Storkors av Æreslegionen Nobelprisen i fysikk (1929)[15][16] Kommandør av Ordre des Palmes académiques Médaille d'or du CNRS (1955; neste: Jacques Hadamard, forrige:Émile Borel)[17][18] Max Planck-medaljen (1938) Kalinga-prisen (1952)[19] Helmholtz-medaljen (1975) Æresdoktor ved université Laval (1947)[20] Æresdoktor ved Universitetet i Warszawa[9] Utenlandsk medlem av Royal Society (1953)[21] Great Gold medal of the Société d'Encouragement au Progrès (1962) Offiser av Leopoldsordenen[9] Æresdoktor ved Det nasjonale og Kapodistrias-universitet i Athen Æresdoktor ved Université de Lausanne
Arbeidssted
Faculté des sciences de Paris (1932–1962)[9] Sorbonne (1925–1927)[9] Institut Henri Poincaré (1928–1962)[9]
Louis de Broglie (1892–1987) var en franskfysiker som ga fundamentale bidrag til modernekvanteteori. I 1929 ble han tildeltNobelprisen i fysikk for oppdagelsen avelektronetsbølgenatur. Senere i livet spilte han en viktig rolle innen naturvitenskap og forskning i Frankrike. Ved etUNESCO-møte i 1949 var han den første, ledende fysiker som tok til orde for å gå sammen om et felles, europeisk forskningslaboratorium. Dette initiativet resulterte i 1952 at det ble vedtatt å etablereCERN for å drive forskning innenkjernefysikk ogelementærpartikkelfysikk.
Han tilhørte en fransk adelsslekt og bar det fulle navn Louis-Victor-Pierre-Raymond, 7th duc de Broglie. VedSorbonne iParis studerte hanhistorie, men var allerede da opptatt av naturvitenskap. Dette skyldes i stor grad at hans eldre brorMaurice de Broglie var utdannet fysiker, og denne fikk en større innflytelse over Louis etter farens død i 1906. Fra og med 1911 begynte han derfor studier imatematikk ogfysikk. Dette var samtidig med at den førsteSolvaykonferansen fant sted. Takket være broren, fikk Louis referat herfra og kom dermed i kontakt med de første idéene omkvantefysikk. Dette temaet skulle oppta han resten av livet.
Denne anerkjennelse medførte at de Broglie i 1929 ble ansatt vedInstitut Henri-Poincaré i Paris. Samme år ble han tildeltNobelprisen i fysikk for sine fundamentale bidrag til forståelsen av bølgeegenskaper til materielle partikler. Fra 1932 ble han professor iteoretisk fysikk vedSorbonne hvor han arbeidet hele sitt akademiske liv. Han valgt inn iAcadémie des Sciences, det franske vitenskapsakademiet, året etterpå. I de følgende årene var en sentral person innen fransk undervisning forskning. Han bidro spesielt med popularisering av resultater fra moderne vitenskap. Etterhvert spilte han også en viktig rolle i europeisk forskningspolitikk og var den første, ledende fysiker som foreslo å etablere et europeisk forskningslaboratorium ved etUNESCO-møte iLausanne i 1949.[31]På nye møter i 1952 ble det bestemt at laboratoriet skulle drive med forskning innenkjernefysikk og skulle ligge iGenève. Dette var begynnelsen tilCERN som formelt ble startet opp i 1954. For sin store innsats for Frankrike og europeisk fysikk, mottok Louis de Broglie en rekke høye utmerkelser og hedersbevisninger.
Men Einstein hadde på samme tid også vist at masse og energi er ekvivalente, utformet sommasseenergiloven. Denne inspirerte de Broglie til å postulere at relasjonenE = ħω skulle gjelde for alle partikler. På den tiden var det hovedsakelig snakk om elektronet. Da en partikkel med massem har energienE0 =mc2 i sitt eget hvilesystem, konkluderte de Broglie derfor med at det måtte foregåoscillasjonercos ω0t med frekvensω0 =mc2/ħ. Partikkelen skulle derfor virke som en klokke som tikket med denne frekvensen. Ut fra denne tankegangen skulle til og med fotonet ha en masse som de Broglie anslo måtte være mindre enn 10-50 g for ikke å være i konflikt med den kjente verdien forlyshastigheten.[32]
Når partikkelen settes i bevegelse med konstant hastighetv, følger det nå fraden spesielle relativitetsteorien at energien øker tilE = γ E0 hvorγ = 1/√(1 -v2/c2) erLorentz-faktoren. Når sammenhengenE = ħω fortsatt skal være gyldig, betyr det at vinkelfrekvensen små øke tilω = γω0. Men samtidig sier Einsteins relativitetsteori at frekvensen til denne oscillatoren eller klokken skal avta tilω' = ω0/γ på grunn avtidsdilatasjonen. Dette var et tilsynelatende paradoks som de Broglie lenge strevde med å finne ut av.
