Après une longue réflexion dans la solitude et la méditation, j'ai soudainement eu l'idée, au cours de l'année 1923, que la découverte faite par Einstein en 1905 devrait être généralisée en l'étendant à toutes les particules matérielles et notamment aux électrons.
Louis Victor Pierre Raymond de Broglie, 7e duc de Broglie était un physicien français et aristocrate qui a apporté des contributions révolutionnaires à la théorie quantique. Dans sa thèse de doctorat de 1924, il a postulé la nature ondulatoire des électrons et suggéré que toute la matière possède des propriétés ondulatoires. Ce concept est connu sous le nom d'hypothèse de de Broglie, un exemple de dualité onde-particule, et constitue une partie centrale de la théorie de la mécanique quantique.
De Broglie a remporté le prix Nobel de physique en 1929, après que le comportement ondulatoire de la matière ait été d'abord démontré expérimentalement en 1927.
Le modèle d'onde pilote de 1925 et le comportement ondulatoire des particules découvert par de Broglie ont été utilisés par Erwin Schrödinger dans sa formulation de la mécanique ondulatoire. Le modèle d'onde pilote et son interprétation ont ensuite été abandonnés en faveur du formalisme quantique, jusqu'en 1952 quand il a été redécouvert et amélioré par David Bohm.
Louis de Broglie a été le seizième membre élu pour occuper le siège 1 de l'Académie française en 1944 et a servi comme secrétaire perpétuel de l'Académie des sciences française. De Broglie est devenu le premier scientifique de haut niveau à réclamer l'établissement d'un laboratoire multinational, une proposition qui a mené à l'établissement de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire CERN.
Biographie
Origine et éducation
Louis de Broglie appartenait à la célèbre famille aristocratique de Broglie, dont les représentants occupaient depuis plusieurs siècles d'importants postes militaires et politiques en France. Le père du futur physicien, Louis-Alphonse-Victor, 5e duc de Broglie, était marié à Pauline d'Armaille, la petite-fille du général napoléonien Philippe Paul, comte de Ségur. Ils avaient cinq enfants ; en plus de Louis, il y a : Albertina 1872–1946, devenue par la suite la Marquise de Luppé ; Maurice 1875–1960, devenu par la suite un physicien expérimentaliste célèbre ; Philip 1881–1890, qui est décédé deux ans avant la naissance de Louis, et Pauline, Comtesse de Pange 1888–1972, devenue par la suite une écrivaine célèbre. Louis est né à Dieppe, Seine-Maritime. En tant que plus jeune enfant de la famille, Louis a grandi dans une solitude relative, lisait beaucoup, aimait l'histoire, particulièrement l'histoire politique. Dès l'enfance, il avait une excellente mémoire et pouvait lire avec précision un extrait d'une production théâtrale ou donner une liste complète des ministres de la Troisième République française. Un grand avenir de homme d'État lui était prédit.
De Broglie avait envisagé une carrière dans les humanités et a reçu son premier diplôme en histoire. Par la suite, il a porté son attention vers les mathématiques et la physique et a reçu un diplôme en physique. Avec le déclenchement de la Première Guerre mondiale en 1914, il a mis ses services à la disposition de l'armée pour le développement des communications radio.
Service militaire
Après la graduation, Louis de Broglie en tant que simple sapeur a rejoint les forces du génie pour effectuer son service obligatoire. Il a commencé au Fort Mont Valérien, mais bientôt, sur l'initiative de son frère, il a été affecté au Service des communications sans fil et a travaillé à la Tour Eiffel, où l'émetteur radio était situé. Louis de Broglie est resté en service militaire pendant toute la Première Guerre mondiale, traitant de questions purement techniques. En particulier, avec Leon Brillouin et son frère Maurice, il a participé à l'établissement des communications sans fil avec les sous-marins. Le Prince Louis a été démobilisé en août 1919 avec le grade d'adjudant. Par la suite, le scientifique a regretté d'avoir dû passer environ six ans loin des problèmes fondamentaux de la science qui l'intéressaient.
Carrière scientifique et pédagogique
Sa thèse de 1924 Recherches sur la théorie des quanta a introduit sa théorie des ondes électroniques. Ceci incluait la théorie de la dualité onde-particule de la matière, basée sur les travaux de Max Planck et Albert Einstein sur la lumière. Cette recherche a culminé dans l'hypothèse de de Broglie affirmant que toute particule ou objet en mouvement possédait une onde associée. De Broglie a ainsi créé un nouveau domaine en physique, la mécanique ondulatoire, ou mécanique des ondes, unissant la physique de l'onde énergétique et de la particule matérielle. Pour cela, il a remporté le prix Nobel de physique en 1929.
