Física de los rayos X y el efecto fotoeléctricoEditar
Las primeras obras de Louis de Broglie (principios de la década de 1920 ) se realizaron en el laboratorio de su hermano mayor Maurice y trataron las características del efecto fotoeléctrico y las propiedades de los rayos X. Estas publicaciones examinaron la absorción de rayos X y describieron este fenómeno utilizando la teoría de Bohr, aplicaron principios cuánticos a la interpretación de los espectros de fotoelectrones y dieron una clasificación sistemática de los espectros de rayos X. Los estudios de los espectros de rayos X fueron importantes para dilucidar la estructura de las capas internas de electrones de los átomos (los espectros ópticos están determinados por las capas externas). Así, los resultados de los experimentos llevados a cabo junto con Alexandre Dauvillier, revelaron las deficiencias de los esquemas existentes para la distribución de electrones en átomos; estas dificultades fueron eliminadas por Edmund Stoner. Otro resultado fue la elucidación de la insuficiencia de la fórmula de Sommerfeld para determinar la posición de las líneas en los espectros de rayos X; esta discrepancia se eliminó después del descubrimiento del espín del electrón. En 1925 y 1926, el físico de Leningrado Orest Khvolson nominó a los hermanos de Broglie para el Premio Nobel por su trabajo en el campo de los rayos X.
Materia y dualidad onda-partículaEditar
Estudiar la naturaleza de la radiación de rayos X y discutir sus propiedades con su hermano Maurice, quien consideraba estos rayos como una especie de combinación de ondas y partículas, contribuyó a Louis de Broglie » s consciente de la necesidad de construir una teoría que vincule las representaciones de partículas y ondas. Además, estaba familiarizado con los trabajos (1919-1922) de Marcel Brillouin, que proponía un modelo hidrodinámico de un átomo e intentaba relacionarlo con los resultados de Teoría de Bohr. El punto de partida en la obra de Louis de Broglie fue la idea de A. Einstein sobre los cuantos de luz. En su primer artículo sobre este tema, publicado en 1922, un científico francés consideró la radiación de cuerpo negro como un gas de cuantos de luz y, utilizando la mecánica estadística clásica, derivó la ley de radiación de Wien en el marco de tal representación. En su siguiente publicación, trató de reconciliar el concepto de cuantos de luz con los fenómenos de interferencia y difracción y llegó a la conclusión de que era necesario asociar una cierta periodicidad a los cuantos. En este caso, interpretó los cuantos de luz como partículas relativistas de masa muy pequeña.
Quedaba por extender las consideraciones de onda a cualquier partícula masiva, y en el verano de 1923 se produjo un avance decisivo. De Broglie esbozó sus ideas en una breve nota «Waves and quanta» (francés: Ondes et quanta, presentada en una reunión de la Academia de Ciencias de París el 10 de septiembre de 1923), que marcó el comienzo de la creación de la mecánica ondulatoria. En este artículo, el científico sugirió que una partícula en movimiento con energía E y velocidad v se caracteriza por algún proceso periódico interno con una frecuencia E / h {\ displaystyle E / h}, donde h {\ displaystyle h} es la constante de Planck Para conciliar estas consideraciones, basadas en el principio cuántico, con las ideas de la relatividad especial, de Broglie se vio obligado a asociar una «onda ficticia» con un cuerpo en movimiento, que se propaga con la velocidad c 2 / v {\ displaystyle c ^ { 2} / v}. Tal onda, que más tarde recibió el nombre de fase, u onda de De Broglie, en el proceso de movimiento del cuerpo permanece en fase con el proceso periódico interno. Después de haber examinado el movimiento de un electrón en una órbita cerrada, el científico demostró que el requisito de coincidencia de fases conduce directamente a la condición cuántica de Bohr-Sommerfeld, es decir, a cuantificar el momento angular. En las dos notas siguientes (informadas en las reuniones del 24 de septiembre y el 8 de octubre, respectivamente), de Broglie llegué a la conclusión de que t la velocidad de la partícula es igual a la velocidad del grupo de ondas de fase, y la partícula se mueve a lo largo de la normal a superficies de igual fase. En el caso general, la trayectoria de una partícula se puede determinar utilizando el principio de Fermat (para ondas) o el principio de mínima acción (para partículas), que indica una conexión entre la óptica geométrica y la mecánica clásica.
Esta teoría sentó las bases de la mecánica ondulatoria, apoyada por Einstein, confirmada por los experimentos de difracción de electrones de GP Thomson y Davisson y Germer, y generalizada por el trabajo de Schrödinger.
Sin embargo, esta generalización fue estadística y no fue aprobada por De Broglie, quien dijo «que la partícula debe ser el asiento de un movimiento periódico interno y que debe moverse en una onda para permanecer en La fase con ella fue ignorada por los físicos reales. Se equivocó al considerar una propagación de ondas sin localización de la partícula, lo cual era bastante contrario a mis ideas originales «.
