1. Biografi
Louis de Broglie berasal dari keluarga bangsawan Perancis yang terkenal, Kerabat Broglie, yang ahli-ahlinya selama beberapa abad memegang jawatan penting dalam bidang ketenteraan dan politik di Perancis. Beliau adalah seorang ahli fizik teori yang terkemuka, dan kehidupannya ditandai oleh peralihan akademik dan sumbangan penting kepada sains.
1.1. Keluarga dan latar belakang
Bapa kepada ahli fizik masa depan, Louis-Alphonse-Victor, Duc de Broglie ke-5, berkahwin dengan Pauline d'Armaille, cucu kepada Jeneral Napoleon Philippe Paul, Comte de Ségur dan isterinya, ahli biografi Marie Célestine Amélie d'Armaillé. Mereka mempunyai lima orang anak: Albertina (1872-1946), yang kemudiannya menjadi Marquise de Luppé; Maurice de Broglie (1875-1960), yang kemudiannya menjadi ahli fizik eksperimen terkenal; Philip (1881-1890), yang meninggal dunia dua tahun sebelum kelahiran Louis; Pauline, Comtesse de Pange (1888-1972), yang kemudiannya menjadi penulis terkenal; dan Louis sendiri.
Louis dilahirkan di Dieppe, Seine-Maritime. Sebagai anak bongsu dalam keluarga, Louis membesar dalam kesunyian relatif, banyak membaca, dan sangat meminati sejarah, terutamanya sejarah politik. Sejak kecil, beliau mempunyai ingatan yang baik dan boleh membaca petikan daripada produksi teater dengan tepat atau memberikan senarai lengkap menteri Republik Ketiga Perancis. Oleh sebab itu, beliau diramalkan akan menjadi seorang negarawan yang hebat pada masa hadapan.
1.2. Pendidikan awal
De Broglie pada mulanya berhasrat untuk membina kerjaya dalam kemanusiaan, dan menerima ijazah pertamanya (licence ès lettres) dalam sejarah. Selepas itu, beliau mengalihkan perhatiannya kepada matematik dan fizik dan menerima ijazah (licence ès sciences) dalam fizik. Beliau adalah seorang pelajar di Universiti Sorbonne dan menerima ijazah kedoktorannya dalam fizik pada tahun 1924.
1.3. Perkhidmatan Perang Dunia I
Dengan meletusnya Perang Dunia Pertama pada tahun 1914, Louis de Broglie menawarkan perkhidmatannya kepada tentera dalam pembangunan komunikasi radio. Selepas tamat pengajian, beliau menyertai pasukan kejuruteraan untuk menjalani perkhidmatan wajib. Beliau memulakan perkhidmatan di Fort Mont Valérien, tetapi tidak lama kemudian, atas inisiatif abangnya, beliau dipindahkan ke Perkhidmatan Komunikasi Tanpa Wayar dan bekerja di Menara Eiffel, tempat pemancar radio itu terletak.
Louis de Broglie kekal dalam perkhidmatan tentera sepanjang Perang Dunia Pertama, menguruskan isu-isu teknikal semata-mata. Khususnya, bersama-sama dengan Léon Brillouin dan abangnya Maurice, beliau mengambil bahagian dalam mewujudkan komunikasi tanpa wayar dengan kapal selam. Louis de Broglie telah dibebaskan pada Ogos 1919 dengan pangkat adjudant. Kemudian, saintis itu menyesal kerana beliau terpaksa menghabiskan kira-kira enam tahun jauh dari masalah asas sains yang diminatinya.
2. Aktiviti Saintifik dan Pencapaian
Louis de Broglie membuat sumbangan revolusioner kepada fizik kuantum, terutamanya melalui konsep gelombang jirim dan kedualan gelombang-zarah, yang membuka jalan bagi perkembangan mekanik gelombang.
