Física de raios-X e efeito fotoelétricoEdit
Os primeiros trabalhos de Louis de Broglie (início dos anos 1920 ) foram realizadas no laboratório de seu irmão mais velho, Maurice, e abordaram as características do efeito fotoelétrico e as propriedades dos raios-x. Essas publicações examinaram a absorção de raios-X e descreveram esse fenômeno usando a teoria de Bohr, aplicaram princípios quânticos à interpretação de espectros de fotoelétrons e deram uma classificação sistemática de espectros de raios-X. Os estudos dos espectros de raios X foram importantes para elucidar a estrutura das camadas internas de elétrons dos átomos (os espectros ópticos são determinados pelas camadas externas). Assim, os resultados dos experimentos conduzidos em conjunto com Alexandre Dauvillier, revelaram as deficiências dos esquemas existentes para a distribuição de elétrons em átomos; essas dificuldades foram eliminadas por Edmund Stoner. Outro resultado foi a elucidação da insuficiência da fórmula de Sommerfeld para determinar a posição das linhas nos espectros de raios-X; esta discrepância foi eliminada após a descoberta do spin do elétron. Em 1925 e 1926, o físico de Leningrado Orest Khvolson nomeou os irmãos de Broglie para o Prêmio Nobel por seu trabalho no campo dos raios X.
Dualidade de matéria e onda-partículaEditar
Estudar a natureza da radiação de raios-X e discutir suas propriedades com seu irmão Maurice, que considerava esses raios algum tipo de combinação de ondas e partículas, contribuiu para Louis de Broglie ” s consciência da necessidade de construir uma teoria ligando representações de partícula e onda. Além disso, ele estava familiarizado com os trabalhos (1919-1922) de Marcel Brillouin, que propôs um modelo hidrodinâmico de um átomo e tentou relacioná-lo com os resultados de Teoria de Bohr. O ponto de partida na obra de Louis de Broglie foi a ideia de A. Einstein sobre os quanta de luz. Em seu primeiro artigo sobre o assunto, publicado em 1922, um cientista francês considerou a radiação de corpo negro como um gás de quanta de luz e, usando a mecânica estatística clássica, derivou a lei de radiação de Wien no quadro de tal representação. Em sua publicação seguinte, ele tentou conciliar o conceito de quanta de luz com os fenômenos de interferência e difração e chegou à conclusão de que era necessário associar uma certa periodicidade aos quanta. Nesse caso, os quanta de luz foram interpretados por ele como partículas relativísticas de massa muito pequena.
Restou estender as considerações de onda a quaisquer partículas massivas e, no verão de 1923, ocorreu um avanço decisivo. De Broglie delineou suas idéias em uma curta nota “Ondas e quanta” (francês: Ondes et quanta, apresentada em uma reunião da Academia de Ciências de Paris em 10 de setembro de 1923), que marcou o início da criação da mecânica ondulatória. Neste artigo, o cientista sugeriu que uma partícula em movimento com energia E e velocidade v é caracterizada por algum processo periódico interno com uma frequência E / h {\ displaystyle E / h}, onde h {\ displaystyle h} é a constante de Planck . Para conciliar essas considerações, com base no princípio quântico, com as ideias da relatividade especial, de Broglie foi forçado a associar uma “onda fictícia” a um corpo em movimento, que se propaga com a velocidade c 2 / v {\ displaystyle c ^ { 2} / v}. Tal onda, que mais tarde recebeu o nome de fase, ou onda de de Broglie, no processo de movimento corporal, permanece em fase com o processo periódico interno. Depois de examinar o movimento de um elétron em uma órbita fechada, o cientista mostrou que a necessidade de casamento de fase leva diretamente à condição quântica de Bohr-Sommerfeld, ou seja, quantizar o momento angular. Nas duas notas seguintes (relatadas nas reuniões de 24 de setembro e 8 de outubro, respectivamente), de Broglie chegou à conclusão de que t A velocidade da partícula é igual à velocidade do grupo das ondas de fase, e a partícula se move ao longo da normal para superfícies de fase igual. No caso geral, a trajetória de uma partícula pode ser determinada usando o princípio de Fermat (para ondas) ou o princípio da menor ação (para partículas), que indica uma conexão entre a óptica geométrica e a mecânica clássica.
Essa teoria estabeleceu as bases da mecânica ondulatória, apoiada por Einstein, confirmada pelos experimentos de difração de elétrons de GP Thomson e Davisson e Germer, e generalizada pelo trabalho de Schrödinger.
