Louis Victor Pierre Raymond, séptimo duque de Broglie ( / d ə ˈ b r oʊ ɡ l i / , [1] también EE. UU. : / d ə b r oʊ ˈ ɡ l iː , d ə ˈ b r ɔɪ / ; [2] [3] Francés: [də bʁɔj] [4] [5] o [də bʁœj] ; 15 de agosto de 1892 – 19 de marzo de 1987)[6]físicoyaristócratafrancésque realizó contribuciones innovadoras ala teoría cuántica. En su tesis doctoral de 1924, postuló la naturaleza ondulatoria delos electronesy sugirió quetoda la materia tiene propiedades ondulatorias. Este concepto se conoce como la hipótesis de De Broglie, un ejemplo dedualidad onda-partícula, y forma una parte central de la teoría dela mecánica cuántica.
De Broglie ganó el Premio Nobel de Física en 1929, después de que se demostrara experimentalmente por primera vez el comportamiento ondulatorio de la materia en 1927.
El modelo de onda piloto de 1925 , [7] y el comportamiento ondulatorio de las partículas descubierto por de Broglie fueron utilizados por Erwin Schrödinger en su formulación de la mecánica ondulatoria . [8] El modelo de onda piloto y su interpretación fueron abandonados, en favor del formalismo cuántico , hasta 1952 cuando fueron redescubiertos y mejorados por David Bohm . [9]
Louis de Broglie fue el decimosexto miembro elegido para ocupar el asiento 1 de la Academia Francesa en 1944, y sirvió como Secretario Perpetuo de la Academia Francesa de Ciencias . [10] [11] De Broglie se convirtió en el primer científico de alto nivel en pedir el establecimiento de un laboratorio multinacional, una propuesta que condujo al establecimiento de la Organización Europea para la Investigación Nuclear ( CERN ). [12]
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Louis de Broglie pertenecía a la famosa familia aristocrática de los Broglie , cuyos representantes durante varios siglos ocuparon importantes puestos militares y políticos en Francia. El padre del futuro físico, Louis-Alphonse-Victor, quinto duque de Broglie , estaba casado con Pauline d'Armaille, nieta del general napoleónico Philippe Paul, conde de Ségur y su esposa, la biógrafa, Marie Célestine Amélie d'Armaillé . Tuvieron cinco hijos; además de Louis, estos fueron: Albertina (1872-1946), posteriormente marquesa de Luppé; Maurice (1875-1960), posteriormente un famoso físico experimental; Philip (1881-1890), que murió dos años antes del nacimiento de Louis, y Pauline, condesa de Pange (1888-1972), posteriormente una famosa escritora. [13] Luis nació en Dieppe , Seine-Maritime. Como hijo menor de la familia, Luis creció en relativa soledad, leía mucho y le gustaba la historia, especialmente la política. Desde su más temprana infancia, tenía buena memoria y podía leer con precisión un extracto de una producción teatral o dar una lista completa de ministros de la Tercera República de Francia . Por esto, se predijo que se convertiría en un gran estadista en el futuro. [14]
De Broglie tenía la intención de estudiar humanidades y obtuvo su primer título ( licence ès lettres ) en historia. Después, se concentró en las matemáticas y la física y obtuvo un título ( licence ès sciences ) en física. Con el estallido de la Primera Guerra Mundial en 1914, ofreció sus servicios al ejército para el desarrollo de las comunicaciones por radio.
Después de graduarse, Louis de Broglie se unió a las fuerzas de ingeniería para realizar el servicio obligatorio. Comenzó en Fort Mont Valérien , pero pronto, por iniciativa de su hermano, fue destinado al Servicio de Comunicaciones Inalámbricas y trabajó en la Torre Eiffel , donde se encontraba el transmisor de radio. Louis de Broglie permaneció en el servicio militar durante toda la Primera Guerra Mundial, ocupándose de cuestiones puramente técnicas. En particular, junto con Léon Brillouin y su hermano Maurice, participó en el establecimiento de comunicaciones inalámbricas con submarinos. Louis de Broglie fue desmovilizado en agosto de 1919 con el grado de ayudante . Más tarde, el científico lamentó haber tenido que pasar unos seis años alejado de los problemas fundamentales de la ciencia que le interesaban. [14] [15]
Su tesis de 1924 Recherches sur la théorie des quanta [16] (Investigaciones sobre la teoría de los cuantos) introdujo su teoría de las ondas electrónicas . Esta incluía la teoría de la dualidad onda-partícula de la materia, basada en el trabajo de Max Planck y Albert Einstein sobre la luz. Esta investigación culminó en la hipótesis de De Broglie que afirmaba que cualquier partícula u objeto en movimiento tenía una onda asociada . De Broglie creó así un nuevo campo en la física, la mécanique ondulatoire o mecánica ondulatoria, uniendo la física de la energía (onda) y la materia (partícula). Ganó el Premio Nobel de Física en 1929 "por su descubrimiento de la naturaleza ondulatoria de los electrones". [17]
En su carrera posterior, de Broglie trabajó para desarrollar una explicación causal de la mecánica ondulatoria, en oposición a los modelos totalmente probabilísticos que dominan la teoría mecánica cuántica ; fue refinada por David Bohm en la década de 1950. Desde entonces, la teoría se conoce como la teoría de De Broglie-Bohm .
