Physique des rayons X et effet photoélectriqueModifier
Les premières œuvres de Louis de Broglie (début des années 1920) ) ont été réalisées dans le laboratoire de son frère aîné Maurice et ont traité des caractéristiques de leffet photoélectrique et des propriétés des rayons X. Ces publications ont examiné labsorption des rayons X et décrit ce phénomène à laide de la théorie de Bohr, appliqué les principes quantiques à linterprétation des spectres photoélectroniques et donné une classification systématique des spectres X. Les études des spectres de rayons X ont été importantes pour élucider la structure des couches électroniques internes des atomes (les spectres optiques sont déterminés par les couches externes). Ainsi, les résultats des expériences menées en collaboration avec Alexandre Dauvillier ont révélé les lacunes des schémas existants de distribution des électrons dans les atomes; ces difficultés ont été éliminées par Edmund Stoner. Un autre résultat a été lélucidation de linsuffisance de la formule de Sommerfeld pour déterminer la position des raies dans les spectres de rayons X; cet écart a été éliminé après la découverte du spin électronique. En 1925 et 1926, le physicien de Leningrad Orest Khvolson a nommé les frères de Broglie pour le prix Nobel pour leurs travaux dans le domaine des rayons X.
Dualité matière et onde-particuleEdit
Étudier la nature du rayonnement X et discuter de ses propriétés avec son frère Maurice, qui considérait ces rayons comme une sorte de combinaison dondes et de particules, a contribué à Louis de Broglie » s conscient de la nécessité de construire une théorie liant les représentations de particules et dondes. De plus, il connaît les travaux (1919-1922) de Marcel Brillouin, qui propose un modèle hydrodynamique dun atome et tente de le relier aux résultats de Théorie de Bohr. Le point de départ du travail de Louis de Broglie était lidée dA. 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 lumineux et, en utilisant la mécanique statistique classique, dériva la loi du rayonnement de Wien dans le cadre dune telle représentation. Dans sa prochaine publication, il a tenté de réconcilier le concept de quanta lumineux avec les phénomènes dinterférence et de diffraction et en est venu à la conclusion quil fallait 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 restait à étendre les considérations donde à toutes les particules massives, et à lété 1923, une percée décisive se produisit. De Broglie expose ses idées dans une brève note «Waves and quanta» (en français: Ondes et quanta, présentée lors dune réunion de lAcadémie des Sciences de Paris le 10 septembre 1923), qui marque le début de la création de la mécanique des vagues. Dans cet article, le scientifique a suggéré quune particule en mouvement avec lénergie E et la vitesse v est caractérisée par un processus périodique interne avec une fréquence E / h {\ displaystyle E / h}, où h {\ displaystyle h} est la constante de Planck Pour réconcilier ces considérations, basées sur le principe quantique, avec les idées de relativité restreinte, de Broglie a été contraint dassocier une « onde fictive » à un corps en mouvement, qui se propage avec la vitesse c 2 / v {\ displaystyle c ^ { 2} / v}. Une telle onde, qui reçut plus tard le nom de phase, ou onde de Broglie, dans le processus de mouvement du corps, reste en phase avec le processus périodique interne. Après avoir examiné le mouvement dun électron en orbite fermée, le scientifique a montré que lexigence de correspondance de phase conduit directement à la condition quantique de Bohr-Sommerfeld, cest-à-dire à quantifier le moment cinétique. est venu à la conclusion que t La vitesse de la particule est égale à la vitesse de groupe des ondes de phase, et la particule se déplace le long de la normale aux surfaces de phase égale. Dans le cas général, la trajectoire dune particule peut être déterminée en utilisant le principe de Fermat (pour les ondes) ou le principe de moindre action (pour les particules), qui indique un lien entre loptique géométrique et la mécanique classique.
Cette théorie a posé les bases de la mécanique des ondes, elle a été soutenue par Einstein, confirmée par les expériences de diffraction électronique de GP Thomson et Davisson et Germer, et généralisée par les travaux de Schrödinger.
Cependant, cette généralisation était statistique et na pas été approuvée par de Broglie, qui a dit « que la particule doit être le siège dun mouvement périodique interne et quelle doit se déplacer dans une vague pour rester dans phase avec elle a été ignorée par les physiciens réels à tort de considérer une propagation donde sans localisation de la particule, ce qui était tout à fait contraire à mes idées originales. «
Dun point de vue philosophique, cette théorie des ondes de matière a a grandement contribué à la ruine de latomisme du passé. À lorigine, de Broglie pensait que londe réelle (cest-à-dire ayant une interprétation physique directe) était associée aux particules. En fait, laspect ondulatoire de la matière a été formalisé par une fonction donde définie par léquation de Schrödinger, qui est une entité mathématique pure ayant une interprétation probabiliste, sans le support déléments physiques réels. Cette fonction donde donne une apparence de comportement ondulatoire à la matière, sans faire apparaître de véritables ondes physiques. Cependant, jusquà la fin de sa vie, de Broglie est revenu à une interprétation physique directe et réelle des ondes de matière, à la suite des travaux de David Bohm. La théorie de Broglie – Bohm est aujourdhui la seule interprétation donnant un statut réel aux ondes de matière et représentant les prédictions de la théorie quantique.
