Después de una larga reflexión en soledad y meditación, de repente tuve la idea, durante el año 1923, de que el descubrimiento realizado por Einstein en 1905 debería generalizarse extendiéndolo a todas las partículas materiales y notablemente a los electrones.
Louis Victor Pierre Raymond de Broglie, 7º duc de Broglie fue un físico y aristócrata francés que hizo contribuciones revolucionarias a la teoría cuántica. En su tesis doctoral de 1924, postuló la naturaleza ondulatoria de los electrones y sugirió que toda la materia posee 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.
El modelo de onda piloto de 1925 y el comportamiento ondulatorio de las partículas descubierto por de Broglie fue utilizado por Erwin Schrödinger en su formulación de la mecánica ondulatoria. El modelo de onda piloto y su interpretación fueron posteriormente abandonados, en 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 sirvió como Secretario Perpetuo de la Academia Francesa de Ciencias. De Broglie se convirtió en el primer científico de alto nivel en reclamar el establecimiento de un laboratorio multinacional, una propuesta que condujo al establecimiento de la Organización Europea para la Investigación Nuclear CERN.
Biografía
Origen y educación
Louis de Broglie pertenecía a la famosa familia aristocrática de Broglie, cuyos representantes durante varios siglos ocuparon puestos militares y políticos importantes en Francia. El padre del futuro físico, Louis-Alphonse-Victor, 5º duc de Broglie, estaba casado con Pauline d'Armaille, la nieta del General napoleónico Philippe Paul, comte de Ségur. Tenían cinco hijos; además de Louis, estos son: Albertina 1872–1946, posteriormente la Marquise de Luppé; Maurice 1875–1960, posteriormente un famoso físico experimental; Philip 1881–1890, que murió dos años antes del nacimiento de Louis, y Pauline, Comtesse de Pange 1888–1972, posteriormente una famosa escritora. Louis nació en Dieppe, Seine-Maritime. Como el hijo menor de la familia, Louis creció en relativa soledad, leía mucho, tenía afición por la historia, especialmente la política. Desde la infancia, tenía buena memoria y podía leer con precisión un fragmento de una producción teatral o dar una lista completa de ministros de la Tercera República de Francia. Para él se predijo un gran futuro como estadista.
De Broglie había tenido la intención de seguir una carrera en humanidades, y recibió su primer título en historia. Posteriormente dirigió su atención hacia las matemáticas y la física y recibió un título en física. Con el estallido de la Primera Guerra Mundial en 1914, ofreció sus servicios al ejército en el desarrollo de comunicaciones por radio.
Servicio militar
Después de la graduación, Louis de Broglie como simple zapador se unió a las fuerzas de ingeniería para realizar el servicio obligatorio. Comenzó en Fort Mont Valérien, pero pronto, por iniciativa de su hermano, fue destinado al Servicio de Comunicaciones Inalámbricas y trabajó en la Torre Eiffel, donde se ubicaba el transmisor de radio. Louis de Broglie permaneció en servicio militar durante toda la Primera Guerra Mundial, tratando con cuestiones puramente técnicas. En particular, junto con Leon Brillouin y su hermano Maurice, participó en el establecimiento de comunicaciones inalámbricas con submarinos. El Príncipe Louis fue desmovilizado en agosto de 1919 con el rango de adjudant. Posteriormente, el científico lamentó que tuvo que pasar alrededor de seis años alejado de los problemas fundamentales de la ciencia que lo interesaban.
Carrera científica y pedagógica
Su tesis de 1924 Recherches sur la théorie des quanta Investigación sobre la Teoría de los Quanta introdujo su teoría de las ondas de electrones. Esto incluyó la teoría de 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 establece que cualquier partícula u objeto en movimiento tiene una onda asociada. De Broglie así creó un nuevo campo en la física, la mécanique ondulatoire, o mecánica ondulatoria, uniendo la física de la onda de energía y la partícula de materia. Por esto 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 completamente probabilísticos que dominan la teoría de la mecánica cuántica; fue refinado por David Bohm en los años 1950. La teoría ha sido conocida desde entonces como la teoría De Broglie–Bohm.
Además del trabajo estrictamente científico, de Broglie pensó y escribió sobre la filosofía de la ciencia, incluyendo 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 declinó porque era no religioso. El 12 de octubre de 1944, fue elegido a la Académie Française, reemplazando al 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 alcanzar el quórum de veinte miembros para su elección; debido a las circunstancias excepcionales, sin embargo, su elección unánime por los diecisiete miembros presentes fue aceptada. En un evento único en la historia de la Académie, fue recibido como miembro por su propio hermano Maurice, que había sido elegido en 1934. 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 7º duc de Broglie en 1960 tras la muerte sin heredero de su hermano mayor, Maurice, 6º duc de Broglie, también físico.