Además de su trabajo estrictamente científico, De Broglie reflexionó y escribió sobre la filosofía de la ciencia , incluido el valor de los descubrimientos científicos modernos. En 1930 fundó la serie de libros Actualités scientifiques et industrielles publicada por Éditions Hermann . [18]
De Broglie se convirtió en miembro de la Academia de Ciencias en 1933 y fue secretario perpetuo de la academia desde 1942. Se le pidió que se uniera al Consejo de la Unión Católica de Científicos Franceses , pero declinó porque no era religioso. [19] [20] En 1941, fue nombrado miembro del Consejo Nacional de la Francia de Vichy . [21] El 12 de octubre de 1944, fue elegido miembro de la Academia Francesa , en reemplazo del matemático Émile Picard . Debido a las muertes y encarcelamientos de miembros de la Academia durante la ocupación y otros efectos de la guerra, la Academia no pudo reunir el quórum de veinte miembros para su elección; sin embargo, debido a las circunstancias excepcionales, su elección unánime por los diecisiete miembros presentes fue aceptada. En un acontecimiento único en la historia de la Academia, fue recibido como miembro por su propio hermano Maurice, elegido en 1934. La UNESCO le concedió el primer Premio Kalinga en 1952 por su labor de divulgación científica y fue elegido miembro extranjero de la Royal Society el 23 de abril de 1953.
Louis se convirtió en el séptimo duque de Broglie en 1960 tras la muerte sin herederos de su hermano mayor, Maurice, sexto duque de Broglie , también físico.
En 1961, recibió el título de Caballero de la Gran Cruz de la Legión de Honor . De Broglie recibió un puesto como consejero de la Alta Comisión Francesa de Energía Atómica en 1945 por sus esfuerzos para acercar la industria y la ciencia. Estableció un centro de mecánica aplicada en el Instituto Henri Poincaré , donde se llevaron a cabo investigaciones en óptica, cibernética y energía atómica. Inspiró la formación de la Academia Internacional de Ciencia Molecular Cuántica y fue uno de sus primeros miembros. [22]
Luis nunca se casó. Cuando murió el 19 de marzo de 1987 en Louveciennes a la edad de 94 años, [6] fue sucedido como duque por un primo lejano, Victor-François, octavo duque de Broglie . Su funeral se celebró el 23 de marzo de 1987 en la iglesia de Saint-Pierre-de-Neuilly. [23]
Los primeros trabajos 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. [14] Los estudios de los espectros de rayos X fueron importantes para dilucidar la estructura de las capas electrónicas internas de los átomos (los espectros ópticos están determinados por las capas externas). Así, los resultados de los experimentos realizados junto con Alexandre Dauvillier, revelaron las deficiencias de los esquemas existentes para la distribución de electrones en los átomos; estas dificultades fueron eliminadas por Edmund Stoner . [24] 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 tras el 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. [13]
El estudio de la naturaleza de la radiación de rayos X y la discusión de sus propiedades con su hermano Maurice, que consideraba que estos rayos eran una especie de combinación de ondas y partículas, contribuyeron a que Louis de Broglie se diera cuenta de la necesidad de construir una teoría que vinculara 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 la teoría de Bohr. El punto de partida en el trabajo de Louis de Broglie fue la idea de Einstein sobre los cuantos de luz . En su primer artículo sobre este tema, publicado en 1922, el científico francés consideró la radiación del 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, intentó conciliar 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, los cuantos de luz fueron interpretados por él como partículas relativistas de masa muy pequeña. [25]
Quedaba por extender las consideraciones ondulatorias a cualquier partícula masiva, y en el verano de 1923 se produjo un avance decisivo. De Broglie esbozó sus ideas en una breve nota "Ondas y cuantos" ( en francés : Ondes et quanta , presentada en una reunión de la Academia de Ciencias de París el 10 de septiembre de 1923), [26] que marcó el comienzo de la creación de la mecánica ondulatoria. En este artículo y su posterior tesis doctoral, [16] el científico sugirió que una partícula en movimiento con energía E y velocidad v se caracteriza por algún proceso periódico interno con una frecuencia (más tarde conocida como frecuencia Compton ), donde es la constante de Planck . Para reconciliar estas consideraciones, basadas en el principio cuántico, con las ideas de la relatividad especial, de Broglie asoció la onda que llamó "onda de fase" con un cuerpo en movimiento, que se propaga con la velocidad de fase . Una onda de este tipo, que más tarde recibió el nombre de onda de materia , u onda de De Broglie , en el proceso de movimiento del cuerpo permanece en fase con el proceso periódico interno. Después de examinar 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 la cuantificación del momento angular. En las dos notas siguientes (publicadas en las reuniones del 24 de septiembre y del 8 de octubre, respectivamente), de Broglie llegó a la conclusión de que la velocidad de la partícula es igual a la velocidad de grupo de las ondas de fase, y que la partícula se mueve a lo largo de la normal a superficies de igual fase. En el caso general, la trayectoria de una partícula puede determinarse utilizando el principio de Fermat (para las ondas) o el principio de mínima acción (para las partículas), lo que indica una conexión entre la óptica geométrica y la mecánica clásica. [27]
Esta teoría sentó las bases de la mecánica ondulatoria. Fue apoyada por Einstein, confirmada por los experimentos de difracción de electrones de GP Thomson y Davisson y Germer, y generalizada por el trabajo de Erwin Schrödinger.