No entanto, esta generalização era estatística e não foi aprovada por de Broglie, que disse “que a partícula deve ser a sede de um movimento periódico interno e que deve mover-se em onda para permanecer em fase com ele foi ignorado pelos físicos reais errados ao considerar uma propagação de onda sem localização da partícula, o que era totalmente contrário às minhas idéias originais. “
Do ponto de vista filosófico, esta teoria das ondas de matéria tem contribuiu muito para a ruína do atomismo do passado. Originalmente, de Broglie pensava que a onda real (ou seja, tendo uma interpretação física direta) estava associada a partículas. Na verdade, o aspecto de onda da matéria foi formalizado por uma função de onda definida pela equação de Schrödinger, que é uma entidade matemática pura com uma interpretação probabilística, sem o suporte de elementos físicos reais. Esta função de onda dá uma aparência de comportamento de onda à matéria, sem fazer aparecer ondas físicas reais. No entanto, até o final de sua vida, de Broglie voltou a uma interpretação física direta e real das ondas de matéria, seguindo o trabalho de David Bohm. A teoria de de Broglie-Bohm é hoje a única interpretação que dá status real às ondas de matéria e representa as previsões da teoria quântica.
Conjectura de um relógio interno do eletronEdit
Em seu Na tese de 1924, de Broglie conjecturou que o elétron possui um relógio interno que constitui parte do mecanismo pelo qual uma onda piloto guia uma partícula. Posteriormente, David Hestenes propôs um link para o Zitterbewegung que foi sugerido por Erwin Schrödinger.
Embora as tentativas de verificar a hipótese do relógio interno e medir a frequência do relógio até agora não sejam conclusivas, os dados experimentais recentes são pelo menos compatíveis com a conjectura de de Broglie.
Não nulidade e variabilidade de massEdit
De acordo com de Broglie, o neutrino e o fóton têm massas de repouso diferentes de zero, embora muito baixas .Que um fóton não é totalmente sem massa é imposto pela coerência de sua teoria. A propósito, essa rejeição da hipótese de um fóton sem massa permitiu-lhe duvidar da hipótese da expansão do universo.
Além disso, , ele acreditava que a verdadeira massa das partículas não é constante, mas variável, e que cada partícula pode ser representada como uma máquina termodinâmica equivalente a uma integral cíclica de ação.
Generalização do princípio da menor açãoEdit
Na segunda parte de seu 1924 Na tese, de Broglie usou a equivalência do princípio mecânico da menor ação com o princípio óptico de Fermat: o princípio de “Fermat” aplicado às ondas de fase é idêntico ao princípio de Maupertuis aplicado ao corpo em movimento; as possíveis trajetórias dinâmicas do corpo em movimento são idênticas aos possíveis raios da onda. “Essa equivalência havia sido apontada por Hamilton um século antes e publicada por ele por volta de 1830, em uma época em que nenhuma experiência dava provas dos princípios fundamentais da física se envolvendo na descrição dos fenômenos atômicos.
Até o seu trabalho final, ele parecia ser o físico que mais buscou aquela dimensão de ação que Max Planck, no início do século XX, tinha mostrado ser a única unidade universal (com sua dimensão de entropia).
Dualidade das leis da naturezaEditar
Longe de pretender fazer “desaparecer a contradição” que Max Born pensava que poderia ser alcançado com uma abordagem estatística, de Broglie estendeu a dualidade onda-partícula a todas as partículas (e aos cristais que revelaram os efeitos da difração) e estendeu o princípio da dualidade às leis da natureza.
Seu último trabalho fez um único sistema de leis a partir dos dois grandes sistemas da termodinâmica e da mecânica:
Quando Boltzmann e seus continuadores desenvolveram sua interpretação estatística da termodinâmica, alguém poderia ter considerado a termodinâmica um ramo complicado da dinâmica . Mas, com minhas idéias reais, é a Dinâmica que parece ser um ramo simplificado da Termodinâmica. Acho que, de todas as idéias que introduzi na teoria quântica nos últimos anos, é essa idéia que é, de longe, o mais importante e o mais profundo.
Essa ideia parece coincidir com a dualidade contínuo-descontínuo, já que sua dinâmica pode ser o limite de sua a termodinâmica quando se postula transições para limites contínuos, também se aproxima da de Leibniz, que postulou a necessidade de “princípios arquitetônicos” para completar o sistema de leis mecânicas.
Porém, segundo ele, há menos dualidade, no sentido de oposição, do que de síntese (uma é o limite da outra) e o esforço de síntese é constante para ele, como no primeiro fórmula, na qual o primeiro membro pertence à mecânica e o segundo à ótica:
mc 2 = h ν {\ displaystyle mc ^ {2} = h \ nu}
Teoria de Neutrino do LightEdit
Esta teoria, que data de 1934, introduz a ideia de que o fóton equivale à fusão de dois neutrinos de Dirac.
Mostra que o movimento do centro de gravidade dessas duas partículas obedece a Maxwell equações – isso implica que o neutrino e o fóton têm massas de repouso diferentes de zero, embora muito baixas.
Termodinâmica ocultaEdit
A ideia final de De Broglie foi a termodinâmica oculta de partículas isoladas. É uma tentativa de reunir os três princípios mais distantes da física: os princípios de Fermat, Maupertuis e Carnot.
Neste trabalho, a ação se torna uma espécie de oposto à entropia, através de uma equação que relaciona as duas únicas dimensões universais da forma:
ação h = – entropia k {\ displaystyle {{\ text {action}} \ over h} = – {{ \ text {entropia}} \ over k}}