Fisica dei raggi X e delleffetto fotoelettricoModifica
Le prime opere di Louis de Broglie (primi anni 20 ) sono stati eseguiti nel laboratorio del fratello maggiore Maurice e si sono occupati delle caratteristiche delleffetto fotoelettrico e delle proprietà dei raggi X. Queste pubblicazioni hanno esaminato lassorbimento dei raggi X e hanno descritto questo fenomeno utilizzando la teoria di Bohr, applicato i principi quantistici allinterpretazione degli spettri dei fotoelettroni e fornito una classificazione sistematica degli spettri dei raggi X. Gli studi sugli spettri di raggi X sono stati importanti per chiarire la struttura dei gusci elettronici interni degli atomi (gli spettri ottici sono determinati dai gusci esterni). Così, i risultati degli esperimenti condotti insieme ad Alexandre Dauvillier, hanno rivelato le carenze degli schemi esistenti per la distribuzione degli elettroni negli atomi; queste difficoltà sono state eliminate da Edmund Stoner. Un altro risultato è stata la delucidazione dellinsufficienza della formula di Sommerfeld per determinare la posizione delle linee negli spettri di raggi X; questa discrepanza è stata eliminata dopo la scoperta dello spin dellelettrone. Nel 1925 e 1926, il fisico di Leningrado Orest Khvolson nominò i fratelli de Broglie per il Premio Nobel per il loro lavoro nel campo dei raggi X.
Materia e dualità onda-particellaModifica
Studiare la natura della radiazione a raggi X e discuterne le proprietà con suo fratello Maurice, che considerava questi raggi come una sorta di combinazione di onde e particelle, ha contribuito a Louis de Broglie ” s consapevolezza della necessità di costruire una teoria che colleghi le rappresentazioni di particelle e onde. Inoltre, conosceva le opere (1919-1922) di Marcel Brillouin, che proponeva un modello idrodinamico di un atomo e tentò di metterlo in relazione con i risultati di La teoria di Bohr. Il punto di partenza nellopera di Louis de Broglie è stata lidea di A. Einstein sui quanti di luce. Nel suo primo articolo su questo argomento, pubblicato nel 1922, uno scienziato francese considerava la radiazione di corpo nero come un gas di quanti di luce e, usando la meccanica statistica classica, derivò la legge della radiazione di Vienna nel quadro di tale rappresentazione. Nella sua successiva pubblicazione, ha cercato di conciliare il concetto di quanti di luce con i fenomeni di interferenza e diffrazione ed è giunto alla conclusione che era necessario associare una certa periodicità ai quanti. In questo caso, i quanti di luce furono interpretati da lui come particelle relativistiche di massa molto piccola.
Rimase da estendere le considerazioni ondulatorie a tutte le particelle massicce e nellestate del 1923 si verificò una svolta decisiva. De Broglie ha delineato le sue idee in una breve nota “Onde e quanti” (in francese: Ondes et quanta, presentato a una riunione dellAccademia delle scienze di Parigi il 10 settembre 1923), che ha segnato linizio della creazione della meccanica ondulatoria. In questo articolo, lo scienziato ha suggerito che una particella in movimento con energia E e velocità v è caratterizzata da un processo periodico interno con una frequenza E / h {\ displaystyle E / h}, dove h {\ displaystyle h} è la costante di Planck Per conciliare queste considerazioni, basate sul principio quantistico, con le idee di relatività speciale, de Broglie fu costretto ad associare un “onda fittizia” a un corpo in movimento, che si propaga con la velocità c 2 / v {\ displaystyle c ^ { 2} / v}. Tale onda, che in seguito ha ricevuto il nome di fase, o onda di de Broglie, nel processo del movimento del corpo rimane in fase con il processo periodico interno. Avendo quindi esaminato il moto di un elettrone in unorbita chiusa, lo scienziato ha mostrato che il requisito per ladattamento di fase porta direttamente alla condizione quantistica di Bohr-Sommerfeld, cioè a quantizzare il momento angolare. Nelle due note successive (riportate alle riunioni del 24 settembre e dell8 ottobre, rispettivamente), de Broglie è giunto alla conclusione che t La velocità delle particelle è uguale alla velocità di gruppo delle onde di fase e la particella si muove lungo la normale verso superfici di fase uguale. Nel caso generale, la traiettoria di una particella può essere determinata usando il principio di Fermat (per le onde) o il principio di minima azione (per le particelle), che indica una connessione tra lottica geometrica e la meccanica classica.
Questa teoria ha posto le basi della meccanica ondulatoria, supportata da Einstein, confermata dagli esperimenti di diffrazione elettronica di GP Thomson e Davisson e Germer, e generalizzata dal lavoro di Schrödinger.