Dans sa carrière ultérieure, de Broglie a travaillé pour développer une explication causale de la mécanique ondulatoire, en opposition aux modèles entièrement probabilistes qui dominent la théorie mécanique quantique ; elle a été affinée par David Bohm dans les années 1950. La théorie est depuis connue sous le nom de théorie de De Broglie–Bohm.
En plus du travail strictement scientifique, de Broglie a réfléchi et écrit sur la philosophie des sciences, y compris la valeur des découvertes scientifiques modernes.
De Broglie est devenu membre de l'Académie des sciences en 1933 et a été secrétaire perpétuel de l'académie à partir de 1942. Il a été invité à rejoindre Le Conseil de l'Union Catholique des Scientifiques Francais, mais a décliné car il était non-religieux. Le 12 octobre 1944, il a été élu à l'Académie Française, remplaçant le mathématicien Émile Picard. En raison des décès et des emprisonnements de membres de l'Académie pendant l'occupation et d'autres effets de la guerre, l'Académie n'a pas pu atteindre le quorum de vingt membres pour son élection ; cependant, en raison des circonstances exceptionnelles, son élection unanime par les dix-sept membres présents a été acceptée. Dans un événement unique dans l'histoire de l'Académie, il a été reçu comme membre par son propre frère Maurice, qui avait été élu en 1934. L'UNESCO lui a décerné le premier prix Kalinga en 1952 pour son travail de vulgarisation des connaissances scientifiques, et il a été élu membre étranger de la Royal Society le 23 avril 1953.
Louis est devenu le 7e duc de Broglie en 1960 à la mort sans héritier de son frère aîné, Maurice, 6e duc de Broglie, également physicien.
En 1961, il a reçu le titre de Chevalier de la Grand-Croix dans la Légion d'honneur. De Broglie a été nommé à un poste de conseiller à la Haute Commission française de l'Énergie atomique en 1945 pour ses efforts d'rapprochement entre l'industrie et la science. Il a établi un centre de mécanique appliquée à l'Institut Henri Poincaré, où ont été menées des recherches en optique, cybernétique et énergie atomique. Il a inspiré la formation de l'Académie internationale de science quantique moléculaire et en a été un des premiers membres. Ses funérailles ont été célébrées le 23 mars 1987 à l'Église de Saint-Pierre-de-Neuilly.
Louis n'a jamais été marié. Quand il est décédé à Louveciennes, il a été remplacé comme duc par un cousin éloigné, Victor-François, 8e duc de Broglie.
Activité scientifique
Physique des rayons X et effet photoélectrique
Les premiers travaux de Louis de Broglie au début des années 1920 ont été effectués dans le laboratoire de son frère aîné Maurice et portaient sur les caractéristiques de l'effet photoélectrique et les propriétés des rayons X. Ces publications ont examiné l'absorption des rayons X et ont décrit ce phénomène en utilisant la théorie de Bohr, appliqué les principes quantiques à l'interprétation des spectres photoélectroniques, et ont donné une classification systématique des spectres de rayons X. Les études des spectres de rayons X ont été importantes pour élucider la structure des couches d'électrons internes des atomes ; les spectres optiques sont déterminés par les couches externes. Ainsi, les résultats des expériences menées avec Alexandre Dauvillier ont révélé les lacunes dans les schémas existants pour la distribution des électrons dans les atomes ; ces difficultés ont été éliminées par Edmund Stoner. Un autre résultat a été l'élucidation de l'insuffisance de la formule de Sommerfeld pour déterminer la position des lignes dans les spectres de rayons X ; cette divergence a été éliminée après la découverte du spin de l'électron. En 1925 et 1926, le physicien de Leningrad Orest Khvolson a nominé les frères de Broglie pour le prix Nobel pour leurs travaux dans le domaine des rayons X.
Matière et dualité onde-particule
En étudiant la nature du rayonnement de rayons X et en discutant de ses propriétés avec son frère Maurice, qui considérait ces rayons comme une sorte de combinaison d'ondes et de particules, a contribué à la prise de conscience de Louis de Broglie de la nécessité de construire une théorie liant les représentations particule et onde. De plus, il était familier avec les travaux 1919–1922 de Marcel Brillouin, qui proposaient un modèle hydrodynamique d'un atome et tentaient de le relier aux résultats de la théorie de Bohr. Le point de départ dans les travaux de Louis de Broglie était l'idée d'A. Einstein sur les quanta de lumière. Dans son premier article sur ce sujet, publié en 1922, un scientifique français considérait le rayonnement du corps noir comme un gaz de quanta de lumière et, en utilisant la mécanique statistique classique, dérivait la loi du rayonnement de Wien dans le cadre d'une telle représentation. Dans sa publication suivante, il a essayé de concilier le concept de quanta de lumière avec les phénomènes d'interférence et de diffraction et en est venu à la conclusion qu'il était nécessaire d'associer une certaine périodicité aux quanta. Dans ce cas, les quanta de lumière ont été interprétés par lui comme des particules relativistes de très petite masse.
