, внесший новаторский вклад вквантовую теорию. В своей докторской диссертации 1924 года он постулировал волновую природуэлектронови предположил, чтовся материя обладает волновыми свойствами. Эта концепция известна как гипотеза де Бройля, примеркорпускулярно-волнового дуализмаи составляет центральную часть теорииквантовой механики.

Де Бройль получил Нобелевскую премию по физике в 1929 году, после того как волновое поведение материи было впервые экспериментально продемонстрировано в 1927 году.

Модель пилот-волны 1925 года [7] и волновое поведение частиц, открытое де Бройлем, были использованы Эрвином Шрёдингером в его формулировке волновой механики . [8] Затем от модели пилот-волны и ее интерпретации отказались в пользу квантового формализма до 1952 года, когда она была заново открыта и усовершенствована Дэвидом Бомом . [9]

Луи де Бройль был шестнадцатым членом, избранным на первое место во Французской академии в 1944 году, и занимал пост бессменного секретаря Французской академии наук . [10] [11] Де Бройль стал первым учёным высокого уровня, который призвал к созданию многонациональной лаборатории, предложение, которое привело к созданию Европейской организации ядерных исследований ( ЦЕРН ). [12]

биография

Происхождение и образование

Франсуа-Мари, 1-й герцог де Бройль (1671–1745), предок Луи де Бройля и маршала Франции при Людовике XV Франции.

Луи де Бройль принадлежал к знаменитому аристократическому роду Бройлей , представители которого на протяжении нескольких столетий занимали важные военные и политические посты во Франции. Отец будущего физика, Луи-Альфонс-Виктор, 5-й герцог де Бройль , был женат на Полине д'Армайль, внучке наполеоновского генерала Филиппа Поля, графа де Сегюра, и его жены, биографа, Марии Селестины Амели д' Армайль . У них было пятеро детей; помимо Людовика, это были: Альбертина (1872–1946), впоследствии маркиза де Луппе; Морис (1875–1960), впоследствии известный физик-экспериментатор; Филипп (1881–1890), умерший за два года до рождения Луи, и Полина, графиня де Панж (1888–1972), впоследствии известная писательница. [13] Луи родился в Дьеппе , Приморская Сена. Будучи младшим ребенком в семье, Луи рос в относительном одиночестве, много читал и увлекался историей, особенно политической. С раннего детства он обладал хорошей памятью и мог точно прочитать отрывок из театральной постановки или дать полный список министров Третьей Французской республики . За это ему прочили в будущем великий государственный деятель. [14]

Де Бройль намеревался сделать карьеру в области гуманитарных наук и получил свою первую степень ( licence ès lettres ) по истории. Впоследствии он обратил свое внимание на математику и физику и получил степень ( licence ès Sciences ) по физике. С началом Первой мировой войны в 1914 году он предложил армии свои услуги по развитию радиосвязи.

Военная служба

После окончания учебы Луи де Бройль поступил в инженерные войска для прохождения обязательной службы. Все началось в форте Мон-Валерьен , но вскоре по инициативе брата он был откомандирован в Службу беспроводной связи и работал на Эйфелевой башне , где располагался радиопередатчик. Луи де Бройль оставался на военной службе на протяжении всей Первой мировой войны, занимаясь чисто техническими вопросами. В частности, вместе с Леоном Бриллюэном и братом Морисом он участвовал в установлении беспроводной связи с подводными лодками. Принц Луи был демобилизован в августе 1919 года в звании адъютанта . Позже учёный сожалел, что ему пришлось провести около шести лет вдали от интересующих его фундаментальных проблем науки. [14] [15]

Научно-педагогическая карьера

Его диссертация 1924 года «Recherches sur la théorie des quanta» [16] («Исследования по теории квантов») представила его теорию электронных волн. Сюда входит теория корпускулярно-волнового дуализма материи, основанная на работах Макса Планка и Альберта Эйнштейна о свете. Кульминацией этого исследования стала гипотеза де Бройля, утверждающая, что любая движущаяся частица или объект имеет связанную с ним волну . Таким образом, де Бройль создал новую область физики — mécanique ondulatoire, или волновую механику, объединившую физику энергии (волны) и материи (частицы). Он получил Нобелевскую премию по физике в 1929 году «за открытие волновой природы электронов». [17]

В своей более поздней карьере де Бройль работал над разработкой причинного объяснения волновой механики, в отличие от полностью вероятностных моделей, которые доминируют в квантово-механической теории; он был усовершенствован Дэвидом Бомом в 1950-х годах. С тех пор эта теория стала известна как теория Де Бройля-Бома .

