stringtranslate.com

Луи де Бройль

В Scholia есть профиль Луи де Бройля (Q83331).

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 г. – 19 марта 1987 г.)[6]был французским аристократом ифизиком, внесшим 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 в 1927 году впервые экспериментально было продемонстрировано волновое поведение материи .

Модель волны-пилота 1925 года [7] и волновое поведение частиц, открытое де Бройлем, были использованы Эрвином Шрёдингером в его формулировке волновой механики . [8] Затем модель волны-пилота и ее интерпретация были оставлены в пользу квантового формализма , пока в 1952 году они не были заново открыты и улучшены Дэвидом Бомом . [9]

Луи де Бройль был шестнадцатым членом, избранным на первое место Французской академии наук в 1944 году, и занимал должность постоянного секретаря Французской академии наук . [10] [11] Де Бройль стал первым высокопоставленным ученым, призвавшим 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 Бройль и маршал Франции при Людовике XV.

Луи де Бройль принадлежал к известному аристократическому роду Бройль , 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 Мари Селестины Амели д'Армайль . У них было пятеро детей; помимо Луи, это были: Альбертина (1872–1946), впоследствии маркиза де Люппе; 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 Дьепе , департамент 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 безошибочно прочитать отрывок из театральной постановки или привести полный список министров Третьей Французской республики . За это ему прочили в будущем великого государственного деятеля. [14]

Де Бройль намеревался сделать карьеру в гуманитарных науках и получил свою первую степень ( license ès lettres ) по истории. После этого он обратил свое внимание на математику и физику и получил степень ( license ès sciences ) по физике. С началом Первой мировой войны в 1914 году он предложил свои услуги армии в развитии радиосвязи.

Военная служба

После окончания университета Луи де Бройль поступил на службу в инженерные войска, чтобы пройти обязательную службу. Она началась в форте Мон-Валерьен , но вскоре по инициативе брата он был откомандирован в Службу беспроводной связи и работал на Эйфелевой башне , где находился радиопередатчик. Луи де Бройль оставался на военной службе в течение всей Первой мировой войны, занимаясь чисто техническими вопросами. В частности, вместе с Леоном Бриллюэном и братом Морисом он участвовал в налаживании беспроводной связи с подводными лодками. Луи де Бройль был демобилизован в августе 1919 года в звании адъютанта . Позже ученый сожалел, что ему пришлось провести около шести лет вдали от фундаментальных проблем науки, которые его интересовали. [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. Она включала корпускулярно-волновую теорию материи, основанную на работах Макса Планка и Альберта Эйнштейна о свете. Это исследование достигло кульминации в гипотезе де Бройля, утверждающей, что любая движущаяся частица или объект имеет связанную с ней волну . Таким образом, де Бройль создал новую область в физике, mécanique ondulatoire , или волновую механику, объединяющую 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 противовес полностью вероятностным моделям, которые доминируют в квантово-механической теории; она была усовершенствована Дэвидом Бомом в 1950-х годах. С тех пор эта теория известна как теория де Бройля–Бома .

Помимо строго научной работы, де Бройль думал и писал о философии науки , включая ценность современных научных открытий. В 1930 году он основал книжную серию Actualités scientifiques et industrielles, изданную Éditions Hermann . [18]

Де Бройль стал членом Академии наук в 1933 году и был бессменным секретарем академии с 1942 года. Его пригласили вступить в 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 во Франции . [21] 12 октября 1944 года он был избран в Академию наук Франции , заменив математика Эмиля Пикара . Из-за смертей и тюремного заключения членов Академии во время оккупации и других последствий войны Академия не смогла собрать кворум из двадцати членов для его выборов; однако из-за исключительных обстоятельств его единогласное избрание семнадцатью присутствовавшими членами было принято. Событие, уникальное в истории Академии, — его принял в члены его родной брат Морис, избранный в 1934 году. В 1952 году ЮНЕСКО присудило ему первую премию Калинги за его работу по популяризации научных знаний, а 23 апреля 1953 года он был избран иностранным членом Королевского общества .

Луи стал 7-м герцогом де Бройль в 1960 году после смерти без наследника своего старшего брата Мориса, 6-го герцога де Бройль , также физика.

В 1961 году он получил звание Рыцаря Большого креста в ордене Почетного легиона . Де Бройль был удостоен должности советника Французской высшей комиссии по атомной энергии в 1945 году за его 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 одним из ее первых членов. [22]

Луи никогда не был женат. Когда он умер 19 марта 1987 года в Лувесьенне в возрасте 94 лет [6], его преемником в качестве герцога стал дальний родственник Виктор-Франсуа, 8-й герцог де Бройль . Его похороны состоялись 23 марта 1987 года в церкви Сен-Пьер-де-Нейи. [23]

Научная деятельность

Физика рентгеновского излучения 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 было рассмотрено поглощение рентгеновских лучей и описано это явление с помощью теории Бора , применены квантовые принципы к интерпретации фотоэлектронных спектров , дана систематическая классификация рентгеновских спектров. [14] Исследования рентгеновских спектров имели важное значение для выяснения структуры внутренних электронных оболочек атомов (оптические спектры определяются внешними оболочками). Так, результаты экспериментов, проведенных совместно с Александром Довилье, выявили недостатки существовавших 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 Бройля на Нобелевскую премию за их работы в области рентгеновских лучей. [13]