Il ne restait plus qu'à étendre les considérations ondulatoires à toute particule massive, et à l'été 1923 a eu lieu une percée décisive. De Broglie a exposé ses idées dans une courte note « Ondes et quanta », présentée lors d'une réunion de l'Académie des Sciences de Paris le 10 septembre 1923, qui marqua le début de la création de la mécanique ondulatoire. Dans cet article, le scientifique a suggéré qu'une particule en mouvement avec énergie E et vélocité v est caractérisée par un certain processus périodique interne avec une fréquence E / h. Une telle onde, qui a reçu par la suite le nom d'onde de phase, ou onde de de Broglie, reste en phase avec le processus périodique interne lors du mouvement du corps. Ayant ensuite examiné le mouvement d'un électron en orbite fermée, le scientifique a montré que l'exigence d'adaptation de phase mène directement à la condition de Bohr-Sommerfeld quantifiée, c'est-à-dire à la quantification du moment angulaire. Dans les deux notes suivantes rapportées lors des réunions du 24 septembre et du 8 octobre respectivement, de Broglie en est venu à la conclusion que la vélocité des particules est égale à la vélocité de groupe des ondes de phase, et que la particule se déplace le long de la normale aux surfaces de phase égale. En général, la trajectoire d'une particule peut être déterminée en utilisant le principe de Fermat pour les ondes ou le principe de moindre action pour les particules, ce qui indique une connexion entre l'optique géométrique et la mécanique classique.
Cette théorie a jeté les bases de la mécanique ondulatoire. Elle a été soutenue par Einstein, confirmée par les expériences de diffraction d'électrons de G P Thomson et de Davisson et Germer, et généralisée par les travaux de Schrödinger.
Cependant, cette généralisation était statistique et n'a pas été approuvée par de Broglie, qui a déclaré « que la particule doit être le siège d'un mouvement périodique interne et qu'elle doit se déplacer dans une onde pour rester en phase avec elle a été ignorée par les physiciens actuels qui avaient tort de considérer une propagation d'onde sans localisation de la particule, ce qui était tout à fait contraire à mes idées originales. »
D'un point de vue philosophique, cette théorie des ondes de matière a largement contribué à la ruine de l'atomisme du passé. À l'origine, de Broglie pensait qu'une vraie onde, c'est-à-dire ayant une interprétation physique directe, était associée aux particules. En fait, l'aspect ondulatoire de la matière a été formalisé par une fonction d'onde définie par l'équation de Schrödinger, qui est une entité purement mathématique ayant une interprétation probabiliste, sans le soutien d'éléments physiques réels. Cette fonction d'onde donne une apparence de comportement ondulatoire à la matière, sans faire apparaître de vraies ondes physiques. Cependant, jusqu'à la fin de sa vie, de Broglie est revenu à une interprétation directe et réelle des ondes de matière, suivant les travaux de David Bohm. La théorie de de Broglie–Bohm est aujourd'hui la seule interprétation donnant un statut réel aux ondes de matière et représentant les prédictions de la théorie quantique.
Conjecture d'une horloge interne de l'électron
Dans sa thèse de 1924, de Broglie a conjecturé que l'électron possède une horloge interne qui constitue une partie du mécanisme par lequel une onde pilote guide une particule. Par la suite, David Hestenes a proposé un lien avec la Zitterbewegung qui a été suggérée par Erwin Schrödinger.
Alors que les tentatives de vérification de l'hypothèse de l'horloge interne et de mesure de la fréquence de l'horloge ne sont jusqu'à présent pas concluantes, les données expérimentales récentes sont au moins compatibles avec la conjecture de de Broglie.
Non-nullité et variabilité de la masse
Selon de Broglie, le neutrino et le photon ont des masses au repos qui ne sont pas nulles, bien que très faibles. Qu'un photon ne soit pas tout à fait sans masse est imposé par la cohérence de sa théorie. Incidemment, ce rejet de l'hypothèse d'un photon sans masse lui a permis de douter de l'hypothèse de l'expansion de l'univers.
De plus, il croyait que la vraie masse des particules n'est pas constante, mais variable, et que chaque particule peut être représentée comme une machine thermodynamique équivalente à une intégrale cyclique d'action.
Généralisation du principe de moindre action
Dans la deuxième partie de sa thèse de 1924, de Broglie a utilisé l'équivalence du principe mécanique de moindre action avec le principe optique de Fermat : « Le principe de Fermat a