Помимо строго научной работы, де Бройль думал и писал о философии науки , в том числе о значении современных научных открытий. В 1930 году он основал серию книг Actualités scientifiques et industrielles, опубликованную издательством Éditions Hermann . [18]

Де Бройль стал членом Академии наук в 1933 году и был бессменным секретарем академии с 1942 года. Его попросили присоединиться к Le Conseil de l'Union Catholique des Scientifiques Francais , но он отказался, поскольку был нерелигиозным. [19] [20] В 1941 году он стал членом Национального совета Виши, Франция . [21] 12 октября 1944 года он был избран членом Французской академии , заменив математика Эмиля Пикара . Из-за гибели и тюремного заключения членов Академии во время оккупации и других последствий войны Академия не смогла собрать кворум в двадцать членов для его избрания; однако из-за исключительных обстоятельств его единогласное избрание семнадцатью присутствующими членами было принято. Событием, уникальным в истории Академии, он был принят в качестве члена своим собственным братом Морисом, избранным в 1934 году. ЮНЕСКО наградила его первой премией Калинга в 1952 году за его работу по популяризации научных знаний, и он был избран иностранным членом Королевского общества 23 апреля 1953 года.

Луи стал седьмым герцогом де Бройлем в 1960 году после смерти без наследника своего старшего брата Мориса, шестого герцога де Бройля , также физика.

В 1961 году он получил звание кавалера Большого креста Ордена Почётного легиона . Де Бройль был удостоен поста советника Высшей комиссии по атомной энергии Франции в 1945 году за усилия по сближению промышленности и науки. Он основал центр прикладной механики в Институте Анри Пуанкаре , где проводились исследования в области оптики, кибернетики и атомной энергии. Он вдохновил создание Международной академии квантовой молекулярной науки и был ее одним из первых членов. [22]

Луи никогда не был женат. Когда он умер 19 марта 1987 года в Лувесьене в возрасте 94 лет, [6] на посту герцога ему наследовал дальний родственник Виктор-Франсуа, восьмой герцог де Бройль . Его похороны состоялись 23 марта 1987 года в церкви Сен-Пьер-де-Нейи. [23]

Научная деятельность

Физика рентгеновского и фотоэффекта

Первые работы Луи де Бройля (начало 1920-х годов) были выполнены в лаборатории его старшего брата Мориса и касались особенностей фотоэффекта и свойств рентгеновских лучей . В этих публикациях исследовалось поглощение рентгеновских лучей и описано это явление с помощью теории Бора , применены квантовые принципы для интерпретации фотоэлектронных спектров и дана систематическая классификация рентгеновских спектров. [14] Исследования рентгеновских спектров имели важное значение для выяснения строения внутренних электронных оболочек атомов (оптические спектры определяются внешними оболочками). Таким образом, результаты экспериментов, проведенных совместно с Александром Довилье, выявили недостатки существующих схем распределения электронов в атомах; эти трудности были устранены Эдмундом Стоунером . [24] Другим результатом стало выяснение недостаточности формулы Зоммерфельда для определения положения линий в рентгеновских спектрах; это несоответствие было устранено после открытия спина электрона. В 1925 и 1926 годах ленинградский физик Орест Хвольсон выдвинул братьев де Бройль на Нобелевскую премию за работы в области рентгеновских лучей. [13]

Материя и корпускулярно-волновой дуализм

Изучение природы рентгеновского излучения и обсуждение его свойств со своим братом Морисом, который считал эти лучи некой комбинацией волн и частиц, способствовало осознанию Луи де Бройлем необходимости построения теории, связывающей корпускулярные и волновые представления. . Кроме того, он был знаком с работами (1919–1922) Марселя Бриллюэна , предложившего гидродинамическую модель атома и попытавшегося связать ее с результатами теории Бора. Отправной точкой в ​​творчестве Луи де Бройля стала идея Эйнштейна о квантах света . В своей первой статье на эту тему, опубликованной в 1922 году, французский учёный рассматривал излучение чёрного тела как газ квантов света и, используя классическую статистическую механику, в рамках такого представления вывел закон излучения Вина . В следующей своей публикации он попытался примирить понятие о квантах света с явлениями интерференции и дифракции и пришел к выводу, что с квантами необходимо связать определенную периодичность. При этом кванты света интерпретировались им как релятивистские частицы очень малой массы. [25]

