Louis de Broglie - Louis de Broglie

Louis de Broglie
Broglie Big.jpg
Broglie em 1929
Nascer ( 1892-08-15 )15 de agosto de 1892
Dieppe , França
Faleceu 19 de março de 1987 (19/03/1987)(94 anos)
Louveciennes , França
Nacionalidade francês
Alma mater Universidade de Paris
(ΒΑ em História, 1910; BA em Ciências, 1913; PhD em Física, 1924)
Conhecido por Natureza de onda de elétrons
De Broglie-Bohm teoria
de comprimento de onda de Broglie
Prêmios Prêmio Nobel de Física (1929)
Medalha Henri Poincaré (1929)
Prêmio Albert I de Mônaco (1932)
Medalha Max Planck (1938)
Prêmio Kalinga (1952)
Carreira científica
Campos Física
Instituições Universidade de Paris (Sorbonne)
Tese Recherches sur la théorie des quanta ("Research on Quantum Theory")  (1924)
Orientador de doutorado Paul Langevin
Alunos de doutorado Cécile DeWitt-Morette
Bernard d'Espagnat
Jean-Pierre Vigier
Alexandru Proca
Marie-Antoinette Tonnelat

Louis Victor Pierre Raymond, 7 Duc de Broglie ( / d ə b r ɡ l i / , também US : / d ə b r ɡ l i , d ə b r ɔɪ / , francês:  [də bʁɔj] ou [də bʁœj] ( ouvir )Sobre este som ; 15 de agosto de 1892 - 19 de março de 1987) foi um físico e aristocrata francêsque fez contribuições inovadoras para a teoria quântica . Em sua tese de doutorado de 1924, ele postulou a natureza ondulatória dos elétrons e sugeriu que toda matéria tem propriedades de onda . Este conceito é conhecido como a hipótese de de Broglie, um exemplo de dualidade onda-partícula e forma uma parte central da teoria da mecânica quântica .

De Broglie ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1929, depois que o comportamento ondulatório da matéria foi demonstrado experimentalmente pela primeira vez em 1927.

O modelo de onda piloto de 1925 e o comportamento ondulatório das partículas descobertos por de Broglie foram usados ​​por Erwin Schrödinger em sua formulação da mecânica das ondas . O modelo e a interpretação da onda-piloto foram então abandonados, em favor do formalismo quântico , até 1952 quando foi redescoberto e aprimorado por David Bohm .

Louis de Broglie foi o décimo sexto membro eleito para ocupar o assento 1 da Académie Française em 1944, e serviu como Secretário Perpétuo da Academia Francesa de Ciências . De Broglie se tornou o primeiro cientista de alto nível a apelar para o estabelecimento de um laboratório multinacional, uma proposta que levou ao estabelecimento da Organização Européia para Pesquisa Nuclear ( CERN ).

Biografia

Origem e educação

François-Marie, primeiro duque de Broglie (1671-1745) ancestral de Luís de Broglie e marechal da França sob o comando de Luís XIV da França

Louis de Broglie pertencia à famosa família aristocrática de Broglie , cujos representantes durante vários séculos ocuparam importantes cargos militares e políticos na França. O pai do futuro físico, Louis-Alphonse-Victor, 5º duque de Broglie , era casado com Pauline d'Armaille, neta do general napoleônico Philippe Paul, conde de Ségur . Eles tiveram cinco filhos; além de Luís, são eles: Albertina (1872–1946), posteriormente a Marquesa de Luppé; Maurice (1875–1960), posteriormente um famoso físico experimental; Philip (1881–1890), que morreu dois anos antes do nascimento de Louis, e Pauline, Comtesse de Pange (1888–1972), posteriormente um escritor famoso. Louis nasceu em Dieppe , Seine-Maritime. Como o filho mais novo da família, Louis cresceu em relativa solidão, lia muito e gostava de história, especialmente política. Desde a infância, tinha boa memória e era capaz de ler com precisão um trecho de uma produção teatral ou fornecer uma lista completa dos ministros da Terceira República da França . Para ele estava previsto um grande futuro como estadista.

De Broglie pretendia seguir a carreira de humanidades e recebeu seu primeiro diploma em história. Depois disso, ele voltou sua atenção para a matemática e a física e se formou em física. Com a eclosão da Primeira Guerra Mundial em 1914, ele ofereceu seus serviços ao exército no desenvolvimento de comunicações por rádio.

