Louis de Broglie

Louis de Broglie

15. 8. 1892–19. 3. 1987

Francouzský fyzik, autor hypotézy hmotných vln a vlnové délky de Broglie (λ = h/p), která rozšířila vlnově-korpuskulární dualismus na všechny částice hmoty.

Francouzský fyzik Louis Victor Pierre Raymond de Broglie, 7. vévoda de Broglie, patří k zakladatelům kvantové fyziky. Proslul hypotézou hmotných vln, která rozšířila vlnově-korpuskulární dualismus z oblasti světla také na částice hmoty.

Narodil se 15. srpna 1892 v Dieppe jako nejmladší z pěti dětí Victora, 5. vévody de Broglie. Jeho starší bratr Maurice de Broglie (1875–1960) byl fyzikem-experimentátorem a provozoval vlastní laboratoř; Maurice Louise přivedl k fyzice a umožnil mu v ní pracovat. Na Sorbonně Louis nejprve získal bakalářský titul z historie (1910) a poté z fyziky (1913).

Za první světové války byl přidělen k bezdrátovému telegrafnímu oddílu francouzské armády a po celou dobu války sloužil na Eiffelově věži, kde prováděl experimenty v oblasti radiokomunikací. Po válce nastoupil na Sorbonnu a v Mauriceově laboratoři se začal zabývat teorií záření.

Vlnová hypotéza a de Broglieho vlnová délka

V roce 1923 publikoval de Broglie v Comptes rendus de l'Académie des Sciences tři klíčové práce, v nichž poprvé navrhl, že každá hmotná částice s hybností p se chová také jako vlna s vlnovou délkou:

λ = h / p = h / (m · v)

λ
de Broglieho vlnová délka [m]
h
Planckova konstanta (6,626 × 10−34 J·s)
p
hybnost částice [kg·m/s]
m
hmotnost částice [kg]
v
rychlost částice [m/s]

Tato de Broglieho vlnová délka platí pro elektron, proton, neutron i celé atomy. Pro elektron urychlený napětím 100 V vychází λ ≈ 0,12 nm – srovnatelné s meziatom. vzdálenostmi v krystalech, takže difrakce na krystalu je pozorovatelná.

Tuto hypotézu de Broglie předložil jako doktorskou práci Recherches sur la théorie des quanta na Sorbonně v roce 1924. Komise byla skeptická; práci přijal díky podpoře Alberta Einsteina, jemuž ji předal Langevin a Einstein napsal, že de Broglie „odhalil jeden ze záhad vesmíru". Doktorát mu byl udělen; po získání doktorátu de Broglie na Sorbonně zůstal.

Broglieho podpis
Louis de Broglie – podpis

Experimentální potvrzení a Nobel

De Broglieho hypotéza zůstávala až do roku 1927 bez přímého experimentálního důkazu. V roce 1927 ji nezávisle potvrdily dva experimenty:

Za objev vlnové povahy elektronů obdržel de Broglie v roce 1929 Nobelovu cenu za fyziku. Davisson a Thomson byli oceněni společnou Nobelovou cenou za fyziku v roce 1937.

De Broglieho teorie hmotných vln inspirovala Erwina Schrödingera při vytvoření vlnové mechaniky (1926) – Schrödinger hledal vlnovou rovnici popisující de Broglieho vlny a nalezl svoji slavnou rovnici.

Akademická kariéra a pilotní vlnová teorie

Od roku 1928 působil de Broglie jako profesor teoretické fyziky na nově vzniklém Ústavu Henriho Poincarého (Institut Henri Poincaré) v Paříži, kde setrval až do odchodu do důchodu v roce 1962. V roce 1933 byl zvolen do Académie des Sciences, v roce 1942 se stal jejím stálým tajemníkem a v roce 1944 byl zvolen do Académie Française.

De Broglie se dlouhodobě stavěl kriticky ke kodaňské interpretaci kvantové mechaniky a vrátil se k myšlence, že za statistickým popisem stojí determinističtější realita. Na Solvayově konferenci v roce 1927 předložil tzv. pilotní vlnovou teorii (pilot wave theory): reálná vlna „pilotuje" pohyb částice po určité dráze. Teorie byla odmítnuta Bohrem a Heisenbergem a de Broglie ji opustil. David Bohm ji roku 1952 znovu oživil jako Bohmovu mechaniku – deterministickou alternativu standardní kvantové mechaniky.

V roce 1945 se stal poradcem francouzské komise pro atomovou energii.

Ocenění a uznání

De Broglieho práce zásadně ovlivnila vývoj kvantové mechaniky. Mezi jeho ocenění patří:

Publikace

Hrob Louise de Broglie
Louis Duc de Broglie – hrob
Cimetière de Neuilly-sur-Seine (Ancien), Hauts-de-Seine, Francie

Louis de Broglie zemřel 19. března 1987 v Louveciennes ve věku 94 let. Byl nejdéle žijícím laureátem Nobelovy ceny za fyziku v dějinách ceny do té doby.

Upraveno podle článku Jiřího Svrška 100 let kvant. fyziky: Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie

Časté otázky

Co je de Broglieho vlnová délka a jak ji vypočítat?
De Broglieho vlnová délka λ = h/p = h/(m·v), kde h je Planckova konstanta (6,626 × 10−34 J·s), m hmotnost a v rychlost částice. Pro elektron (m ≈ 9,109 × 10−31 kg) urychlený napětím 100 V vychází λ ≈ 0,12 nm – srovnatelné s meziatom. vzdálenostmi v krystalech.
Jak byla de Broglieho hypotéza experimentálně ověřena?
V roce 1927 dvěma nezávislými experimenty: Davisson a Germer difrakci elektronů na niklovém krystalu; Thomson difrakci na kovové fólii. Oba výsledky přesně souhlasily s de Broglieho vzorcem.
Co je pilotní vlnová teorie?
De Broglieho alternativa ke kodaňské interpretaci (1927): reálná vlna pilotuje pohyb každé částice po určité trajektorii. Teoria je deterministická, ale zreprodukuje statistické výsledky kvantové mechaniky. Bohm ji roku 1952 rozvinul jako Bohmovu mechaniku.
Platí de Broglieho vztah jen pro elektrony?
Ne – platí pro všechny částice s hybností: elektrony, protony, neutrony, atomy i molekuly. Pro makroskopická tělesa je λ tak malá, že ji nelze změřit. Experimenty s molekulami fulerénu C60 (1999) prokázaly de Broglieho difrakci i pro tak velké objekty.

Další informace

Časté překlepy: de Brogli, de Brogly, DeBroglie, Broglie Louis.

Pojmenováno po de Brogliem

Související