En 1961, recibió el título de Caballero de la Gran Cruz en la Légion d'honneur. De Broglie fue galardonado con un puesto como consejero de la Comisión de Alta Energía Atómica Francesa 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 realizó investigación en óptica, cibernética y energía atómica. Inspiró la formación de la Academia Internacional de Ciencia Molecular Cuántica y fue un miembro temprano. 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, 8º duc de Broglie.
Actividad científica
Física de rayos X y efecto fotoeléctrico
Los primeros trabajos de Louis de Broglie a principios de los años 1920 fueron realizados en el laboratorio de su hermano mayor Maurice y trataban con 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 espectros de fotoelectrones, y dieron una clasificación sistemática de espectros de rayos X. Los estudios de espectros de rayos X fueron importantes para dilucidar la estructura de las capas de electrones internos de átomos; los espectros ópticos están determinados por las capas externas. Por lo tanto, los resultados de los experimentos realizados junto con Alexandre Dauvillier revelaron las deficiencias en los esquemas existentes para la distribución de electrones en átomos; estas dificultades fueron eliminadas por Edmund Stoner. Otro resultado fue la elucidación de la insuficiencia de la fórmula de Sommerfeld para determinar la posición de líneas en espectros de rayos X; esta discrepancia fue eliminada 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.
Materia y dualidad onda-partícula
Al 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 la conciencia de Louis de Broglie de la necesidad de construir una teoría que vinculara las representaciones de partícula y onda. Además, estaba familiarizado con los trabajos de 1919–1922 de Marcel Brillouin, que propusieron un modelo hidrodinámico de un átomo e intentaron relacionarlo con los resultados de la teoría de Bohr. El punto de partida en el trabajo 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, un científico francés consideró la radiación del 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 reconciliar 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 con los cuantos. En este caso, los cuantos de luz fueron interpretados por él como partículas relativistas de masa muy pequeña.
Quedaba extender las consideraciones ondulatorias a cualquier partícula masiva, y en el verano de 1923 ocurrió 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 artículo, el científico sugirió que una partícula en movimiento con energía E y velocidad v se caracteriza por algún proceso periódico interno con una frecuencia E / h. Tal onda, que posteriormente recibió el nombre de fase, u onda de de Broglie, en el proceso del movimiento del cuerpo permanece en fase con el proceso periódico interno. Habiendo entonces examinado el movimiento de un electrón en una órbita cerrada, el científico mostró que el requisito de coincidencia de fases conduce directamente a la condición de cuantificación de Bohr-Sommerfeld, es decir, a la cuantificación del momento angular. En las dos siguientes notas reportadas en las reuniones del 24 de septiembre y 8 de octubre, respectivamente, de Broglie llegó a la conclusión de que la velocidad de la partícula es igual a la velocidad de 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 puede determinarse utilizando el principio de Fermat para ondas o el principio de mínima acción para partículas, lo que indica una conexión entre la óptica geométrica y la mecánica clásica.
Esta teoría sentó las bases de la mecánica ondulatoria. Fue apoyada por Einstein, confirmada por los experimentos de difracción de electrones de G P Thomson y Davisson y Germer, y generalizada 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 la sede de un movimiento periódico interno y que debe moverse en una onda para permanecer en fase con ella fue ignorado por los físicos reales equivocados al considerar una propagación de ondas sin localización de la partícula, lo que era bastante contrario a mis ideas originales."
Desde un punto de vista filosófico, esta teoría de ondas de materia ha contribuido mucho a la ruina del atomismo del pasado. Originalmente, de Broglie pensaba que una onda real, es decir, teniendo una interpretación física directa, estaba asociada con las 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 puramente matemática teniendo una interpretación probabilística, sin el apoyo de elementos físicos reales. Esta función de onda da la apariencia de comportamiento ondulatorio a la materia, sin hacer aparecer ondas físicas reales. Sin embargo, hasta el final de su vida de Broglie volvió a una interpretación física directa y real de ondas de materia, siguiendo el trabajo de David Bohm. La teoría De Broglie–Bohm es hoy la única interpretación que da 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 conjeturó que el electrón tiene un reloj interno que constituye parte del mecanismo por el cual una onda piloto guía una partícula. Posteriormente, David Hestenes ha propuesto un vínculo con el Zitterbewegung que fue sugerido por Erwin Schrödinger.
Aunque los intentos de verificar la hipótesis del reloj interno y medir la frecuencia del reloj hasta ahora no son concluyentes, los datos experimentales recientes son al menos compatibles con la conjetura de de Broglie.
No-nulidad y variabilidad de la masa
Según de Broglie, el neutrino y el fotón tienen masas en reposo que son distintas de cero, aunque muy bajas. Que un fotón no sea completamente sin masa es impuesto por la coherencia de su teoría. Incidentalmente, 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 masa verdadera de las partículas no es constante, sino variable, y que cada partícula puede representarse 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 a