Материя и корпускулярно-волновой дуализм

Изучение природы рентгеновского излучения и обсуждение его свойств со своим братом Морисом, считавшим эти лучи неким сочетанием 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 , который предложил гидродинамическую модель атома и попытался 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 ученый рассматривал излучение черного тела как газ световых квантов и, используя классическую статистическую механику, вывел закон излучения Вина в рамках такого представления. В своей следующей публикации он попытался примирить концепцию световых квантов с явлениями интерференции и дифракции и пришел к выводу о необходимости связывать с квантами определенную периодичность. При этом световые кванты трактовались им как релятивистские частицы очень малой массы. [25]

Оставалось распространить волновые соображения на любые массивные частицы, и летом 1923 года произошел решающий прорыв. Де Бройль изложил свои идеи в короткой заметке «Волны и кванты» ( фр . Ondes et quanta , представлена ​​на заседании Парижской академии наук 10 сентября 1923 года) [26] , которая положила начало созданию волновой механики. В этой работе и своей последующей докторской диссертации [16] ученый предположил, что движущаяся частица с энергией E и скоростью v характеризуется некоторым 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 с движущимся телом волну, названную им «фазовой волной», которая распространяется с фазовой скоростью . Такая волна, получившая впоследствии название волны вещества , или волны де Бройля , в процессе движения тела остается в фазе с внутренним периодическим процессом. Рассмотрев затем движение электрона по замкнутой орбите, ученый показал, что требование согласования фаз напрямую приводит к квантовому условию Бора-Зоммерфельда , то есть к квантованию углового момента. В следующих двух заметках (доложенных 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 равной фазы. 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 Джермера и обобщена работами Эрвина Шредингера.

С философской точки зрения эта теория материи-волн внесла большой вклад в крушение атомизма прошлого. Первоначально де Бройль считал, что реальная волна (т.е. имеющая прямую физическую интерпретацию) связана с частицами. Фактически, волновой аспект материи был формализован волновой функцией, определяемой уравнением Шредингера , которое является чистой математической сущностью, имеющей вероятностную интерпретацию, без поддержки реальных физических элементов. Эта волновая функция придает материи видимость волнового поведения, не вызывая появления реальных физических волн. Однако до конца своей жизни де Бройль возвращался 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 электрон имеет внутренние часы, которые составляют часть механизма, посредством которого пилотная волна направляет частицу. [28] Впоследствии Дэвид Хестенес предложил связь с zitterbewegung , предложенным Шредингером. [29]

Хотя попытки проверки гипотезы внутренних часов и измерения частоты часов пока не увенчались успехом, [30] последние экспериментальные данные по крайней мере совместимы с гипотезой де Бройля. [31]

Ненулевое значение и изменчивость массы

По мнению де Бройля, нейтрино и фотон имеют массу покоя, которая не равна нулю, хотя и очень мала. То, что фотон не совсем безмассовый, навязано согласованностью его теории. Кстати, 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 с оптическим принципом Ферма : «Принцип Ферма, примененный к фазовым волнам, идентичен принципу Мопертюи, примененному к движущемуся телу; возможные динамические траектории движущегося тела идентичны 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, в которых были обнаружены эффекты дифракции) и распространил принцип дуальности на законы природы.

Его последняя работа создала единую систему законов из двух больших систем термодинамики и механики: [ необходима ссылка ]

Когда Больцман и его последователи развивали свою статистическую интерпретацию термодинамики, можно было бы считать термодинамику сложной ветвью динамики. Но, с моими реальными идеями, именно динамика представляется упрощенной ветвью термодинамики. Я думаю, что из всех идей, которые я ввел в квантовую теорию за последние годы, именно эта идея, безусловно, самая важная и самая глубокая.

Эта идея, кажется, соответствует непрерывно-прерывной дуальности, поскольку ее динамика может быть пределом ее термодинамики, когда постулируются переходы к непрерывным пределам. Она также близка к идее Готфрида Вильгельма Лейбница , который постулировал необходимость «архитектонических принципов» для завершения системы механических законов. [ необходима цитата ]

Однако, по его мнению, дуальности в смысле противоположности меньше, чем синтеза (одно является пределом другого) [ необходима цитата ] , и усилие синтеза, по его мнению, постоянно, как в его первой формуле, в которой первый член относится к механике, а второй — к оптике:

Нейтринная теория света

Эта теория, которая датируется 1934 годом, вводит идею о том, что фотон эквивалентен слиянию двух дираковских нейтрино . В настоящее время она не принята большинством физиков.