Serviço militar

Após a formatura, Louis de Broglie, como um simples sapador, juntou-se às forças de engenharia para se submeter ao serviço obrigatório. Tudo começou no Fort Mont Valérien , mas logo, por iniciativa de seu irmão, ele foi destacado para o Serviço de Comunicações Sem Fio e trabalhou na Torre Eiffel , onde ficava o transmissor de rádio. Louis de Broglie permaneceu no serviço militar durante a Primeira Guerra Mundial , lidando com questões puramente técnicas. Em particular, junto com Léon Brillouin e o irmão Maurice, ele participou do estabelecimento de comunicações sem fio com submarinos. O príncipe Louis foi desmobilizado em agosto de 1919 com o posto de juiz . Mais tarde, o cientista lamentou ter que passar cerca de seis anos longe dos problemas fundamentais da ciência que o interessavam.

Carreira científica e pedagógica

Sua tese Recherches sur la théorie des quanta (Pesquisa sobre a Teoria dos Quanta), de 1924, apresentou sua teoria das ondas eletrônicas . Isso incluiu a teoria da dualidade onda-partícula da matéria, baseada no trabalho de Max Planck e Albert Einstein sobre a luz. Esta pesquisa culminou na hipótese de De Broglie, afirmando que qualquer partícula ou objeto em movimento tinha uma onda associada . De Broglie criou assim um novo campo da física, a mécanique ondulatoire, ou mecânica das ondas, unindo a física da energia (onda) e da matéria (partícula). Por isso, ele ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1929.

Em sua carreira posterior, de Broglie trabalhou para desenvolver uma explicação causal da mecânica ondulatória, em oposição aos modelos totalmente probabilísticos que dominam a teoria da mecânica quântica ; foi refinado por David Bohm na década de 1950. A teoria desde então ficou conhecida como teoria De Broglie-Bohm .

Além do trabalho estritamente científico, de Broglie pensou e escreveu sobre a filosofia da ciência , incluindo o valor das descobertas científicas modernas.

De Broglie tornou-se membro da Académie des sciences em 1933, e foi o secretário perpétuo da academia desde 1942. Ele foi convidado a ingressar no Le Conseil de l'Union Catholique des Scientifiques Francais , mas recusou por ser não religioso. Em 12 de outubro de 1944, foi eleito para a Académie Française , substituindo o matemático Émile Picard . Por causa das mortes e prisões de membros da Académie durante a ocupação e outros efeitos da guerra, a Académie não conseguiu atingir o quorum de vinte membros para sua eleição; devido às circunstâncias excepcionais, porém, foi aceita sua eleição por unanimidade pelos dezessete membros presentes. Em evento único na história da Académie, foi recebido como membro pelo próprio irmão Maurice, eleito em 1934. A UNESCO concedeu-lhe o primeiro Prêmio Kalinga em 1952 por seu trabalho de popularização do conhecimento científico, e ele foi eleito membro estrangeiro da Royal Society em 23 de abril de 1953.

Louis se tornou o 7º duque de Broglie em 1960 após a morte sem herdeiro de seu irmão mais velho, Maurice, 6º duque de Broglie , também físico.

Em 1961, ele recebeu o título de Cavaleiro da Grã-Cruz na Légion d'honneur . De Broglie foi premiado com o cargo de conselheiro do Alto Comissariado Francês de Energia Atômica em 1945 por seus esforços para aproximar a indústria e a ciência. Ele estabeleceu um centro de mecânica aplicada no Instituto Henri Poincaré , onde pesquisas em óptica, cibernética e energia atômica eram realizadas. Ele inspirou a formação da International Academy of Quantum Molecular Science e foi um dos primeiros membros. Seu funeral foi realizado em 23 de março de 1987 na Igreja de Saint-Pierre-de-Neuilly.

Louis nunca se casou. Quando ele morreu em Louveciennes , foi sucedido como duque por um primo distante, Victor-François, 8º duque de Broglie .