2.1. Kerja awal: Sinar-X dan kesan fotoelektrik
Kerja-kerja pertama Louis de Broglie (awal 1920-an) telah dilakukan di makmal abangnya Maurice de Broglie dan berkaitan dengan ciri-ciri kesan fotoelektrik dan sifat-sifat sinar-X. Penerbitan ini mengkaji penyerapan sinar-X dan menerangkan fenomena ini menggunakan teori Bohr, mengaplikasikan prinsip kuantum kepada tafsiran spektrum fotoelektron, dan memberikan klasifikasi sistematik spektrum sinar-X.
Kajian spektrum sinar-X adalah penting untuk menjelaskan struktur cangkerang elektron dalaman atom (spektrum optik ditentukan oleh cangkerang luar). Oleh itu, hasil eksperimen yang dijalankan bersama Alexandre Dauvillier mendedahkan kekurangan skema sedia ada untuk pengagihan elektron dalam atom; kesulitan ini telah dihapuskan oleh Edmund Stoner. Hasil lain adalah penjelasan tentang ketidakcukupan formula Sommerfeld untuk menentukan kedudukan garis dalam spektrum sinar-X; percanggahan ini telah dihapuskan selepas penemuan spin elektron. Pada tahun 1925 dan 1926, ahli fizik Leningrad Orest Khvolson mencalonkan adik-beradik de Broglie untuk Hadiah Nobel atas kerja mereka dalam bidang sinar-X.
2.2. Gelombang jirim dan dualiti gelombang-zarah
Louis de Broglie terkenal dengan konsep gelombang jirim dan kedualan gelombang-zarah, yang menjadi asas kepada mekanik kuantum.
2.2.1. Hipotesis de Broglie
Mengkaji sifat sinar-X dan membincangkan sifat-sifatnya dengan abangnya Maurice, yang menganggap sinar ini sebagai gabungan gelombang dan zarah, menyumbang kepada kesedaran Louis de Broglie tentang keperluan untuk membina teori yang menghubungkan perwakilan zarah dan gelombang. Beliau juga biasa dengan karya-karya (1919-1922) Marcel Brillouin, yang mencadangkan model hidrodinamik atom dan cuba mengaitkannya dengan hasil teori Bohr. Titik permulaan dalam kerja Louis de Broglie adalah idea Albert Einstein tentang kuanta cahaya, atau foton. Dalam artikel pertamanya mengenai subjek ini, yang diterbitkan pada tahun 1922, saintis Perancis itu menganggap sinaran jasad hitam sebagai gas kuanta cahaya dan, menggunakan mekanik statistik klasik, memperoleh hukum sinaran Wien dalam kerangka perwakilan sedemikian. Dalam penerbitan seterusnya, beliau cuba menyelaraskan konsep kuanta cahaya dengan fenomena interferens dan difraksi dan mencapai kesimpulan bahawa perlu untuk mengaitkan tempoh tertentu dengan kuanta. Dalam kes ini, kuanta cahaya ditafsirkan olehnya sebagai zarah relativistik dengan jisim yang sangat kecil.