Desde un punto de vista filosófico, esta teoría de las ondas de materia contribuyó en gran medida a la ruina del atomismo del pasado. Originalmente, de Broglie pensó que la onda real (es decir, que tiene una interpretación física directa) estaba asociada con partículas. De hecho, el aspecto ondulatorio de la materia se formalizó mediante una función de onda definida por la ecuación de Schrödinger, que es una entidad matemática pura que tiene una interpretación probabilística, sin el apoyo de elementos físicos reales. Esta función de onda da una apariencia de comportamiento ondulatorio a la materia, sin que aparezcan ondas físicas reales. Sin embargo, hasta el final de su vida de Broglie volvió a una interpretación física directa y real de las ondas de materia, siguiendo el trabajo de David Bohm. La teoría de De Broglie-Bohm es hoy la única interpretación que da un estado real a las ondas de materia y representa las predicciones de la teoría cuántica.
Conjetura de un reloj interno del electrónEditar
En su En su tesis de 1924, de Broglie conjeturaba que el electrón tiene un reloj interno que constituye parte del mecanismo por el cual una onda piloto guía una partícula. Posteriormente, David Hestenes propuso un enlace al Zitterbewegung sugerido por Erwin Schrödinger.
Si bien los intentos de verificar la hipótesis del reloj interno y medir la frecuencia del reloj no son hasta ahora concluyentes, los datos experimentales recientes son al menos compatibles con la conjetura de De Broglie.
No nulidad y variabilidad de masaEdit
Según de Broglie, el neutrino y el fotón tienen masas en reposo distintas de cero, aunque muy bajas . Que un fotón no carece del todo de masa es impuesto por la coherencia de su teoría. Por cierto, este rechazo de la hipótesis de un fotón sin masa le permitió dudar de la hipótesis de la expansión del universo.
Además , creía que la verdadera masa de las partículas no es constante, sino variable, y que cada partícula se puede representar como una máquina termodinámica equivalente a una integral cíclica de acción.
Generalización del principio de mínima acciónEditar
En la segunda parte de su 1924 tesis, de Broglie utilizó la equivalencia del principio mecánico de mínima acción con el principio óptico de Fermat: el principio de «Fermat» aplicado a ondas de fase es idéntico al principio de Maupertuis aplicado al cuerpo en movimiento; las posibles trayectorias dinámicas del cuerpo en movimiento son idénticas a los posibles rayos de la onda «. Esta equivalencia había sido señalada por Hamilton un siglo antes, y publicada por él alrededor de 1830, en una época en la que ninguna experiencia daba prueba de los principios fundamentales de la física involucrada en la descripción de los fenómenos atómicos.
Hasta su trabajo final, parecía ser el físico que más buscaba esa dimensión de acción que Max Planck, a principios del siglo XX, había demostrado ser la única unidad universal (con su dimensión de entropía).
Dualidad de las leyes de la naturalezaEditar
Lejos de pretender hacer «desaparecer la contradicción» que Max Born pensó que podía lograrse con un enfoque estadístico, de Broglie extendió la dualidad onda-partícula a todas las partículas (y a los cristales que revelaron los efectos de la difracción) y extendió el principio de dualidad a las leyes de la naturaleza.
Su último trabajo hizo un solo sistema de leyes a partir de los dos grandes sistemas de termodinámica y de mecánica:
Cuando Boltzmann y sus continuadores desarrollaron su interpretación estadística de la termodinámica, se podría haber considerado a la termodinámica como una rama complicada de la dinámica. . Pero, con mis ideas reales, es la dinámica la que parece ser una rama simplificada de la termodinámica. Creo que, de todas las ideas que he introducido en la teoría cuántica en estos últimos años, es esa idea que es, con mucho, el más importante y el más profundo.
Esa idea parece coincidir con la dualidad continua-discontinua, ya que su dinámica podría ser el límite de su termodinámica cuando se postulan transiciones a límites continuos, también se acerca a la de Leibniz, quien planteó la necesidad de «principios arquitectónicos» para completar el sistema de leyes mecánicas.
Sin embargo, según él, hay menos dualidad, en el sentido de oposición, que síntesis (uno es el límite del otro) y el esfuerzo de síntesis es constante según él, como en su primera fórmula, en la que el primer miembro pertenece a la mecánica y el segundo a la óptica:
mc 2 = h ν {\ displaystyle mc ^ {2} = h \ nu}
Teoría de neutrinos de la luzEditar
Esta teoría, que data de 1934, introduce la idea de que el fotón es equivalente a la fusión de dos neutrinos de Dirac.
Muestra que el movimiento del centro de gravedad de estas dos partículas obedece al Maxwell ecuaciones: eso implica que el neutrino y el fotón tienen masas en reposo distintas de cero, aunque muy bajas.
Termodinámica ocultaEditar
La idea final de De Broglie fue la termodinámica oculta de partículas aisladas. Es un intento de reunir los tres principios más avanzados de la física: los principios de Fermat, Maupertuis y Carnot.
En este trabajo, la acción se convierte en una especie de opuesto a la entropía, a través de una ecuación que relaciona las dos únicas dimensiones universales de la forma:
acción h = – entropía k {\ displaystyle {{\ text {acción}} \ over h} = – {{ \ text {entropía}} \ over k}}