Atividade científica

Física de raios-X e efeito fotoelétrico

Os primeiros trabalhos de Louis de Broglie (início dos anos 1920) foram realizados no laboratório de seu irmão mais velho, Maurice, e tratavam das características do efeito fotoelétrico e das propriedades dos raios-x . Essas publicações examinaram a absorção de raios-X e descreveram esse fenômeno usando a teoria de Bohr , aplicaram princípios quânticos à interpretação de espectros de fotoelétrons e deram uma classificação sistemática de espectros de raios-X. Os estudos de espectros de raios X foram importantes para elucidar a estrutura das camadas internas de elétrons dos átomos (os espectros ópticos são determinados pelas camadas externas). Assim, os resultados dos experimentos conduzidos em conjunto com Alexandre Dauvillier, revelaram as deficiências dos esquemas existentes para a distribuição de elétrons em átomos; essas dificuldades foram eliminadas por Edmund Stoner . Outro resultado foi a elucidação da insuficiência da fórmula de Sommerfeld para determinar a posição das linhas nos espectros de raios-X; esta discrepância foi eliminada após a descoberta do spin do elétron. Em 1925 e 1926, o físico de Leningrado Orest Khvolson nomeou os irmãos de Broglie para o Prêmio Nobel por seu trabalho na área de raios-X.

Dualidade matéria e onda-partícula

Estudar a natureza da radiação de raios-X e discutir suas propriedades com seu irmão Maurice, que considerava esses raios algum tipo de combinação de ondas e partículas, contribuiu para a consciência de Louis de Broglie da necessidade de construir uma teoria ligando partículas e representações de ondas . Além disso, ele estava familiarizado com os trabalhos (1919-1922) de Marcel Brillouin , que propôs um modelo hidrodinâmico de um átomo e tentou relacioná-lo com os resultados da teoria de Bohr. O ponto de partida na obra de Louis de Broglie foi a ideia de A. Einstein sobre os quanta de luz . Em seu primeiro artigo sobre o assunto, publicado em 1922, o cientista francês considerou a radiação de corpo negro como um gás de quanta de luz e, usando a mecânica estatística clássica, derivou a lei de radiação de Wien no âmbito de tal representação. Em sua publicação seguinte, ele tentou conciliar o conceito de quanta de luz com os fenômenos de interferência e difração e chegou à conclusão de que era necessário associar uma certa periodicidade aos quanta. Nesse caso, os quanta de luz foram interpretados por ele como partículas relativísticas de massa muito pequena.

Restava estender as considerações sobre as ondas a quaisquer partículas massivas e, no verão de 1923, ocorreu um avanço decisivo. De Broglie delineou suas idéias em uma nota curta "Ondas e quanta" ( francês : Ondes et quanta , apresentado em uma reunião da Academia de Ciências de Paris em 10 de setembro de 1923), que marcou o início da criação da mecânica ondulatória. Neste artigo, o cientista sugeriu que uma partícula em movimento com energia E e velocidade v é caracterizada por algum processo periódico interno com uma frequência , onde é a constante de Planck . Para conciliar essas considerações, baseadas no princípio quântico, com as idéias da relatividade especial, de Broglie foi forçado a associar uma "onda fictícia" a um corpo em movimento, que se propaga com a velocidade . Tal onda, que mais tarde recebeu o nome de fase, ou onda de Broglie , no processo de movimento corporal, permanece em fase com o processo periódico interno. Tendo então examinado o movimento de um elétron em uma órbita fechada, o cientista mostrou que a necessidade de casamento de fase leva diretamente à condição quântica de Bohr-Sommerfeld , ou seja, quantizar o momento angular. Nas duas notas seguintes (relatadas nas reuniões de 24 de setembro e 8 de outubro, respectivamente), de Broglie chegou à conclusão de que a velocidade da partícula é igual à velocidade do grupo das ondas de fase, e a partícula se move ao longo da normal às superfícies de fase igual. No caso geral, a trajetória de uma partícula pode ser determinada usando o princípio de Fermat (para ondas) ou o princípio da menor ação (para partículas), que indica uma conexão entre a óptica geométrica e a mecânica clássica.

Esta teoria estabeleceu a base da mecânica ondulatória. Foi apoiado por Einstein, confirmado pelos experimentos de difração de elétrons de GP Thomson e Davisson e Germer, e generalizado pelo trabalho de Schrödinger .

