Fizyka promieniowania rentgenowskiego i efektu fotoelektrycznegoEdytuj
Pierwsze prace Louisa de Broglie (wczesne lata 20. ) zostały wykonane w laboratorium jego starszego brata Maurycego i zajęły się cechami efektu fotoelektrycznego i właściwościami promieni rentgenowskich. W publikacjach tych badano absorpcję promieni rentgenowskich i opisywano to zjawisko za pomocą teorii Bohra, stosowano zasady kwantowe do interpretacji widm fotoelektronów oraz systematycznie klasyfikowano widma rentgenowskie. Badania widm rentgenowskich były ważne dla wyjaśnienia struktury wewnętrznych powłok elektronowych atomów (widma optyczne są określane przez powłoki zewnętrzne). Zatem wyniki eksperymentów przeprowadzonych wspólnie z Alexandre Dauvillierem ujawniły wady istniejących schematów rozkładu elektronów w atomach; trudności te wyeliminował Edmund Stoner. Kolejnym rezultatem było wyjaśnienie niewystarczalności wzoru Sommerfelda do określania położenia linii w widmach rentgenowskich; ta rozbieżność została wyeliminowana po odkryciu spinu elektronu. W 1925 i 1926 roku fizyk z Leningradu Orest Khvolson nominował braci de Broglie do Nagrody Nobla za ich pracę w dziedzinie promieni rentgenowskich.
Dualizm materii i falowo-cząstekEdit
Badanie natury promieniowania rentgenowskiego i omówienie jego właściwości ze swoim bratem Mauriceem, który uważał te promienie za rodzaj połączenia fal i cząstek, przyczyniło się do powstania Louisa de Broglie ” świadomość konieczności zbudowania teorii wiążącej reprezentacje cząstek i fal, a ponadto znał prace (1919–1922) Marcela Brillouina, w których zaproponowano hydrodynamiczny model atomu i próbował odnieść go do wyników badań Teoria Bohra. Punktem wyjścia w twórczości Louisa de Broglie była idea A. Einsteina dotycząca kwantów światła. W swoim pierwszym artykule na ten temat, opublikowanym w 1922 roku, francuski naukowiec rozważał promieniowanie ciała doskonale czarnego jako gaz kwantów światła i, korzystając z klasycznej mechaniki statystycznej, wyprowadził w ramach takiej reprezentacji prawo promieniowania Wiednia. W swojej kolejnej publikacji próbował pogodzić pojęcie kwantów światła ze zjawiskami interferencji i dyfrakcji i doszedł do wniosku, że z kwantami należy skojarzyć pewną okresowość. W tym przypadku kwanty światła zostały przez niego zinterpretowane jako relatywistyczne cząstki o bardzo małej masie.
Pozostało rozszerzyć rozważania o falach na dowolne masywne cząstki, a latem 1923 roku nastąpił decydujący przełom. De Broglie nakreślił swoje idee w krótkiej notatce „Waves and quanta” (po francusku: Ondes et quanta, zaprezentowanej na spotkaniu Akademii Nauk Paryskiej 10 września 1923 r.), Która zapoczątkowała powstanie mechaniki falowej. W tym artykule naukowiec zasugerował, że poruszająca się cząstka z energią E i prędkością v charakteryzuje się pewnym wewnętrznym procesem okresowym z częstotliwością E / h {\ Displaystyle E / h}, gdzie h {\ displaystyle h} jest stałą Plancka „s Aby pogodzić te rozważania, oparte na zasadzie kwantowej, z ideami szczególnej teorii względności, de Broglie był zmuszony skojarzyć „fikcyjną falę” z poruszającym się ciałem, które rozchodzi się z prędkością c 2 / v {\ displaystyle c ^ { 2} / v}. Taka fala, która później otrzymała nazwę faza, czyli fala de Brogliego, w procesie ruchu ciała pozostaje w fazie z wewnętrznym procesem okresowym. Po zbadaniu ruchu elektronu na zamkniętej orbicie, naukowiec wykazał, że wymóg dopasowania faz bezpośrednio prowadzi do kwantowego warunku Bohra-Sommerfelda, czyli do kwantyzacji momentu pędu. W następnych dwóch notatkach (zgłoszonych na spotkaniach odpowiednio 24 września i 8 października) de Broglie doszedł do wniosku, że t Prędkość cząstki jest równa prędkości grupowej fal fazowych, a cząstka porusza się wzdłuż normalnej do powierzchni o równej fazie. W ogólnym przypadku trajektorię cząstki można wyznaczyć za pomocą zasady Fermata (dla fal) lub zasady najmniejszego działania (dla cząstek), co wskazuje na związek między optyką geometryczną a mechaniką klasyczną.
Teoria ta ustanowiła podstawy mechaniki fal, została poparta przez Einsteina, potwierdzona przez eksperymenty dyfrakcji elektronów GP Thomsona, Davissona i Germera oraz uogólniona przez prace Schrödingera.
