Fysica van röntgenstraling en foto-elektrisch effect Bewerken
De eerste werken van Louis de Broglie (begin jaren twintig ) werden uitgevoerd in het laboratorium van zijn oudere broer Maurice en behandelden de kenmerken van het foto-elektrisch effect en de eigenschappen van röntgenstraling. Deze publicaties onderzochten de absorptie van röntgenstralen en beschreven dit fenomeen met behulp van de Bohr-theorie, pasten kwantumprincipes toe op de interpretatie van foto-elektronenspectra en gaven een systematische classificatie van röntgenspectra. De studies van röntgenspectra waren belangrijk voor het ophelderen van de structuur van de interne elektronenschillen van atomen (optische spectra worden bepaald door de buitenste schillen). De resultaten van experimenten die samen met Alexandre Dauvillier werden uitgevoerd, onthulden dus de tekortkomingen van de bestaande schemas voor de distributie van elektronen in atomen; deze moeilijkheden werden weggenomen door Edmund Stoner. Een ander resultaat was de opheldering van de ontoereikendheid van de Sommerfeld-formule voor het bepalen van de positie van lijnen in röntgenspectra; deze discrepantie werd opgeheven na de ontdekking van de elektronenspin. In 1925 en 1926 nomineerde de natuurkundige Orest Khvolson uit Leningrad de broers de Broglie voor de Nobelprijs voor hun werk op het gebied van röntgenstraling.
Dualiteit van materie en golfdeeltjesEdit
Het bestuderen van de aard van röntgenstraling en het bespreken van de eigenschappen ervan met zijn broer Maurice, die deze stralen beschouwde als een soort combinatie van golven en deeltjes, droeg bij aan Louis de Broglie ” s besef van de noodzaak om een theorie op te bouwen die deeltjes- en golfrepresentaties met elkaar verbindt. Bovendien was hij bekend met de werken (1919-1922) van Marcel Brillouin, die een hydrodynamisch model van een atoom voorstelde en probeerde dit in verband te brengen met de resultaten van Bohrs theorie. Het uitgangspunt in het werk van Louis de Broglie was het idee van A. Einstein over de quanta van licht. In zijn eerste artikel over dit onderwerp, gepubliceerd in 1922, beschouwde een Franse wetenschapper straling van zwarte lichamen als een gas van lichtquanta en ontleende hij met behulp van klassieke statistische mechanica de Wiener stralingswet in het kader van een dergelijke representatie. In zijn volgende publicatie probeerde hij het concept van lichtquanta te verzoenen met de verschijnselen van interferentie en diffractie en kwam hij tot de conclusie dat het nodig was om een bepaalde periodiciteit te associëren met quanta. In dit geval werden lichtquanta door hem geïnterpreteerd als relativistische deeltjes met een zeer kleine massa.
Het bleef om de golfoverwegingen uit te breiden tot alle massieve deeltjes, en in de zomer van 1923 vond er een beslissende doorbraak plaats. De Broglie schetste zijn ideeën in een korte notitie “Waves and quanta” (Frans: Ondes et quanta, gepresenteerd op een bijeenkomst van de Academie van Wetenschappen in Parijs op 10 september 1923), die het begin markeerde van de creatie van golfmechanica. In dit artikel suggereerde de wetenschapper dat een bewegend deeltje met energie E en snelheid v wordt gekenmerkt door een intern periodiek proces met een frequentie E / h {\ displaystyle E / h}, waarbij h {\ displaystyle h} de constante van Planck is Om deze overwegingen, gebaseerd op het kwantumprincipe, te verzoenen met de ideeën van de speciale relativiteitstheorie, werd de Broglie gedwongen een fictieve golf te associëren met een bewegend lichaam, dat zich voortplant met de snelheid c 2 / v {\ displaystyle c ^ { 2} / v}. Zon golf, die later de naam phase of de Broglie-golf kreeg, in het proces van lichaamsbeweging blijft in fase met het interne periodieke proces. Na vervolgens de beweging van een elektron in een gesloten baan te hebben onderzocht, de wetenschapper toonde aan dat de vereiste voor faseafstemming direct leidt tot de kwantumvoorwaarde Bohr-Sommerfeld, dat wil zeggen om het impulsmoment te kwantificeren. In de volgende twee notities (gerapporteerd op de bijeenkomsten op respectievelijk 24 september en 8 oktober), de Broglie kwam tot de conclusie dat t De deeltjessnelheid is gelijk aan de groepssnelheid van fasegolven, en het deeltje beweegt langs de normaal naar oppervlakken van gelijke fase. In het algemene geval kan het traject van een deeltje worden bepaald met behulp van het principe van Fermat (voor golven) of het principe van de minste actie (voor deeltjes), wat duidt op een verband tussen geometrische optica en klassieke mechanica.
Deze theorie legde de basis van golfmechanica en werd ondersteund door Einstein, bevestigd door de elektronendiffractie-experimenten van GP Thomson en Davisson en Germer, en gegeneraliseerd door het werk van Schrödinger.
