Após longa reflexão em solidão e meditação, de repente tive a ideia, durante o ano de 1923, de que a descoberta feita por Einstein em 1905 deveria ser generalizada estendendo-a a todas as partículas materiais e notadamente aos elétrons.
Louis Victor Pierre Raymond de Broglie, 7º duc de Broglie, foi um físico e aristocrata francês que fez contribuições revolucionárias para a teoria quântica. Em sua tese de doutorado de 1924, postulou a natureza ondulatória dos elétrons e sugeriu que toda matéria possui propriedades ondulatórias. Este conceito é conhecido como 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, após o comportamento ondulatório da matéria ter sido demonstrado experimentalmente pela primeira vez em 1927.
O modelo de onda-piloto de 1925 e o comportamento ondulatório das partículas descoberto por de Broglie foi usado por Erwin Schrödinger em sua formulação da mecânica ondulatória. O modelo e a interpretação de 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 a cadeira 1 da Académie française em 1944, e serviu como Secretário Perpétuo da Academia Francesa de Ciências. De Broglie tornou-se o primeiro cientista de alto nível a pedir o estabelecimento de um laboratório multinacional, proposta que levou ao estabelecimento da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear CERN.
Biografia
Origem e educação
Louis de Broglie pertencia à famosa família aristocrática de Broglie, cujos representantes por vários séculos ocuparam postos militares e políticos importantes na França. O pai do futuro físico, Louis-Alphonse-Victor, 5º duc de Broglie, era casado com Pauline d'Armaille, neta do General napoleônico Philippe Paul, comte de Ségur. Tiveram cinco filhos; além de Louis, são eles: Albertina 1872–1946, posteriormente a Marquise 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 uma escritora famosa. Louis nasceu em Dieppe, Seine-Maritime. Como o filho mais jovem da família, Louis cresceu em relativa solidão, lia muito, era apaixonado por história, especialmente política. Desde a infância, tinha boa memória e podia ler com precisão um trecho de uma produção teatral ou dar uma lista completa de ministros da Terceira República da França. Para ele foi predito um grande futuro como estadista.
De Broglie tinha a intenção de seguir carreira em humanidades e recebeu seu primeiro diploma em história. Posteriormente, voltou sua atenção para a matemática e a física e recebeu um diploma em física. Com o início da Primeira Guerra Mundial em 1914, ofereceu seus serviços ao exército no desenvolvimento de comunicações por rádio.
Serviço militar
Após a graduação, Louis de Broglie, como simples sapador, ingressou nas forças de engenharia para cumprir o serviço obrigatório. Começou no Fort Mont Valérien, mas logo, por iniciativa de seu irmão, foi destacado para o Serviço de Comunicações Sem Fio e trabalhou na Torre Eiffel, onde o transmissor de rádio estava localizado. Louis de Broglie permaneceu em serviço militar durante toda a Primeira Guerra Mundial, lidando com questões puramente técnicas. Em particular, juntamente com Leon Brillouin e seu irmão Maurice, participou do estabelecimento de comunicações sem fio com submarinos. O Príncipe Louis foi desmobilizado em agosto de 1919 com a patente de adjudante. Posteriormente, o cientista lamentou ter que passar cerca de seis anos afastado dos problemas fundamentais da ciência que o interessavam.
Carreira científica e pedagógica
Sua tese de 1924 Recherches sur la théorie des quanta Pesquisa sobre a Teoria dos Quanta introduziu sua teoria das ondas eletrônicas. Isto incluía a teoria da dualidade onda-partícula da matéria, baseada no trabalho de Max Planck e Albert Einstein sobre luz. Esta pesquisa culminou na hipótese de de Broglie afirmando que qualquer partícula ou objeto em movimento tinha uma onda associada. De Broglie assim criou um novo campo da física, a mécanique ondulatoire, ou mecânica ondulatória, unindo a física de onda de energia e partícula de matéria. Por isto 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 puramente probabilísticos que dominam a teoria da mecânica quântica; foi refinado por David Bohm nos anos 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 de 1942. Foi convidado para integrar Le Conseil de l'Union Catholique des Scientifiques Francais, mas recusou porque era não-religioso. Em 12 de outubro de 1944, foi eleito para a Académie Française, substituindo o matemático Émile Picard. Devido às mortes e prisões de membros da Académie durante a ocupação e outros efeitos da guerra, a Académie foi incapaz de cumprir o quórum de vinte membros para sua eleição; devido às circunstâncias excecionais, porém, sua eleição unânime pelos dezessete membros presentes foi aceita. Em um evento único na história da Académie, foi recebido como membro por seu próprio irmão Maurice, que havia sido eleito em 1934. A UNESCO o agraciou com o primeiro Prêmio Kalinga em 1952 por seu trabalho em popularizar o conhecimento científico, e foi eleito Membro Estrangeiro da Royal Society em 23 de abril de 1953.