Høsten 1923 hadde han funnet en løsning og skrev en kort artikkel på mindre enn tre sider.[33] Den ble presentert ivitenskapsakademiet i Paris den 10. september avJean Perrin som var medlem. I tillegg til partikkelen som beveger seg med hastighetv og svinger som cosω' t, tenkte de Broglie seg en bølge med frekvensω som beveger seg medfasehastighetenu = c2/v i samme retning som partikkelen. Den har derfor formencos ω(t -x/u) når bevegelsen skjer langsx-aksen. Etter en tidt er partikkelen kommet tilx = vt hvor bølgen i dette punktet har verdiencos ωt(1 -v /u) = cos ωt(1 -v2/c2). Men nå erω' = ω(1 -v2/c2) slik at fasen til bølgen og partikkeloscillatoren er i fase.
Dermed hadde han funnet en «dualitet» i beskrivelsen av en partikkel enten som et puktformig legeme eller en ekvivalent bølge med uendelig utstrekning. Mens partikkelen beveger seg med hastighetv, beveger den duale bølgen seg med overlyshastighetu = c2/v. Den har enbølgelengdeλ = u /ν =hu/E =h/γmv som kan skrives som
Dette erde Broglies bølgelengde for en partikkel medimpulsp. Hva denne bølgen var, kunne ikke de Broglie si noe om, men han spekulerte rundt muligheten for at den kunne spille en tilsvarende rolle for en massiv partikkel som enelektromagnetisk bølge gjør for fotonet. Dette var de første skritt mot en ny kvantemekanikk.
Illustrasjon av en sirkulær elektronbane i et atom som blir dekket avn = 7de Broglie bølgelengder.
I samme arbeid betrakter også de Broglie en partikkel som går i en lukket bane. Da vil partikkelen periodisk komme tilbake tll samme punkt. For at bølgen og partikkelen skal ha samme fase i dette punktet, må lengden av banen være et helt antall bølgelengder. Er banen en sirkel med radiusr, må derfor
hvorn = 1,2,3,.... Dette var akkurat kvantiseringsbetingelsenNiels Bohr hadde postulert for sinatommodell og som ga radius for de tillatte elektronbanene ihydrogenatomet. Betingelsen kan også skrives som atdreieimpulsenL = r p til elektronet kun kan ta verdienenħ hvorħ igjen er den reduserte Planck-konstanten.
To uker senere blir et nytt arbeid av de Broglie presentert i vitenskapsakademiet.[34] Her diskuterer handiffraksjon oginterferens av lys med tanke på at hans nye fasebølger for partikler kan fremvise lignende effekter i laboratoriet. Disse forutsigelsene ble eksperimentelt verifisert noen få år senere.[35]
I løpet av neste år formulerte de Broglie sin nye teori i en lang avhandling han i november 1924 ville forsvare for sin doktorgrad. Den ble publisert året etterpå.[36] Her ga han en ny utledning av sin bølgebeskrivelse som i større grad var basert påEinsteins relativitetsteori. Igjen betrakter han en partikkel i ro som inneholder en oscillasjoncos ω0t0 med frekvensenω0 =mc2/ħ. Her ert 0 tiden målt i partikkelens hvilesystem. Denne oscillasjonen skjer i takt medamplitudencos ω0t0 til en stasjonær bølge som har samme verdi overalt i dette systemet.
Hvis partikkelen nå observeres fra et annetinertialsystem som beveger seg med hastighetenv, må tident 0 erstattes med en ny tid gitt vedLorentz-transformasjonen somt 0 =γ(t -vx/c2). Oscillasjonen tar da formen
derE = ħγω0 er energien ogp = Ev/c2 erimpulsen til partikkelen i dette referansesystemet hvor den beveger seg. Dette beskriver en bølge med vinkelfrekvensω = E/ħ og bølgetallk = 2π /λ =p/ħ derE = γmc2 ogp = γmv. På denne måten oppstår de Broglies fasebølge mer direkte fraden spesielle relativitetsteorien når man aksepterer hans antagelser.