Deze generalisatie was echter statistisch en werd niet goedgekeurd door De Broglie, die zei “dat het deeltje de zetel moet zijn van een interne periodieke beweging en dat het in een golf moet bewegen om in fase ermee werd genegeerd door de feitelijke natuurkundigen die ten onrechte een golfvoortplanting beschouwen zonder lokalisatie van het deeltje, wat volkomen in strijd was met mijn oorspronkelijke ideeën. “
Vanuit een filosofisch standpunt heeft deze theorie van materiegolven heeft in hoge mate bijgedragen tot de ondergang van het atomisme van het verleden. Oorspronkelijk dacht De Broglie dat echte golf (d.w.z. met een directe fysieke interpretatie) geassocieerd was met deeltjes. In feite werd het golfaspect van materie geformaliseerd door een golffunctie gedefinieerd door de Schrödingervergelijking, die een pure wiskundige entiteit is met een probabilistische interpretatie, zonder de ondersteuning van echte fysieke elementen. Deze golffunctie geeft de schijn van golfgedrag aan materie, zonder dat er echte fysieke golven verschijnen. Tot het einde van zijn leven keerde De Broglie echter terug naar een directe en echte fysieke interpretatie van materiegolven, in navolging van het werk van David Bohm. De de Broglie-Bohm-theorie is vandaag de enige interpretatie die echte status geeft aan materiegolven en de voorspellingen van de kwantumtheorie vertegenwoordigt.
Gissing van een interne klok van het elektronEdit
In zijn In zijn proefschrift uit 1924 vermoedde de Broglie dat het elektron een interne klok heeft die deel uitmaakt van het mechanisme waarmee een pilootgolf een deeltje geleidt. Vervolgens heeft David Hestenes een link naar de Zitterbewegung voorgesteld die werd voorgesteld door Erwin Schrödinger.
Hoewel pogingen om de interne klokhypothese te verifiëren en de klokfrequentie te meten tot dusver niet afdoende zijn, zijn recente experimentele gegevens op zijn minst compatibel met het vermoeden van de Broglie.
Niet-nietigheid en variabiliteit van massaEdit
Volgens de Broglie hebben de neutrino en het foton rustmassas die niet nul zijn, hoewel zeer laag Dat een foton niet helemaal massaloos is, wordt opgelegd door de coherentie van zijn theorie. Overigens stelde deze afwijzing van de hypothese van een massaloos foton hem in staat te twijfelen aan de hypothese van de uitdijing van het heelal.
, geloofde hij dat de werkelijke massa van deeltjes niet constant, maar variabel is, en dat elk deeltje kan worden weergegeven als een thermodynamische machine die equivalent is aan een cyclische integraal van actie.
Generalisatie van het principe van de minste actie / h3>
In het tweede deel van zijn 1924 thesis, de Broglie gebruikte de gelijkwaardigheid van het mechanische principe van de minste actie met het optische principe van Fermat: “Fermat” -principe toegepast op fasegolven is identiek aan het Maupertuis-principe toegepast op het bewegende lichaam; de mogelijke dynamische trajecten van het bewegende lichaam zijn identiek aan de mogelijke stralen van de golf. Deze gelijkwaardigheid was door Hamilton een eeuw eerder opgemerkt en door hem gepubliceerd rond 1830, in een tijdperk waarin geen enkele ervaring het bewijs leverde van de fundamentele principes van de natuurkunde die betrokken was bij de beschrijving van atomaire verschijnselen.
Tot aan zijn laatste werk leek hij de fysicus te zijn die het meest op zoek was naar die dimensie van actie die Max Planck aan het begin van de 20e eeuw had aangetoond de enige universele eenheid te zijn (met zijn dimensie van entropie).
Dualiteit van de natuurwetten Bewerken
Verre van te beweren de tegenstrijdigheid te laten verdwijnen, waarvan Max Born dacht worden bereikt met een statistische benadering, breidde de Broglie de dualiteit van golf en deeltje uit naar alle deeltjes (en naar kristallen die de effecten van diffractie onthulden) en breidde hij het principe van dualiteit uit naar de natuurwetten.
Zijn laatste werk maakte een enkel systeem van wetten van de twee grote systemen van thermodynamica en mechanica:
Toen Boltzmann en zijn opvolgers hun statistische interpretatie van thermodynamica ontwikkelden, had men thermodynamica kunnen beschouwen als een gecompliceerde tak van dynamica . Maar, met mijn eigenlijke ideeën, is het dynamiek die een vereenvoudigde tak van de thermodynamica lijkt te zijn. Ik denk dat van alle ideeën die ik de afgelopen jaren in de kwantumtheorie heb geïntroduceerd, het dat idee is: verreweg de belangrijkste en de meest diepgaande.
Dat idee lijkt te passen bij de continu-discontinue dualiteit, aangezien de dynamiek ervan de limiet zou kunnen zijn van zijn thermodynamica wanneer overgangen naar continue limieten worden gepostuleerd, ligt ook dicht bij die van Leibniz, die de noodzaak van “architectonische principes” poneerde om het systeem van mechanische wetten te voltooien.
Volgens hem is er echter minder dualiteit, in de zin van oppositie, dan synthese (de ene is de grens van de andere) en de inspanning van synthese is volgens hem constant, zoals in zijn eerste formule, waarin het eerste lid betrekking heeft op mechanica en het tweede op optica:
mc 2 = h ν {\ displaystyle mc ^ {2} = h \ nu}
Neutrino theory of lightEdit
Deze theorie, die dateert uit 1934, introduceert het idee dat het foton equivalent is aan de fusie van twee Dirac-neutrinos.
Het toont aan dat de beweging van het zwaartepunt van deze twee deeltjes gehoorzaamt aan de Maxwell vergelijkingen – dat impliceert dat het neutrino en het foton beide rustmassas hebben die niet nul zijn, hoewel erg laag.
Verborgen thermodynamica Bewerken
Het uiteindelijke idee van De Broglie was de verborgen thermodynamica van geïsoleerde deeltjes. Het is een poging om de drie verste principes van de fysica samen te brengen: de principes van Fermat, Maupertuis en Carnot.
In dit werk wordt actie is een soort van tegengesteld aan entropie, via een vergelijking die de enige twee universele dimensies van de vorm relateert:
action h = – entropy k {\ displaystyle {{\ text {action}} \ over h} = – {{ \ text {entropy}} \ over k}}