Physik des Röntgen- und photoelektrischen EffektsEdit
Die ersten Arbeiten von Louis de Broglie (Anfang der 1920er Jahre) ) wurden im Labor seines älteren Bruders Maurice durchgeführt und befassten sich mit den Merkmalen des photoelektrischen Effekts und den Eigenschaften von Röntgenstrahlen. Diese Veröffentlichungen untersuchten die Absorption von Röntgenstrahlen und beschrieben dieses Phänomen unter Verwendung der Bohr-Theorie, wandten Quantenprinzipien auf die Interpretation von Photoelektronenspektren an und gaben eine systematische Klassifizierung von Röntgenspektren. Die Untersuchung von Röntgenspektren war wichtig für die Aufklärung der Struktur der inneren Elektronenschalen von Atomen (optische Spektren werden durch die äußeren Schalen bestimmt). So zeigten die Ergebnisse von Experimenten, die zusammen mit Alexandre Dauvillier durchgeführt wurden, die Mängel der bestehenden Schemata für die Verteilung von Elektronen in Atomen; Diese Schwierigkeiten wurden von Edmund Stoner beseitigt. Ein weiteres Ergebnis war die Aufklärung der Unzulänglichkeit der Sommerfeld-Formel zur Bestimmung der Position von Linien in Röntgenspektren; Diese Diskrepanz wurde nach der Entdeckung des Elektronenspins beseitigt. In den Jahren 1925 und 1926 nominierte der Leningrader Physiker Orest Khvolson die Brüder de Broglie für ihre Arbeit auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen für den Nobelpreis.
Materie und Welle-Teilchen-Dualität Artikel: De Broglie-Hypothese
Die Untersuchung der Natur der Röntgenstrahlung und die Erörterung ihrer Eigenschaften mit seinem Bruder Maurice, der diese Strahlen als eine Art Kombination von Wellen und Teilchen betrachtete, trugen zu Louis de Broglie bei. “ s Bewusstsein für die Notwendigkeit, eine Theorie zu entwickeln, die Teilchen- und Wellendarstellungen verbindet. Außerdem war er mit den Arbeiten (1919–1922) von Marcel Brillouin vertraut, die ein hydrodynamisches Modell eines Atoms vorschlugen und versuchten, es mit den Ergebnissen von in Beziehung zu setzen Bohrs Theorie. Ausgangspunkt der Arbeit von Louis de Broglie war die Idee von A. Einstein über die Lichtquanten. In seinem ersten Artikel zu diesem Thema, der 1922 veröffentlicht wurde, betrachtete ein französischer Wissenschaftler die Schwarzkörperstrahlung als ein Gas aus Lichtquanten und leitete unter Verwendung der klassischen statistischen Mechanik das Wiener Strahlungsgesetz im Rahmen einer solchen Darstellung ab. In seiner nächsten Veröffentlichung versuchte er, das Konzept der Lichtquanten mit den Phänomenen Interferenz und Beugung in Einklang zu bringen, und kam zu dem Schluss, dass es notwendig war, eine bestimmte Periodizität mit Quanten zu assoziieren. In diesem Fall wurden Lichtquanten von ihm als relativistische Teilchen mit sehr kleiner Masse interpretiert.