No entanto, essa generalização era estatística e não foi aprovada por de Broglie, que disse que "a partícula deve ser a sede de um movimento periódico interno e que deve se mover em uma onda para permanecer em fase com ela foi ignorada pelo físicos reais [que estão] errados ao considerar uma propagação de onda sem localização da partícula, o que era totalmente contrário às minhas idéias originais. "

Do ponto de vista filosófico, essa teoria das ondas de matéria contribuiu muito para a ruína do atomismo do passado. Originalmente, de Broglie pensava que a onda real (isto é, tendo uma interpretação física direta) estava associada a partículas. Na verdade, o aspecto de onda da matéria foi formalizado por uma função de onda definida pela equação de Schrödinger , que é uma entidade matemática pura com uma interpretação probabilística, sem o suporte de elementos físicos reais. Esta função de onda dá uma aparência de comportamento de onda à matéria, sem fazer aparecer ondas físicas reais. No entanto, até o fim de sua vida, de Broglie voltou a uma interpretação física direta e real das ondas de matéria, seguindo o trabalho de David Bohm . A teoria de de Broglie-Bohm é hoje a única interpretação que dá status real às ondas de matéria e representa as previsões da teoria quântica.

Conjectura de um relógio interno do elétron

Em sua tese de 1924, de Broglie conjecturou que o elétron possui um relógio interno que constitui parte do mecanismo pelo qual uma onda piloto guia uma partícula. Posteriormente, David Hestenes propôs um link para o zitterbewegung sugerido por Erwin Schrödinger .

Embora as tentativas de verificar a hipótese do relógio interno e medir a frequência do relógio até agora não sejam conclusivas, os dados experimentais recentes são pelo menos compatíveis com a conjectura de de Broglie.

Não nulidade e variabilidade de massa

Segundo de Broglie, o neutrino e o fóton têm massas de repouso diferentes de zero, embora muito baixas. O fato de um fóton não ser totalmente desprovido de massa é imposto pela coerência de sua teoria. A propósito, essa rejeição da hipótese de um fóton sem massa permitiu-lhe duvidar da hipótese da expansão do universo.

Além disso, ele acreditava que a verdadeira massa das partículas não é constante, mas variável, e que cada partícula pode ser representada como uma máquina termodinâmica equivalente a uma integral cíclica de ação.

Generalização do princípio da menor ação

Na segunda parte de sua tese de 1924, de Broglie usou a equivalência do princípio mecânico da menor ação com o princípio óptico de Fermat : "O princípio de Fermat aplicado às ondas de fase é idêntico ao princípio de Maupertuis aplicado ao corpo em movimento; as possíveis trajetórias dinâmicas de os corpos em movimento são idênticos aos possíveis raios da onda. " Essa equivalência havia sido apontada por Hamilton um século antes e publicada por ele por volta de 1830, em uma época em que nenhuma experiência dava provas de que os princípios fundamentais da física estavam envolvidos na descrição dos fenômenos atômicos.

Até ao seu trabalho final, parecia ser o físico que mais procurava aquela dimensão da ação que Max Planck , no início do século XX, tinha mostrado ser a única unidade universal (com a sua dimensão de entropia).

Dualidade das leis da natureza

Longe de pretender fazer "desaparecer a contradição" que Max Born pensava que poderia ser alcançada com uma abordagem estatística, de Broglie estendeu a dualidade onda-partícula a todas as partículas (e aos cristais que revelaram os efeitos da difração) e estendeu o princípio da dualidade para as leis da natureza.

Seu último trabalho fez um único sistema de leis a partir dos dois grandes sistemas da termodinâmica e da mecânica:

Quando Boltzmann e seus continuadores desenvolveram sua interpretação estatística da Termodinâmica, alguém poderia ter considerado a Termodinâmica um ramo complicado da Dinâmica. Mas, com minhas ideias reais, é a dinâmica que parece ser um ramo simplificado da termodinâmica. Acho que, de todas as ideias que introduzi na teoria quântica nos últimos anos, essa ideia é, de longe, a mais importante e a mais profunda.

Essa ideia parece coincidir com a dualidade contínuo-descontínuo, uma vez que sua dinâmica pode ser o limite de sua termodinâmica quando as transições para limites contínuos são postuladas. É também próximo ao de Leibniz , que postulou a necessidade de "princípios arquitetônicos" para completar o sistema de leis mecânicas.

Porém, segundo ele, há menos dualidade, no sentido de oposição, do que síntese (uma é o limite da outra) e o esforço de síntese segundo ele é constante, como em sua primeira fórmula, em que o primeiro membro pertence à mecânica e o segundo à óptica:

Teoria Neutrino da luz

Essa teoria, que data de 1934, introduz a ideia de que o fóton é equivalente à fusão de dois neutrinos de Dirac .