Ia kekal untuk melanjutkan pertimbangan gelombang kepada mana-mana zarah besar, dan pada musim panas 1923 satu kejayaan yang menentukan berlaku. De Broglie menggariskan ideanya dalam nota ringkas "Gelombang dan kuanta" (Ondes et quantaBahasa Perancis, dibentangkan pada mesyuarat Akademi Sains Paris pada 10 September 1923), yang menandakan permulaan penciptaan mekanik gelombang. Dalam kertas kerja ini dan tesis kedoktorannya yang berikutnya, saintis itu mencadangkan bahawa zarah bergerak dengan tenaga E dan halaju v dicirikan oleh beberapa proses berkala dalaman dengan frekuensi (kemudian dikenali sebagai frekuensi Compton), di mana ialah pemalar Planck. Untuk menyelaraskan pertimbangan ini, berdasarkan prinsip kuantum, dengan idea-idea kerelatifan khas, de Broglie mengaitkan gelombang yang beliau panggil "gelombang fasa" dengan jasad bergerak, yang merambat dengan halaju fasa . Gelombang sedemikian, yang kemudiannya menerima nama gelombang jirim, atau gelombang de Broglie, dalam proses pergerakan jasad kekal dalam fasa dengan proses berkala dalaman. Setelah itu memeriksa pergerakan elektron dalam orbit tertutup, saintis itu menunjukkan bahawa keperluan untuk padanan fasa secara langsung membawa kepada syarat Bohr-Sommerfeld kuantum, iaitu, untuk mengkuantisasi momentum sudut. Dalam dua nota berikutnya (dilaporkan pada mesyuarat pada 24 September dan 8 Oktober, masing-masing), de Broglie mencapai kesimpulan bahawa halaju zarah adalah sama dengan halaju kumpulan gelombang fasa, dan zarah bergerak di sepanjang normal ke permukaan fasa yang sama. Secara umum, trajektori zarah boleh ditentukan menggunakan prinsip Fermat (untuk gelombang) atau prinsip tindakan terkecil (untuk zarah), yang menunjukkan hubungan antara optik geometri dan mekanik klasik.
2.2.2. Pengaruh terhadap mekanik gelombang
Teori ini menetapkan asas mekanik gelombang. Ia disokong oleh Albert Einstein, disahkan oleh eksperimen difraksi elektron oleh George Paget Thomson dan Clinton Davisson dan Lester Germer, dan digeneralisasikan oleh kerja-kerja Erwin Schrödinger.
Dari sudut pandangan falsafah, teori gelombang jirim ini telah banyak menyumbang kepada kemusnahan atomisme masa lalu. Pada asalnya, de Broglie berpendapat bahawa gelombang sebenar (iaitu, mempunyai tafsiran fizikal langsung) dikaitkan dengan zarah. Sebenarnya, aspek gelombang jirim telah diformalkan oleh fungsi gelombang yang ditakrifkan oleh persamaan Schrödinger, yang merupakan entiti matematik tulen yang mempunyai tafsiran kebarangkalian, tanpa sokongan unsur fizikal sebenar. Fungsi gelombang ini memberikan penampilan tingkah laku gelombang kepada jirim, tanpa membuat gelombang fizikal sebenar muncul. Walau bagaimanapun, sehingga akhir hayatnya de Broglie kembali kepada tafsiran fizikal langsung dan sebenar gelombang jirim, mengikuti kerja David Bohm.
2.3. Teori dan konsep lain
Louis de Broglie juga meneroka pelbagai teori dan konsep lain yang berkembang daripada penyelidikan saintifiknya, memperluaskan pemahaman tentang sifat jirim dan hukum alam.
2.3.1. Teori gelombang pandu dan Teori De Broglie-Bohm
Konsep gelombang pandu de Broglie, yang dibentangkan pada Persidangan Solvay 1927, pada mulanya ditinggalkan memihak kepada mekanik kuantum, tetapi kemudiannya ditemui semula dan dipertingkatkan oleh David Bohm pada tahun 1952. Teori ini sejak itu dikenali sebagai teori De Broglie-Bohm. Ia menawarkan tafsiran kausal mekanik gelombang, berbeza dengan model kebarangkalian yang mendominasi teori kuantum mekanikal.
2.3.2. Tekaan jam dalaman
Dalam tesisnya pada tahun 1924, de Broglie membuat tekaan bahawa elektron mempunyai jam dalaman yang membentuk sebahagian daripada mekanisme di mana gelombang pandu membimbing zarah. Kemudian, David Hestenes telah mencadangkan hubungan dengan zitterbewegung yang dicadangkan oleh Erwin Schrödinger. Walaupun percubaan untuk mengesahkan hipotesis jam dalaman dan mengukur frekuensi jam setakat ini tidak muktamad, data eksperimen terkini sekurang-kurangnya serasi dengan tekaan de Broglie.