Es blieb, die Wellenüberlegungen auf alle massiven Teilchen auszudehnen, und im Sommer 1923 kam es zu einem entscheidenden Durchbruch. De Broglie skizzierte seine Ideen in einer kurzen Notiz „Wellen und Quanten“ (französisch: Ondes et quanta, vorgestellt auf einem Treffen der Pariser Akademie der Wissenschaften am 10. September 1923), die den Beginn der Schaffung der Wellenmechanik markierte. In dieser Arbeit schlug der Wissenschaftler vor, dass ein sich bewegendes Teilchen mit der Energie E und der Geschwindigkeit v durch einen internen periodischen Prozess mit einer Frequenz E / h {\ displaystyle E / h} gekennzeichnet ist, wobei h {\ displaystyle h} die Plancksche Konstante ist Um diese auf dem Quantenprinzip basierenden Überlegungen mit den Ideen der speziellen Relativitätstheorie in Einklang zu bringen, musste de Broglie eine „fiktive Welle“ mit einem sich bewegenden Körper assoziieren, der sich mit der Geschwindigkeit c 2 / v {\ displaystyle c ^ {ausbreitet 2} / v}. Eine solche Welle, die später im Prozess der Körperbewegung die Namensphase oder de Broglie-Welle erhielt, bleibt in Phase mit dem internen periodischen Prozess. Nachdem sie dann die Bewegung eines Elektrons in einer geschlossenen Umlaufbahn untersucht hat, Der Wissenschaftler zeigte, dass das Erfordernis der Phasenanpassung direkt zur Quantenbohr-Sommerfeld-Bedingung führt, dh zur Quantifizierung des Drehimpulses. In den nächsten beiden Anmerkungen (berichtet auf den Sitzungen am 24. September bzw. 8. Oktober) de Broglie kam zu dem Schluss, dass t Die Teilchengeschwindigkeit ist gleich der Gruppengeschwindigkeit der Phasenwellen, und das Teilchen bewegt sich entlang der Normalen zu Oberflächen gleicher Phase. Im allgemeinen Fall kann die Flugbahn eines Teilchens nach dem Fermatschen Prinzip (für Wellen) oder dem Prinzip der geringsten Wirkung (für Teilchen) bestimmt werden, was auf eine Verbindung zwischen geometrischer Optik und klassischer Mechanik hinweist.
Diese Theorie legte die Grundlage für die Wellenmechanik. Sie wurde von Einstein unterstützt, durch die Elektronenbeugungsexperimente von GP Thomson und Davisson und Germer bestätigt und durch die Arbeit von Schrödinger verallgemeinert.
Diese Verallgemeinerung war jedoch statistisch und wurde von de Broglie nicht gebilligt, der sagte, „dass das Teilchen der Sitz einer internen periodischen Bewegung sein muss und dass es sich in einer Welle bewegen muss, um darin zu bleiben.“ Die Phase damit wurde von den tatsächlichen Physikern ignoriert, die falsch waren, eine Wellenausbreitung ohne Lokalisierung des Teilchens zu betrachten, was meinen ursprünglichen Vorstellungen völlig widersprach. „
Aus philosophischer Sicht hat diese Theorie der Materiewellen hat wesentlich zum Ruin des Atomismus der Vergangenheit beigetragen. Ursprünglich glaubte de Broglie, dass eine reale Welle (d. H. Eine direkte physikalische Interpretation) mit Partikeln verbunden ist. Tatsächlich wurde der Wellenaspekt der Materie durch eine Wellenfunktion formalisiert, die durch die Schrödinger-Gleichung definiert ist, die eine rein mathematische Einheit mit einer probabilistischen Interpretation ohne die Unterstützung realer physikalischer Elemente ist. Diese Wellenfunktion verleiht der Materie ein Erscheinungsbild des Wellenverhaltens, ohne dass echte physikalische Wellen auftreten. Bis zu seinem Lebensende kehrte de Broglie jedoch nach der Arbeit von David Bohm zu einer direkten und realen physikalischen Interpretation der Materiewellen zurück. Die De-Broglie-Bohm-Theorie ist heute die einzige Interpretation, die Materiewellen einen echten Status verleiht und die Vorhersagen der Quantentheorie darstellt.
Vermutung einer internen Uhr des ElectronEdit
In seiner 1924 vermutete de Broglie, dass das Elektron eine interne Uhr hat, die Teil des Mechanismus ist, durch den eine Pilotwelle ein Teilchen führt. Anschließend hat David Hestenes eine Verknüpfung zur Zitterbewegung vorgeschlagen, die von Erwin Schrödinger vorgeschlagen wurde.
Während Versuche, die interne Takthypothese zu überprüfen und die Taktfrequenz zu messen, bislang nicht schlüssig sind, sind aktuelle experimentelle Daten zumindest kompatibel mit de Broglies Vermutung.
Nicht-Nullheit und Variabilität von massEdit
Nach de Broglie haben das Neutrino und das Photon Ruhemassen, die nicht Null sind, wenn auch sehr niedrig Dass ein Photon nicht ganz masselos ist, wird durch die Kohärenz seiner Theorie auferlegt. Diese Ablehnung der Hypothese eines masselosen Photons ermöglichte es ihm übrigens, an der Hypothese der Expansion des Universums zu zweifeln.