Mostra que o movimento do centro de gravidade dessas duas partículas obedece às equações de Maxwell - o que implica que o neutrino e o fóton têm massas de repouso diferentes de zero, embora muito baixas.

Termodinâmica oculta

A ideia final de De Broglie foi a termodinâmica oculta das partículas isoladas. É uma tentativa de reunir os três princípios mais avançados da física: os princípios de Fermat, Maupertuis e Carnot .

Nesse trabalho, a ação torna-se uma espécie de oposto à entropia , por meio de uma equação que relaciona as duas únicas dimensões universais da forma:

Como conseqüência de seu grande impacto, esta teoria traz de volta o princípio da incerteza para distâncias em torno de extremos de ação, distâncias correspondentes a reduções na entropia .

Honras e prêmios

Publicações

Ondes et mouvements , 1926
  • Recherches sur la théorie des quanta ( Pesquisas sobre a teoria quântica ), Tese, Paris, 1924, Ann. de Physique (10) 3 , 22 (1925).
  • Introduction à la physique des rayons X et gamma ( Introdução à física dos raios X e raios gama ), com Maurice de Broglie , Gauthier-Villars, 1928.
  • Ondes et mouvements (em francês). Paris: Gauthier-Villars. 1926.
  • Rapport au 5ème Conseil de Physique Solvay ( Relatório do 5º Congresso de Física Solvay ), Bruxelas, 1927.
  • Mecanique ondulatoire (em francês). Paris: Gauthier-Villars. 1928.
  • Recueil d'exposés sur les ondes et corpuscules (em francês). Paris: Librairie scientifique Hermann et C.ie. 1930.
  • Matière et lumière ( Matter and Light ), Paris: Albin Michel, 1937.
  • La Physique nouvelle et les quanta ( New Physics and Quanta ), Flammarion, 1937.
  • Continu et discontinu en physique moderne ( Continuous and discontinuous in Modern Physics ), Paris: Albin Michel, 1941.
  • Ondes, corpuscules, mécanique ondulatoire ( Waves, Corpuscles, Wave Mechanics ), Paris: Albin Michel, 1945.
  • Physique et microphysique ( Physics and Microphysics ), Albin Michel, 1947.
  • Vie et œuvre de Paul Langevin ( A vida e as obras de Paul Langevin ), Academia Francesa de Ciências, 1947.
  • Optique électronique et corpusculaire ( Electronic and Corpuscular Optics ), Herman, 1950.
  • Savants et découvertes ( Cientistas e descobertas ), Paris, Albin Michel, 1951.
  • Une tentative d'interprétation causale et non linéaire de la mécanique ondulatoire: la théorie de la double solution. Paris: Gauthier-Villars, 1956.
    • Tradução para o inglês: Non-linear Wave Mechanics: A Causal Interpretation. Amsterdam: Elsevier, 1960.
  • Nouvelles perspectives en microphysique ( New prospects in Microphysics ), Albin Michel, 1956.
  • Sur les sentiers de la science ( On the Paths of Science ), Paris: Albin Michel, 1960.
  • Introdução à nouvelle théorie des particules de M. Jean-Pierre Vigier et de ses colaboradores , Paris: Gauthier-Villars, 1961. Paris: Albin Michel, 1960.
    • Tradução para o inglês: Introdução à Teoria de Vigier das partículas elementares , Amsterdam: Elsevier, 1963.
  • Étude critique desbasas de l'interprétation actuelle de la mécanique ondulatoire , Paris: Gauthier-Villars, 1963.
    • Tradução para o inglês: The Current Interpretation of Wave Mechanics: A Critical Study , Amsterdam, Elsevier, 1964.
  • Certitudes et incertitudes de la science ( Certitudes and Incertitudes of Science ). Paris: Albin Michel, 1966.
  • com Louis Armand, Pierre Henri Simon e outros. Albert Einstein . Paris: Hachette, 1966.
    • Tradução para o inglês: Einstein. Peebles Press, 1979.
  • Recherches d'un demi-siècle ( Pesquisa de meio século ), Albin Michel, 1976.
  • Les incertitudes d'Heisenberg et l'interprétation probabiliste de la mécanique ondulatoire ( incerteza de Heisenberg e interpretação probabilística da mecânica das ondas ), Gauthier-Villars, 1982.

Referências

links externos

Nobreza francesa
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Duque de Broglie
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