Скрытая термодинамика

Последняя идея де Бройля — 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 два единственных универсальных измерения формы:

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

Почести и награды

Публикации

Волны и движения , 1926

Ссылки

  1. ^ "de Broglie, Louis-Victor". Словарь английского языка Lexico UK . Oxford University Press . Архивировано из оригинала 4 декабря 2020 г.
  2. ^ "de Broglie". The American Heritage Dictionary of the English Language (5-е изд.). HarperCollins . Получено 10 августа 2019 г.
  3. ^ "De Broglie". Collins English Dictionary . HarperCollins . Получено 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. ^ ab Leroy, Francis (2003). Столетие лауреатов Нобелевской премии: химия, физика и медицина (иллюстрированное издание). CRC Press. стр. 141. ISBN 0-8247-0876-8.Выдержка из страницы 141
  7. ^ Окончательная модель пилотной волны была представлена ​​на Сольвеевских конференциях и позднее опубликована в « Ondes et mouvements » в 1926 году.
  8. ^ Энтони Валентини: О теории пилотной волны в классической, квантовой и субквантовой физике , докторская диссертация, ISAS, Триест, 1992 г.
  9. ^ "de Broglie vs Bohm". Отрывки из книги 1960 года, опубликованной Elsevier Pub.Co. Получено 30 июня 2015 г.
  10. ^ О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф. , «Луи де Бройль», Архив истории математики Мактьютора , Университет Сент-Эндрюс
  11. ^ "История Международной академии квантово-молекулярной науки". IAQMS . Получено 8 марта 2010 г.
  12. ^ "Луи де Бройль". Soylent Communications . Получено 12 июня 2015 г.
  13. ^ ab MJ Nye. (1997). «Аристократическая культура и стремление к науке: Де Бройли в современной Франции». Isis . 88 (3) (ред. Isis): 397–421. doi :10.1086/383768. JSTOR  236150. S2CID  143439041.
  14. ^ abc A. Abragam . (1988). «Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль». 34 (Биографические мемуары членов Королевского общества, ред.): 22–41. doi :10.1098/rsbm.1988.0002. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  15. ^ J. Lacki. (2008). «Луи де Бройль». 1 (Новый словарь научной биографии, ред.). Детройт: Charles Scribner's Sons: 409–415. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  16. ^ ab de Broglie, Louis Victor. "On the Theory of Quanta" (PDF) . Основание Луи де Бройля (перевод на английский язык А. Ф. Краклауэра, 2004 г. ред.) . Получено 2 января 2020 г.
  17. ^ "Нобелевская премия по физике 1929 года". Nobel Foundation. Архивировано из оригинала 24 октября 2008 года . Получено 9 октября 2008 года .
  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 из истории, философии и физики . Springer. стр. 71. ISBN 9783540326632Когда Луи попросили вступить в Совет Католического союза французских ученых, он отказался, поскольку, по его словам, он прекратил религиозную практику в юности.
  20. ^ Кимбалл, Джон (2015). Физические курьезы, странности и новинки. CRC Press. стр. 323. ISBN 978-1-4665-7636-0 . 
  21. ^ Профессора факультета наук Парижа [1]
  22. ^ Piotr Piecuch; Jean Maruani; Gerardo Delgado-Barrio; Stephen Wilson (30 сентября 2009 г.). Advances in the Theory of Atomic and Molecular Systems: Conceptual and Computational Advances in Quantum Chemistry. Springer Science & Business Media. стр. 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. ^ J. Mehra. (2001). J. Mehra. (ред.). «Луи де Бройль и фазовые волны, связанные с материей» (ред. «Золотой век теоретической физики»). World Scientific: 546–570. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |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: McGraw-Hill, 1966 2-е изд.: Нью-Йорк: Американский институт физики, 1989. ISBN 0-88318-617-9 . Оливье Дарриголь, «Странность и обоснованность в ранних работах Луи де Бройля», Physis , 30 (1993): 303–372. 
  28. ^ См., например, описание взглядов де Бройля в: Дэвид Бом, Бэзил Хайли: Теория волны-пилота де Бройля и ее дальнейшее развитие и новые идеи, вытекающие из нее , Основы физики, том 12, номер 10, 1982, Приложение: На фоне статей об интерпретации траекторий, Д. Бом, (PDF Архивировано 19 августа 2011 г. на Wayback Machine )
  29. ↑ D. Hestenes, октябрь 1990 г., Интерпретация квантовой механики с помощью Zitterbewegung, Foundations of Physics, т. 20, № 10, стр. 1213–1232.
  30. ↑ См., например, GR Osche, Electron channeling response and de Broglie's internal clock , Annales de la Fondation Louis de Broglie, т. 36, 2001, стр. 61–71 (полный текст)
  31. ↑ Катийон, «Основы физики», июль 2001 г., т. 38, № 7, стр. 659–664.
  32. ^ "История члена APS". search.amphilsoc.org . Получено 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 1892-19 марта 1987». Биографические мемуары членов Королевского общества . 34 : 22–26. doi :10.1098/rsbm.1988.0002. JSTOR  770045.
  35. ^ "Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль". Американская академия искусств и наук . 9 февраля 2023 г. Получено 10 мая 2023 г.
  36. ^ «Обзор Эйнштейна Луи де Бройля и других». Bulletin of the Atomic Scientists . 36 (3): 50. Март 1980.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Луи де Бройль.
В Викицитатнике есть цитаты, связанные с Луи де Бройлем .