Оставалось распространить волновые соображения на любые массивные частицы, и летом 1923 г. произошел решающий прорыв. Де Бройль изложил свои идеи в небольшой записке «Волны и кванты» ( франц . Ondes et quanta , представленной на заседании Парижской академии наук 10 сентября 1923 года), [26] которая положила начало созданию волновых волн. механика. В этой статье и в своей последующей кандидатской диссертации [16] ученый предположил, что движущаяся частица с энергией E и скоростью v характеризуется неким внутренним периодическим процессом с частотой (позже известной как частота Комптона ), где – постоянная Планка . Чтобы согласовать эти соображения, основанные на квантовом принципе, с идеями специальной теории относительности, де Бройль связал волну, которую он назвал «фазовой волной», с движущимся телом, распространяющимся с фазовой скоростью . Такая волна, получившая впоследствии название волны материи , или волны де Бройля , в процессе движения тела остаётся в фазе с внутренним периодическим процессом. Рассмотрев затем движение электрона по замкнутой орбите, учёный показал, что требование фазового синхронизма напрямую приводит к квантовому условию Бора-Зоммерфельда , то есть к квантованию углового момента. В следующих двух записках (донесенных на заседаниях 24 сентября и 8 октября соответственно) де Бройль пришел к выводу, что скорость частицы равна групповой скорости фазовых волн, а частица движется по нормали к поверхностям равная фаза. В общем случае траекторию частицы можно определить с помощью принципа Ферма (для волн) или принципа наименьшего действия (для частиц), что указывает на связь геометрической оптики с классической механикой. [27]

Эта теория легла в основу волновой механики. Она была поддержана Эйнштейном, подтверждена экспериментами по дифракции электронов Г. П. Томсона, Дэвиссона и Гермера и обобщена работами Эрвина Шредингера.

С философской точки зрения эта теория волн материи внесла большой вклад в разрушение атомизма прошлого. Первоначально де Бройль считал, что настоящая волна (т. е. имеющая прямую физическую интерпретацию) связана с частицами. Фактически волновой аспект материи был формализован волновой функцией , определяемой уравнением Шредингера , которое представляет собой чисто математическую сущность, имеющую вероятностную интерпретацию, без поддержки реальных физических элементов. Эта волновая функция придает материи видимость волнового поведения, не создавая при этом реальных физических волн. Однако до конца жизни де Бройль вернулся к прямой и реальной физической интерпретации материи-волн, следуя работам Дэвида Бома .

Гипотеза о внутренних часах электрона

В своей диссертации 1924 года де Бройль предположил, что у электрона есть внутренние часы, которые составляют часть механизма, с помощью которого пилотная волна направляет частицу. [28] Впоследствии Дэвид Хестенес предложил ссылку на zitterbewegung , предложенную Шрёдингером. [29]

Хотя попытки проверить гипотезу внутренних часов и измерить тактовую частоту пока не окончательны, недавние экспериментальные данные [30] по крайней мере совместимы с гипотезой де Бройля. [31]

Ненульность и изменчивость массы

Согласно де Бройлю, нейтрино и фотон имеют массу покоя, отличную от нуля, хотя и очень низкую. То, что фотон не совсем безмассовый, обусловлено последовательностью его теории. Между прочим, этот отказ от гипотезы безмассового фотона позволил ему усомниться в гипотезе расширения Вселенной.

Кроме того, он считал, что истинная масса частиц не постоянна, а переменна, и что каждую частицу можно представить как термодинамическую машину, эквивалентную циклическому интегралу действия.

Обобщение принципа наименьшего действия

Во второй части своей диссертации 1924 года де Бройль использовал эквивалентность механического принципа наименьшего действия оптическому принципу Ферма : «Принцип Ферма, примененный к фазовым волнам, идентичен принципу Мопертюи, примененному к движущемуся телу; возможные динамические траектории движущееся тело идентично возможным лучам волны». Эта последняя эквивалентность была указана Уильямом Роуэном Гамильтоном столетием ранее и опубликована им около 1830 года для случая света.

Двойственность законов природы

Де Бройль не претендовал на «исчезновение противоречия», чего, по мнению Макса Борна , можно было достичь с помощью статистического подхода, а распространил корпускулярно-волновой дуализм на все частицы (и на кристаллы, обнаруживающие эффекты дифракции) и распространил принцип двойственности на законы природы.