Louis tornou-se o 7º duc de Broglie em 1960 após a morte sem herdeiros de seu irmão mais velho, Maurice, 6º duc de Broglie, também físico.
Em 1961, recebeu o título de Cavaleiro da Grande Cruz na Légion d'honneur. De Broglie foi nomeado para um cargo de conselheiro da Comissão Francesa de Alta 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 foram realizadas. Inspirou a formação da Academia Internacional de Ciência Molecular Quântica e foi um membro inicial. Seu funeral foi realizado em 23 de março de 1987 na Igreja de Saint-Pierre-de-Neuilly.
Louis nunca se casou. Quando morreu em Louveciennes, foi sucedido como duque por um primo distante, Victor-François, 8º duc de Broglie.
Atividade científica
Física de raios X e efeito fotoelétrico
Os primeiros trabalhos de Louis de Broglie no 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. Estas publicações examinaram a absorção de raios X e descreveram este fenômeno usando a teoria de Bohr, aplicaram princípios quânticos à interpretação de espectros fotoeletrônicos, 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 eletrônicas internas dos átomos; espectros ópticos são determinados pelas camadas externas. Assim, os resultados de experimentos realizados conjuntamente 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 de linhas em 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 no campo de raios X.
Matéria e dualidade onda-partícula
Estudando a natureza da radiação de raios X e discutindo suas propriedades com seu irmão Maurice, que considerava esses raios como uma espécie de combinação de ondas e partículas, contribuiu para que Louis de Broglie percebesse a necessidade de construir uma teoria ligando as representações de partícula e onda. Além disso, estava familiarizado com os trabalhos de 1919–1922 de Marcel Brillouin, que propunham um modelo hidrodinâmico de um átomo e tentavam relacioná-lo aos resultados da teoria de Bohr. O ponto de partida no trabalho de Louis de Broglie foi a ideia de A. Einstein sobre os quanta de luz. Em seu primeiro artigo sobre este assunto, publicado em 1922, o cientista francês considerou a radiação do 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 próxima publicação, tentou reconciliar 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 com os quanta. Neste caso, os quanta de luz foram interpretados por ele como partículas relativísticas de massa muito pequena.
Restava estender as considerações de onda a qualquer partícula massiva, e no verão de 1923 ocorreu um avanço decisivo. De Broglie expôs suas ideias em uma breve nota "Ondas e quanta" Francês: Ondes et quanta, apresentada 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 frequência E / h. Tal onda, que posteriormente recebeu o nome fase, ou onda de de Broglie, no processo do movimento do corpo permanece em fase com o processo periódico interno. Tendo então examinado o movimento de um elétron em uma órbita fechada, o cientista mostrou que o requisito para correspondência de fase leva diretamente à condição de quantização de Bohr-Sommerfeld, ou seja, à quantização do momento angular. Nas próximas duas notas apresentadas em reuniões em 24 de setembro e 8 de outubro, respectivamente, de Broglie chegou à conclusão de que a velocidade da partícula é igual à velocidade de 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 óptica geométrica e mecânica clássica.
Esta teoria estabeleceu a base da mecânica ondulatória. Foi apoiada por Einstein, confirmada pelos experimentos de difração de elétrons de G P Thomson e Davisson e Germer, e generalizada pelo trabalho de Schrödinger.
No entanto, esta generalização foi 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 ignorado pelos físicos reais errado em considerar uma propagação de onda sem localização da partícula, o que era bem contrário às minhas ideias originais."
De um ponto de vista filosófico, esta teoria das ondas de matéria contribuiu muito para a ruína do atomismo do passado. Originalmente, de Broglie pensava que uma onda real, isto é, tendo uma interpretação física direta, estava associada às partículas. De fato, o aspecto de onda da matéria foi formalizado por uma função de onda definida pela equação de Schrödinger, que é uma entidade matemática pura tendo 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 final de sua vida de Broglie retornou a uma interpretação direta e real das ondas de matéria, seguindo o trabalho de David Bohm. A teoria De Broglie–Bohm é hoje a única interpretação dando status real às ondas de matéria e representando 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 uma ligação ao Zitterbewegung que foi sugerido por Erwin Schrödinger.
Embora as tentativas de verificar a hipótese do relógio interno e medir a frequência do relógio não tenham sido conclusivas até agora, dados experimentais recentes são pelo menos compatíveis com a conjectura de de Broglie.
Não-nulidade e variabilidade da massa
De acordo com de Broglie, o neutrino e o fóton têm massas de repouso que são diferentes de zero, embora muito baixas. Que um fóton não é inteiramente sem massa é imposto pela coerência de sua teoria. Incidentalmente, esta rejeição da hipótese de um fóton sem massa o permitiu duvidar da hipótese da expansão do universo.
Além disso, 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