Jednak to uogólnienie było statystyczne i nie zostało zaakceptowane przez de Broglie, który powiedział, że „cząstka musi być siedliskiem wewnętrznego ruchu okresowego i musi poruszać się falą, aby pozostać w faza z nim została zignorowana przez faktycznych fizyków, błędnie rozważając propagację fal bez lokalizacji cząstki, co było całkowicie sprzeczne z moimi pierwotnymi pomysłami. ”
Z filozoficznego punktu widzenia ta teoria fal materii w znacznym stopniu przyczyniły się do zrujnowania atomizmu w przeszłości. Początkowo de Broglie uważał, że rzeczywista fala (tj. Mająca bezpośrednią interpretację fizyczną) jest związana z cząstkami. W rzeczywistości falowy aspekt materii został sformalizowany przez funkcję falową zdefiniowaną równaniem Schrödingera, która jest czysto matematycznym bytem mającym probabilistyczną interpretację, bez wsparcia rzeczywistych elementów fizycznych. Ta funkcja falowa sprawia, że materia zachowuje się jak fale, nie powodując pojawienia się prawdziwych fal fizycznych. Jednak do końca swojego życia de Broglie powrócił do bezpośredniej i prawdziwej fizycznej interpretacji fal materii, idąc za dziełem Davida Bohma. Teoria de Broglie-Bohma jest dziś jedyną interpretacją nadającą prawdziwy status falom materii i reprezentującą przewidywania teorii kwantowej.
Hipoteza wewnętrznego zegara elektronuEdit
W jego Teza z 1924 r. De Broglie przypuszczał, że elektron ma wewnętrzny zegar, który stanowi część mechanizmu, za pomocą którego fala pilotująca kieruje cząstką. Następnie David Hestenes zaproponował połączenie z Zitterbewegung, które zasugerował Erwin Schrödinger.
Chociaż próby zweryfikowania hipotezy zegara wewnętrznego i pomiaru częstotliwości zegara nie są jak dotąd rozstrzygające, ostatnie dane eksperymentalne są co najmniej zgodne z hipotezą de Brogliego.
Niezerowość i zmienność masyEdit
Według de Broglie, neutrino i foton mają masy spoczynkowe niezerowe, chociaż bardzo małe . To, że foton nie jest całkiem bezmasowy, narzuca spójność jego teorii. Nawiasem mówiąc, to odrzucenie hipotezy o fotonie bez masy pozwoliło mu wątpić w hipotezę ekspansji Wszechświata.
Ponadto , uważał, że prawdziwa masa cząstek nie jest stała, ale zmienna i że każdą cząstkę można przedstawić jako maszynę termodynamiczną równoważną cyklicznej całce działania.
Uogólnienie zasady najmniejszego działaniaEdytuj
W drugiej części jego 1924 w swojej tezie de Broglie zastosował równoważność mechanicznej zasady najmniejszego działania z zasadą optyczną Fermata: zasada „Fermata” zastosowana do fal fazowych jest identyczna z zasadą Maupertuisa zastosowaną do poruszającego się ciała; możliwe dynamiczne trajektorie poruszającego się ciała są identyczne z możliwymi promieniami fali. ”Ta równoważność została wskazana przez Hamiltona sto lat wcześniej i opublikowana przez niego około 1830 r., w epoce, w której żadne doświadczenie nie dało dowodu na podstawowe zasady fizyki zaangażowanej w opis zjawisk atomowych.
Aż do ostatniej pracy wydawał się fizykiem najbardziej poszukiwanym w tym wymiarze działania, który Max Planck na początku XX wieku okazał się jedyną uniwersalną jednością (ze swoim wymiarem entropii).
Dwoistość praw naturyEdytuj
Daleko od twierdzenia, że „sprzeczność zniknie”, co według Maxa Borna mogłoby być osiągnięte z podejściem statystycznym, de Broglie rozszerzył dualizm falowo-cząsteczkowy na wszystkie cząstki (i kryształy, które ujawniły efekty dyfrakcji) i rozszerzył zasadę dualności na prawa natury.
Jego ostatnia praca stworzyli jeden system praw z dwóch dużych systemy termodynamiki i mechaniki:
Kiedy Boltzmann i jego kontynuatorzy opracowali statystyczną interpretację termodynamiki, można było uznać termodynamikę za skomplikowaną gałąź dynamiki . Ale przy moich faktycznych pomysłach to dynamika wydaje się być uproszczoną gałęzią termodynamiki. Myślę, że ze wszystkich pomysłów, które wprowadziłem w teorii kwantów w ostatnich latach, jest to ta idea, to znaczy: zdecydowanie najważniejszy i najgłębszy.
Ta idea wydaje się pasować do ciągłej i nieciągłej dualności, ponieważ jej dynamika może być granicą jej postuluje się termodynamikę przy przejściu do ciągłych granic, jest ona również bliska tej Leibniza, który postulował konieczność „zasad architektonicznych” dla uzupełnienia systemu praw mechaniki.
Jednak według niego dwoistości w sensie opozycji jest mniej niż syntezy (jedna jest granicą drugiej), a wysiłek syntezy jest według niego stały, podobnie jak w pierwszym formuła, w której pierwszy element odnosi się do mechaniki, a drugi do optyki:
mc 2 = h ν {\ displaystyle mc ^ {2} = h \ nu}
Neutrino teoria światłaEdit
Ta teoria, która pochodzi z 1934 r., wprowadza ideę, że foton jest równoważny fuzji dwóch neutrin Diraca.
Pokazuje, że ruch środka ciężkości tych dwóch cząstek jest zgodny z ruchem Maxwella. równania – co oznacza, że zarówno neutrino, jak i foton mają masy spoczynkowe niezerowe, choć bardzo małe.
Ukryta termodynamikaEdytuj
Ostatnim pomysłem De Brogliego była ukryta termodynamika izolowanych cząstek. Jest to próba połączenia trzech najdalszych zasad fizyki: zasad Fermata, Maupertuisa i Carnota.
W tej pracy działanie stało się jest czymś w rodzaju przeciwieństwa entropii, poprzez równanie, które wiąże tylko dwa uniwersalne wymiary postaci:
akcja h = – entropia k {\ displaystyle {{\ tekst {akcja}} \ ponad h} = – {{ \ text {entropy}} \ over k}}