Его последняя работа составила единую систему законов из двух больших систем термодинамики и механики :

Когда Больцман и его продолжатели разработали свою статистическую интерпретацию термодинамики, термодинамику можно было рассматривать как сложную ветвь динамики. Но, согласно моим реальным идеям, именно динамика кажется упрощенной ветвью термодинамики. Я думаю, что из всех идей, которые я представил в квантовой теории за последние годы, именно эта идея, безусловно, является самой важной и самой глубокой.

Эта идея, по-видимому, соответствует непрерывно-прерывистой двойственности, поскольку ее динамика может быть пределом ее термодинамики, когда постулируются переходы к непрерывным пределам. Оно также близко к мнению Готфрида Вильгельма Лейбница , который постулировал необходимость «архитектонических принципов» для завершения системы механических законов. [ нужна цитата ]

Однако, по его мнению, здесь меньше двойственности, в смысле оппозиции, чем в синтезе ( одно есть предел другого) и усилие синтеза по его мнению постоянно, как и в его первой формуле, в из которых первый член относится к механике, а второй к оптике:

Нейтринная теория света

Эта теория, датируемая 1934 годом, вводит идею о том, что фотон эквивалентен слиянию двух дираковских нейтрино . В настоящее время это не принимается большинством физиков.

Скрытая термодинамика

Последней идеей де Бройля была скрытая термодинамика изолированных частиц. Это попытка объединить три самых дальних принципа физики: принципы Ферма, Мопертюи и Карно .

В этой работе действие становится своего рода противоположностью энтропии посредством уравнения, связывающего единственные два универсальных измерения формы:

Вследствие своего большого влияния эта теория возвращает принцип неопределенности к расстояниям вокруг экстремумов действия, расстояниям, соответствующим уменьшению энтропии .

Почести и награды

Публикации

«Онды и движения» , 1926 год.