Kravet om at fasene til bølgen og partikkeloscillasjonen må stemme overens, er ikke så sentralt lenger. I stedet kan partikkelen forbindes med enbølgepakke som beveger seg med hastighetenvg =dω/dk =dE/dp. For en ikke-relativistsisk partikkel er energienE =mc2 +p2/2m slik atvg =p/m =v som er dens fysiske hastighet. Dette gjelder også for relativistiske partikler. At dennegruppehastigheten sammenfaller med hastigheten til partikkelen, er nå bindeleddet mellom den nye bølgebeskrivelsen og den gamle forståelsen av en lokalisert partikkel.
I tillegg viste de Broglie i sin avhandling hvordan bevegelsen til partikkelen i etpotensial kan forklares vedFermats prinsipp for bøyning av lys når man bruker bølgebeskrivelsen. Man finner da samme resultat som ved bruk avMaupertuis' virkningsprinsipp hvor partikkelen beskrives som et massepunkt. Dette lignet på hvaHamilton i hansbølgebeskrivelse avklassisk mekanikk hadde kommet frem til på en mer indirekte måte nesten hundre år tidligere. Men de Broglie mente at disse to beskrivelsene ikke bare gir samme bevegelseslover, men at en partikkel er samtidig både en punktformig masse og en bølge.
Avhandlingen blir vurdert av professorenePaul Langevin ogJean Perrin. De visste ikke hva de skal mene om disse nye idéene og sendte den tilEinstein. Han fant den meget interessant og de Broglie fikk sin doktorgrad. Omtrent samtidig viste den østerrikske fysikerErwin Schrödinger hvordan den nye beskrivelsen til de Broglie kunne sammenfattes i en nybølgeligning. Denne danner grunnlaget for modernekvantemekanikk.[35]
Louis de Broglie påSolvaykonferansen i 1927 sammen med verdens ledende kvantefysikere.
Opprinnelig hadde de Broglie forestilt seg at hver partikkel ble fulgt eller styrt av sin egenmateriebølgeΨ(x,t) i samme rommet som partikkelen befinner seg. Men etter atSchrödinger-ligningen for mange partikler var etablert, ble det klart at den beskriver en bølgefunksjonenΨ(x1,x2, ...,xN,t ) i et fiktivt «konfigurasjonsrom» hvor alle partiklene befinner seg. I de følgende årene strevde derfor de Broglie med å tilpasse sine opprinnelige idéer til dette nye bildet. Resultatet ble publisert våren 1927 og fremlagt påSolvaykonferansen om høsten samme år.[37] Schrödingers bølgefunksjon skulle i denne utvidete beskrivelsen styre partiklene som fremdeles kunne tilskrives en bestemt posisjon og hastighet som i klassisk mekanikk. Bølgefunksjonen ble i denne teorien kalt enpilotbølge og representerer en annen interpretasjon avstandard kvantemekanikk. Men dette alternativet ble møtt med liten forståelse, på tross av at han kunne rapportere at elektronets bølgeegenskaper var blitt eksperimentelt påvist samme år både i England avGeorge Thomson og avClinton Davisson i samarbeid medLester Germer i USA. Unntaket varEinstein som mente at den vanlige fremstillingen ikke gir en fullstendig beskrivelse av kvantemekaniske fenomen.[38]
Først med arbeidene til den amerikanske fysikerDavid Bohm i 1952 begynte andre å ta opp igjen pilotbølgeteorien til de Broglie.[39] Selv om denne fremstillingen fortsatt forble lite akseptert blant fysikere flest, har muligheten for en slik alternativ interpretasjon av kvantemekanikken økt de siste årene.[40]
^abcdfichier des personnes décédées,deces.matchid.io, besøkt 1. november 2025[Hentet fra Wikidata]
^abMunzinger Personen, oppført somLouis-Victor Duc de Broglie, Munzinger IBA00000000920, besøkt 9. oktober 2017[Hentet fra Wikidata]
^abLa France savante, oppført somLouis prince puis duc de, Louis Victor Pierre Raymond Broglie, CTHS person-ID107107, besøkt 9. oktober 2017[Hentet fra Wikidata]
^abHrvatska enciklopedija, Hrvatska enciklopedija-ID9660, oppført somLouis Victor de Broglie[Hentet fra Wikidata]
^Encyclopædia Britannica Online, Encyclopædia Britannica Online-IDbiography/Louis-de-Broglie[Hentet fra Wikidata]
^ F.D. Pleat,Infinite Potential: The Life and Times of David Bohm, Addison-Wesley Publishing Company, Reading, Massachusetts (1997).ISBN 0-201-40635-7.
^ L. Smolin,Einstein's Unfinished Revolution, Penguin Press, New York (2019).ISBN 978-1-5942-0619-1.