Desde un punto de vista filosófico, esta teoría de las ondas de materia ha contribuido en gran medida a la ruina del atomismo del pasado. Originalmente, de Broglie pensaba que la onda real (es decir, que tiene una interpretación física directa) estaba asociada a las 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 hacer aparecer 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 .
En su tesis de 1924, de Broglie conjeturó que el electrón tiene un reloj interno que constituye parte del mecanismo por el cual una onda piloto guía a una partícula. [28] Posteriormente, David Hestenes propuso un vínculo con el zitterbewegung sugerido por Schrödinger. [29]
Aunque los intentos de verificar la hipótesis del reloj interno y medir la frecuencia del reloj hasta ahora no son concluyentes, [30] los datos experimentales recientes son al menos compatibles con la conjetura de De Broglie. [31]
Según De Broglie, el neutrino y el fotón tienen masas en reposo distintas de cero, aunque muy bajas. El hecho de que un fotón no sea del todo carente de masa es una consecuencia de la coherencia de su teoría. Por cierto, este rechazo de la hipótesis del fotón carente de 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 puede representarse como una máquina termodinámica equivalente a una integral cíclica de acción.
En la segunda parte de su tesis de 1924, de Broglie utilizó la equivalencia del principio mecánico de mínima acción con el principio óptico de Fermat : "El principio de Fermat aplicado a las 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 última equivalencia había sido señalada por William Rowan Hamilton un siglo antes, y publicada por él alrededor de 1830, para el caso de la luz.
Lejos de pretender hacer "desaparecer la contradicción", lo que Max Born creía que podía lograrse con un enfoque estadístico, de Broglie extendió la dualidad onda-partícula a todas las partículas (y a los cristales que revelaban los efectos de la difracción) y extendió el principio de dualidad a las leyes de la naturaleza.
Su último trabajo hizo un único sistema de leyes a partir de los dos grandes sistemas de la termodinámica y de la mecánica: [ cita requerida ]
Cuando Boltzmann y sus continuadores desarrollaron su interpretación estadística de la termodinámica, se podría haber considerado que la termodinámica era una rama complicada de la dinámica. Pero, con mis ideas actuales, 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 la que es, con diferencia, la más importante y la más profunda.
Esta idea parece coincidir con la dualidad continuo-discontinuo, ya que su dinámica podría ser el límite de su termodinámica cuando se postulan transiciones a límites continuos. También es cercana a la de Gottfried Wilhelm Leibniz , quien postuló la necesidad de "principios arquitectónicos" para completar el sistema de leyes mecánicas. [ cita requerida ]
Sin embargo, según él, hay menos dualidad, en el sentido de oposición, que síntesis (una es el límite de la otra) [ cita requerida ] 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:
Esta teoría, que data de 1934, introduce la idea de que el fotón es equivalente a la fusión de dos neutrinos de Dirac . Actualmente no es aceptada por la mayoría de los físicos.
La última idea de De Broglie fue la termodinámica oculta de partículas aisladas. Se trata de un intento de reunir los tres principios más lejanos de la física: los principios de Fermat, Maupertuis y Carnot .
En esta obra, 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:
Como consecuencia de su gran impacto, esta teoría devuelve el principio de incertidumbre a las distancias alrededor de los extremos de acción, distancias correspondientes a reducciones de entropía .
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )se le pidió que se uniera al Consejo de la Unión Católica de Científicos Franceses, Luis se negó porque, según dijo, había abandonado las prácticas religiosas de su juventud.
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