2.3.3. Teori neutrino cahaya
Teori ini, yang berasal dari tahun 1934, memperkenalkan idea bahawa foton adalah setara dengan gabungan dua neutrino Dirac. De Broglie berpendapat bahawa neutrino dan foton mempunyai jisim rehat yang bukan sifar, walaupun sangat rendah. Bahawa foton tidak sepenuhnya tanpa jisim dikenakan oleh keselarasan teorinya. Kebetulan, penolakan hipotesis foton tanpa jisim ini membolehkan beliau meragui hipotesis pengembangan alam semesta. Pada tahun 1938, konsep itu dicabar sebagai tidak putaran invariant dan kerja mengenai konsep itu sebahagian besarnya dihentikan.
2.3.4. Termodinamik tersembunyi
Idea terakhir de Broglie adalah termodinamik tersembunyi zarah terpencil. Ia adalah percubaan untuk menyatukan tiga prinsip fizik yang paling jauh: prinsip Fermat, Maupertuis, dan Carnot. Dalam kerja ini, tindakan menjadi sejenis lawan kepada entropi, melalui persamaan yang mengaitkan dua dimensi universal tunggal dalam bentuk:
:
Sebagai akibat daripada impak besarnya, teori ini mengembalikan prinsip ketidakpastian kepada jarak di sekitar ekstremum tindakan, jarak yang sepadan dengan pengurangan entropi.
Selain itu, beliau percaya bahawa jisim sebenar zarah tidak malar, tetapi berubah-ubah, dan setiap zarah boleh diwakili sebagai mesin termodinamik yang setara dengan integral kitaran tindakan. De Broglie juga memperluaskan kedualan gelombang-zarah kepada semua zarah (dan kepada hablur yang mendedahkan kesan difraksi) dan memperluaskan prinsip kedualan kepada hukum alam. Kerja terakhirnya menjadikan satu sistem hukum daripada dua sistem besar termodinamik dan mekanik.
3. Kerjaya Akademik dan Jawatan
Louis de Broglie memegang beberapa jawatan penting dalam bidang akademik dan saintifik di Perancis, menyumbang kepada pengajaran, penyelidikan, dan pentadbiran saintifik.
3.1. Aktiviti pengajaran dan penyelidikan
Dari tahun 1926, de Broglie mula mengajar di Universiti Sorbonne. Beliau kemudiannya menjadi profesor fizik teori di Institut Henri Poincaré pada tahun 1928, jawatan yang dipegangnya sehingga persaraannya pada tahun 1962. Beliau juga dilantik sebagai penasihat kepada Suruhanjaya Tinggi Tenaga Atom Perancis pada tahun 1945, di mana beliau berusaha untuk mendekatkan industri dan sains. Beliau menubuhkan sebuah pusat mekanik gunaan di Institut Henri Poincaré, di mana penyelidikan mengenai optik, siberteknik, dan tenaga atom dijalankan.
3.2. Aktiviti akademi
De Broglie menjadi ahli Académie des sciences pada tahun 1933, dan merupakan setiausaha tetap akademi tersebut dari tahun 1942. Pada 12 Oktober 1944, beliau telah dipilih ke Académie française, menggantikan ahli matematik Émile Picard. Disebabkan kematian dan pemenjaraan ahli-ahli Académie semasa pendudukan dan kesan-kesan lain perang, Académie tidak dapat memenuhi kuorum dua puluh ahli untuk pemilihannya; namun disebabkan keadaan luar biasa, pemilihannya secara sebulat suara oleh tujuh belas ahli yang hadir telah diterima. Dalam satu peristiwa unik dalam sejarah Académie, beliau telah diterima sebagai ahli oleh abangnya sendiri Maurice, yang telah dipilih pada tahun 1934. Beliau juga menginspirasikan pembentukan Akademi Sains Molekul Kuantum Antarabangsa dan merupakan ahli awal. Beliau diminta untuk menyertai Le Conseil de l'Union Catholique des Scientifiques Francais, tetapi menolak kerana beliau tidak beragama. Pada tahun 1941, beliau telah dilantik sebagai ahli Majlis Kebangsaan Perancis Vichy.