Zusätzlich glaubte er, dass die wahre Masse der Teilchen nicht konstant, sondern variabel ist und dass jedes Teilchen als thermodynamische Maschine dargestellt werden kann, die einem zyklischen Wirkungsintegral entspricht.
Verallgemeinerung des Prinzips der geringsten WirkungEdit
Im zweiten Teil seines Jahres 1924 In seiner These verwendete de Broglie die Äquivalenz des mechanischen Prinzips der geringsten Wirkung mit dem optischen Prinzip von Fermat: Das auf Phasenwellen angewandte Prinzip von „Fermat“ ist identisch mit dem auf den sich bewegenden Körper angewendeten Maupertuis-Prinzip; Die möglichen dynamischen Trajektorien des sich bewegenden Körpers sind identisch mit den möglichen Wellenstrahlen. „Diese Äquivalenz wurde von Hamilton ein Jahrhundert zuvor hervorgehoben und von ihm um 1830 veröffentlicht, in einer Zeit, in der keine Erfahrung die Grundprinzipien bewies der Physik an der Beschreibung atomarer Phänomene beteiligt zu sein.
Bis zu seiner letzten Arbeit schien er der Physiker zu sein, der am meisten nach der Dimension des Handelns suchte, die Max Planck zu Beginn des 20. Jahrhunderts hatte Es wurde gezeigt, dass dies die einzige universelle Einheit ist (mit seiner Dimension der Entropie).
Dualität der NaturgesetzeEdit
Weit davon entfernt zu behaupten, „den Widerspruch verschwinden zu lassen“, wie Max Born dachte Mit einem statistischen Ansatz erweiterte de Broglie die Welle-Teilchen-Dualität auf alle Teilchen (und auf Kristalle, die die Auswirkungen der Beugung zeigten) und erweiterte das Prinzip der Dualität auf die Naturgesetze.
Seine letzte Arbeit machte ein einziges System von Gesetzen aus den beiden großen Systeme der Thermodynamik und der Mechanik:
Als Boltzmann und seine Fortsetzer ihre statistische Interpretation der Thermodynamik entwickelten, hätte man die Thermodynamik als einen komplizierten Zweig der Dynamik betrachten können . Aber mit meinen tatsächlichen Ideen scheint die Dynamik ein vereinfachter Zweig der Thermodynamik zu sein. Ich denke, dass von allen Ideen, die ich in den letzten Jahren in die Quantentheorie eingeführt habe, diese Idee ist, nämlich bei weitem die wichtigste und tiefgreifendste.
Diese Idee scheint der kontinuierlich-diskontinuierlichen Dualität zu entsprechen, da ihre Dynamik die Grenze ihrer sein könnte Thermodynamik, wenn Übergänge zu kontinuierlichen Grenzen postuliert werden. Sie kommt auch der von Leibniz nahe, der die Notwendigkeit „architektonischer Prinzipien“ zur Vervollständigung des Systems mechanischer Gesetze postulierte.
Ihm zufolge gibt es jedoch weniger Dualität im Sinne der Opposition als die Synthese (eine ist die Grenze der anderen), und der Syntheseaufwand ist seiner Meinung nach konstant, wie in seiner ersten Formel, in der sich das erste Element auf die Mechanik und das zweite auf die Optik bezieht:
mc 2 = h ν {\ displaystyle mc ^ {2} = h \ nu}
Neutrino-Theorie von lightEdit
Diese Theorie aus dem Jahr 1934 führt die Idee ein, dass das Photon der Fusion zweier Dirac-Neutrinos entspricht.
Sie zeigt, dass die Bewegung des Schwerpunkts dieser beiden Teilchen dem Maxwell folgt Gleichungen – das bedeutet, dass sowohl das Neutrino als auch das Photon Ruhemassen haben, die nicht Null sind, wenn auch sehr niedrig.
Versteckte ThermodynamikEdit
De Broglies letzte Idee war die verborgene Thermodynamik Es ist ein Versuch, die drei am weitesten entfernten Prinzipien der Physik zusammenzubringen: die Prinzipien von Fermat, Maupertuis und Carnot.
In dieser Arbeit wird Aktion Eine Art Gegenteil von Entropie durch eine Gleichung, die die einzigen zwei universellen Dimensionen der Form in Beziehung setzt:
Aktion h = – Entropie k {\ displaystyle {{\ text {action}} \ over h} = – {{ \ text {entropy}} \ over k}}