Conjecture dune horloge interne de lélectronEdit
Dans son Thèse de 1924, de Broglie a supposé que lélectron a une horloge interne qui fait partie du mécanisme par lequel une onde pilote guide une particule. Par la suite, David Hestenes a proposé un lien vers le Zitterbewegung qui a été suggéré par Erwin Schrödinger.
Bien que les tentatives de vérification de lhypothèse dhorloge interne et de mesure de la fréquence dhorloge ne soient pas encore concluantes, les données expérimentales récentes sont au moins compatibles avec la conjecture de de Broglie.
Non-nullité et variabilité de massEdit
Selon de Broglie, le neutrino et le photon ont des masses de repos non nulles, bien que très faibles . Quun photon ne soit pas tout à fait sans masse est imposé par la cohérence de sa théorie. Par ailleurs, ce rejet de lhypothèse dun photon sans masse lui a permis de douter de lhypothèse de lexpansion de lunivers.
De plus , il croyait que la vraie masse des particules nest pas constante, mais variable, et que chaque particule peut être représentée comme une machine thermodynamique équivalente à une intégrale cyclique daction.
Généralisation du principe de moindre actionEdit
Dans la deuxième partie de son 1924 thèse, de Broglie a utilisé léquivalence du principe mécanique de moindre action avec le principe optique de Fermat: le principe de « Fermat » appliqué aux ondes de phase est identique au principe de Maupertuis « appliqué au corps en mouvement; les trajectoires dynamiques possibles du mobile sont identiques aux rayons possibles de londe. »Cette équivalence avait été signalée par Hamilton un siècle plus tôt, et publiée par lui vers 1830, à une époque où aucune expérience ne prouvait les principes fondamentaux de la physique étant impliquée dans la description des phénomènes atomiques.
Jusquà ses derniers travaux, il semblait être le physicien qui recherchait le plus cette dimension daction que Max Planck, au début du XXe siècle, avait se révèle être la seule unité universelle (avec sa dimension dentropie).
Dualité des lois de la natureModifier
Loin de prétendre faire «disparaître la contradiction» que Max Born pensait pouvoir être réalisé avec une approche statistique, de Broglie a étendu la dualité onde-particule à toutes les particules (et aux cristaux qui ont révélé les effets de la diffraction) et a étendu le principe de dualité aux lois de la nature.
Son dernier travail fait un seul système de lois à partir des deux grands systèmes de thermodynamique et de mécanique:
Lorsque Boltzmann et ses continuateurs ont développé leur interprétation statistique de la thermodynamique, on aurait pu considérer la thermodynamique comme une branche compliquée de la dynamique . Mais, avec mes idées réelles, cest la dynamique qui semble être une branche simplifiée de la thermodynamique. Je pense que, de toutes les idées que jai introduites dans la théorie quantique ces dernières années, cest cette idée qui est, de loin, la plus importante et la plus profonde.
Cette idée semble correspondre à la dualité continue-discontinue, puisque sa dynamique pourrait être la limite de sa la thermodynamique lorsque lon postule des transitions vers des limites continues, elle est également proche de celle de Leibniz, qui posait la nécessité de «principes architectoniques» pour compléter le système des lois mécaniques.
Cependant, selon lui, il y a moins de dualité, au sens dopposition, que de synthèse (lun est la limite de lautre) et leffort de synthèse est constant selon lui, comme dans son premier formule, dans laquelle le premier membre appartient à la mécanique et le second à loptique:
mc 2 = h ν {\ displaystyle mc ^ {2} = h \ nu}
Théorie des neutrinos de lightEdit
Cette théorie, qui date de 1934, introduit lidée que le photon équivaut à la fusion de deux neutrinos de Dirac.
Elle montre que le mouvement du centre de gravité de ces deux particules obéit au Maxwell équations – cela implique que le neutrino et le photon ont tous deux des masses de repos non nulles, bien que très faibles.
Thermodynamique cachéeModifier
Lidée finale de De Broglie était la thermodynamique cachée de particules isolées. Cest une tentative de rassembler les trois principes les plus éloignés de la physique: les principes de Fermat, Maupertuis et Carnot.
Dans ce travail, laction devient une sorte dopposé à lentropie, à travers une équation qui relie les deux seules dimensions universelles de la forme:
action h = – entropie k {\ displaystyle {{\ text {action}} \ over h} = – {{ \ text {entropie}} \ over k}}