Tuttavia, questa generalizzazione era statistica e non fu approvata da de Broglie, che disse “che la particella deve essere la sede di un movimento periodico interno e che deve muoversi in unonda per rimanere in fase con esso è stato ignorato dai fisici effettivi nel considerare erroneamente una propagazione delle onde senza localizzazione della particella, il che era del tutto contrario alle mie idee originali. “
Da un punto di vista filosofico, questa teoria delle onde della materia ha contribuito notevolmente alla rovina dellatomismo del passato. In origine, de Broglie pensava che londa reale (cioè avente uninterpretazione fisica diretta) fosse associata alle particelle. In effetti, laspetto ondeggiante della materia è stato formalizzato da una funzione donda definita dallequazione di Schrödinger, che è unentità matematica pura avente uninterpretazione probabilistica, senza il supporto di elementi fisici reali. Questa funzione donda dà alla materia lapparenza di un comportamento ondoso, senza far apparire le vere onde fisiche. Tuttavia, fino alla fine della sua vita de Broglie tornò a uninterpretazione fisica diretta e reale delle onde della materia, seguendo il lavoro di David Bohm. La teoria di de Broglie-Bohm è oggi lunica interpretazione che dà uno status reale alle onde della materia e rappresenta le predizioni della teoria quantistica.
Congettura di un orologio interno dellelettrone Modifica
Nel suo Tesi del 1924, de Broglie ipotizzò che lelettrone avesse un orologio interno che costituisce parte del meccanismo mediante il quale unonda pilota guida una particella. Successivamente, David Hestenes ha proposto un collegamento alla Zitterbewegung suggerito da Erwin Schrödinger.
Mentre i tentativi di verificare lipotesi dellorologio interno e misurare la frequenza di clock non sono finora conclusivi, i dati sperimentali recenti sono almeno compatibili con la congettura di de Broglie.
Non nullità e variabilità di massEdit
Secondo de Broglie, il neutrino e il fotone hanno masse a riposo che sono diverse da zero, sebbene molto basse . Che un fotone non sia del tutto privo di massa è imposto dalla coerenza della sua teoria. Per inciso, questo rifiuto dellipotesi di un fotone privo di massa gli ha permesso di dubitare dellipotesi dellespansione delluniverso.
Inoltre , credeva che la vera massa delle particelle non fosse costante, ma variabile, e che ciascuna particella potesse essere rappresentata come una macchina termodinamica equivalente a un integrale ciclico di azione.
Generalizzazione del principio di minima azione Modifica
Nella seconda parte del suo 1924 tesi, de Broglie ha utilizzato lequivalenza del principio meccanico di minima azione con il principio ottico di Fermat: il principio di “Fermat” applicato alle onde di fase è identico al principio di Maupertuis “applicato al corpo in movimento; le possibili traiettorie dinamiche del corpo in movimento sono identiche ai possibili raggi dellonda. “Questa equivalenza era stata evidenziata da Hamilton un secolo prima, e da lui pubblicata intorno al 1830, in unepoca in cui nessuna esperienza dava prova dei principi fondamentali della fisica coinvolta nella descrizione dei fenomeni atomici.
Fino al suo lavoro finale, sembrava essere il fisico che più cercava quella dimensione di azione che Max Planck, allinizio del XX secolo, aveva dimostrato di essere lunica unità universale (con la sua dimensione di entropia).
Dualità delle leggi della naturaModifica
Lungi dal pretendere di far “sparire la contraddizione” che Max Born pensava potesse essere ottenuto con un approccio statistico, de Broglie ha esteso la dualità onda-particella a tutte le particelle (e ai cristalli che hanno rivelato gli effetti della diffrazione) ed ha esteso il principio di dualità alle leggi della natura.
Il suo ultimo lavoro fatto un unico sistema di leggi dai due grandi sistemi di termodinamica e di meccanica:
Quando Boltzmann ei suoi continuatori svilupparono la loro interpretazione statistica della termodinamica, si sarebbe potuto considerare la termodinamica un ramo complicato della dinamica . Ma, con le mie idee reali, è la Dinamica che sembra essere un ramo semplificato della Termodinamica. Penso che, tra tutte le idee che ho introdotto nella teoria quantistica in questi ultimi anni, sia proprio quellidea, di gran lunga, la più importante e la più profonda.
Quellidea sembra corrispondere alla dualità continuo-discontinuo, poiché la sua dinamica potrebbe essere il limite della sua termodinamica quando si postulano transizioni a limiti continui, è anche simile a quella di Leibniz, che postulava la necessità di “principi architettonici” per completare il sistema di leggi meccaniche.
Tuttavia, secondo lui, cè meno dualità, nel senso di opposizione, della sintesi (luna è il limite dellaltra) e lo sforzo di sintesi è costante secondo lui, come nel suo primo formula, in cui il primo membro appartiene alla meccanica e il secondo allottica:
mc 2 = h ν {\ displaystyle mc ^ {2} = h \ nu}
Teoria dei neutrini della luceEdit
Questa teoria, che risale al 1934, introduce lidea che il fotone sia equivalente alla fusione di due neutrini di Dirac.
Mostra che il movimento del centro di gravità di queste due particelle obbedisce al Maxwell equazioni: ciò implica che il neutrino e il fotone hanno entrambi masse a riposo diverse da zero, sebbene molto basse.
Termodinamica nascosta di particelle isolate. Si tratta di un tentativo di riunire i tre più remoti principi della fisica: i principi di Fermat, Maupertuis e Carnot.
In questo lavoro, lazione diventa è una sorta di opposto allentropia, attraverso unequazione che mette in relazione le uniche due dimensioni universali della forma:
azione h = – entropia k {\ displaystyle {{\ text {azione}} \ over h} = – {{ \ text {entropia}} \ over k}}