Рекомендации

  1. ^ "де Бройль, Луи-Виктор". Британский словарь английского языка Lexico . Издательство Оксфордского университета . Архивировано из оригинала 4 декабря 2020 года.
  2. ^ "де Бройль". Словарь английского языка американского наследия (5-е изд.). ХарперКоллинз . Проверено 10 августа 2019 г.
  3. ^ "Де Бройль". Словарь английского языка Коллинза . ХарперКоллинз . Проверено 10 августа 2019 г.
  4. ^ Леон Варнан (1987). Dictionnaire de la prononciation française dans sa nore actuelle (на французском языке) (3-е изд.). Жамблу: Ж. Дюкюло, SA ISBN 978-2-8011-0581-8.
  5. ^ Жан-Мари Пьере (1994). Phonétique historique du français et notions de phonétique générale (на французском языке). Лувен-ла-Нев: Петерс. п. 102. ИСБН 978-9-0683-1608-7.
  6. ^ аб Лерой, Фрэнсис (2003). Век лауреатов Нобелевской премии: химия, физика и медицина (иллюстрированное издание). ЦРК Пресс. п. 141. ИСБН 0-8247-0876-8.Выдержка со страницы 141
  7. ↑ Окончательная модель пилот-волны была представлена ​​на Solvay Conferences , а затем опубликована в журнале « Ondes et mouvements » 1926 года.
  8. ^ Энтони Валентини: О теории пилот-волн классической, квантовой и субквантовой физики , доктор философии. Диссертация, ISAS, Триест, 1992 г.
  9. ^ «Де Бройль против Бома». Отрывки из книги 1960 года , опубликованной Elsevier Pub.Co. Проверено 30 июня 2015 г.
  10. ^ О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф. , «Луи де Бройль», Архив истории математики MacTutor , Университет Сент-Эндрюс
  11. ^ «История Международной академии квантовой молекулярной науки». ИАКМС . Проверено 8 марта 2010 г.
  12. ^ "Луи де Бройль". Сойлент Коммуникейшнс . Проверено 12 июня 2015 г.
  13. ^ AB MJ Най. (1997). «Аристократическая культура и стремление к науке: Де Бройли в современной Франции». Исида (ред. Исида). 88 (3): 397–421. дои : 10.1086/383768. JSTOR  236150. S2CID  143439041.
  14. ^ abc А. Абрагам . (1988). «Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль». 34 (Биографические мемуары членов Королевского общества под ред.): 22–41. дои : 10.1098/rsbm.1988.0002 . {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  15. ^ Дж. Лаки. (2008). «Луи де Бройль». 1 (Новый словарь научной биографии под ред.). Детройт: Сыновья Чарльза Скрибнера: 409–415. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  16. ^ Аб де Бройль, Луи Виктор. «К теории квантов» (PDF) . Основание Луи де Бройля (английский перевод А.Ф. Краклауэра, ред. 2004 г.) . Проверено 2 января 2020 г.
  17. ^ «Нобелевская премия по физике 1929 года». Нобелевский фонд. Архивировано из оригинала 24 октября 2008 года . Проверено 9 октября 2008 г.
  18. ^ Recherche (PPN) 01331081X: Actualités scientifiques et industrielles, sudoc.fr. Проверено 11 декабря 2021 г.
  19. ^ Эванс, Джеймс; Торндайк, Алан С. (2007). Квантовая механика на перепутье: новые перспективы истории, философии и физики . Спрингер. п. 71. ИСБН 9783540326632. Когда Людовика попросили присоединиться к Le Conseil de l'Union Catholique des Scientifiques Français, он отказался, поскольку, по его словам, он прекратил религиозные обряды своей юности.
  20. ^ Кимбалл, Джон (2015). Физические диковинки, странности и новинки. ЦРК Пресс. п. 323. ISBN 978-1-4665-7636-0 . 
  21. ^ Профессора факультета наук Парижа [1]
  22. ^ Петр Пикух; Жан Маруани; Херардо Дельгадо-Баррио; Стивен Уилсон (30 сентября 2009 г.). Достижения теории атомных и молекулярных систем: концептуальные и вычислительные достижения в квантовой химии. Springer Science & Business Media. п. 4. ISBN 978-90-481-2596-8.
  23. ^ Луи Неель; Фонд Луи де Бройля; Национальная консерватория искусств и ремесел (Франция) (1988). Луи де Бройль, que nous avons connu. Фонд Луи де Бройля, Национальная консерватория искусств и ремесел.
  24. ^ Философия квантовой механики: интерпретации квантовой механики в исторической перспективе . Нью-Йорк: Wiley-Interscience, 1974. ISBN 0-471-43958-4. 
  25. ^ Дж. Мехра. (2001). Дж. Мехра. (ред.). «Луи де Бройль и фазовые волны, связанные с материей» (под ред. «Золотой век теоретической физики»). World Scientific: 546–570. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  26. ^ «Члены Академии наук, созданных: Луи де Бройль Ondes et quanta» (PDF) . academie-sciences.fr (на французском языке). 1923 год.
  27. ^ Макс Джаммер Концептуальное развитие квантовой механики . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл, 1966. 2-е изд.: Нью-Йорк: Американский институт физики, 1989. ISBN 0-88318-617-9 . Оливье Дарригол, «Странность и разумность в ранних работах Луи де Бройля», Physis , 30 (1993): 303–372. 
  28. ^ См., например, описание взглядов де Бройля в: Дэвид Бом, Бэзил Хили: Теория пилотной волны де Бройля, дальнейшее развитие и новые идеи, вытекающие из нее , Основы физики, том 12, номер 10, 1982, Приложение: На фоне статей Д. Бома по интерпретации траекторий (PDF, архивировано 19 августа 2011 г. в Wayback Machine )
  29. ^ Д. Хестенес, октябрь 1990 г., Интерпретация квантовой механики Zitterbewegung, Foundations of Physics, vol. 20, нет. 10, стр. 1213–1232.
  30. ^ См., например, Г. Р. Оше, Резонанс электронного канала и внутренние часы де Бройля , Annales de la Fondation Louis de Broglie, vol. 36, 2001, стр. 61–71 (полный текст)
  31. ^ Катильон, Основы физики, июль 2001 г., том. 38, нет. 7, стр. 659–664.
  32. ^ "История участников APS" . search.amphilsoc.org . Проверено 10 мая 2023 г.
  33. ^ "Герцог Л. Де Бройль" . www.nasonline.org . Проверено 10 мая 2023 г.
  34. ^ Абрагам, А. (1988). «Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль. 15 августа 1892 г. - 19 марта 1987 г.». Биографические мемуары членов Королевского общества . 34 : 22–26. дои : 10.1098/rsbm.1988.0002 . JSTOR  770045.
  35. ^ "Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль". Американская академия искусств и наук . Проверено 10 мая 2023 г.
  36. ^ «Обзор Эйнштейна Луи де Бройля и других». Бюллетень ученых-атомщиков . 36 (3): 50. Март 1980 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с Луи де Бройлем.
В Wikiquote есть цитаты, связанные с Луи де Бройлем .