4. Anugerah dan Penghormatan
Louis de Broglie menerima pelbagai anugerah dan penghormatan atas sumbangan saintifiknya yang luar biasa, terutamanya penemuan sifat gelombang elektron.
4.1. Hadiah Nobel dalam Fizik
De Broglie memenangi Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1929 "atas penemuannya mengenai sifat gelombang elektron". Ini adalah pengiktirafan penting terhadap hipotesisnya yang revolusioner mengenai kedualan gelombang-zarah jirim, yang kemudiannya disahkan oleh eksperimen.
4.2. Anugerah dan keahlian lain
Selain Hadiah Nobel, de Broglie menerima beberapa anugerah dan penghormatan lain:
- 1929: Pingat Henri Poincaré
- 1932: Hadiah Albert I dari Monaco
- 1938: Pingat Max Planck
- 1938: Felo, Akademi Sains Diraja Sweden
- 1939: Ahli Antarabangsa, Persatuan Falsafah Amerika
- 1944: Felo, Académie française
- 1948: Ahli Kehormat Antarabangsa, Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat
- 1952: Hadiah Kalinga dari UNESCO atas usahanya mempopularkan pengetahuan saintifik.
- 1953: Felo, Royal Society
- 1958: Ahli Kehormat Antarabangsa American Academy of Arts and Sciences
- 1961: Gelaran Kesatria Salib Agung dalam Légion d'honneur.
5. Kehidupan Peribadi
Louis de Broglie menjalani kehidupan yang berdedikasi kepada sains, tanpa berkahwin dan mewarisi gelaran bangsawan keluarganya.
5.1. Pewarisan gelaran Duke
Louis de Broglie tidak pernah berkahwin. Beliau menjadi duc de Broglie ke-7 pada tahun 1960 setelah kematian abangnya, Maurice, Duc de Broglie ke-6, yang juga seorang ahli fizik, tanpa waris.
5.2. Kematian
Louis de Broglie meninggal dunia pada 19 Mac 1987 di Louveciennes pada usia 94 tahun. Beliau digantikan sebagai duke oleh sepupu jauhnya, Victor-François, Duc de Broglie ke-8. Upacara pengebumiannya diadakan pada 23 Mac 1987 di Gereja Saint-Pierre-de-Neuilly.
6. Warisan dan Pengaruh
Penemuan saintifik Louis de Broglie, terutamanya hipotesis gelombang jirim, telah meninggalkan impak yang mendalam terhadap fizik moden dan terus mempengaruhi pemahaman kita tentang alam semesta. Konsep kedualan gelombang-zarahnya adalah asas kepada mekanik kuantum dan telah membawa kepada perkembangan teori-teori baharu serta aplikasi teknologi, seperti mikroskop elektron. Kerjanya telah membuka jalan bagi penyelidikan dalam bidang-bidang seperti teori medan kuantum dan fizik zarah, membentuk asas untuk pemahaman kita tentang dunia subatomik.
7. Penerbitan
- Recherches sur la théorie des quanta (Penyelidikan mengenai teori kuantum), Tesis, Paris, 1924, Ann. de Physique (10) 3, 22 (1925).
- Introduction à la physique des rayons X dan gamma (Pengenalan kepada fizik sinar-X dan sinar Gamma), bersama Maurice de Broglie, Gauthier-Villars, 1928.
- [https://gutenberg.beic.it/webclient/DeliveryManager?pid=3903635 Ondes et mouvements] (Gelombang dan gerakan). Paris: Gauthier-Villars, 1926.
- Rapport au 5ème Conseil de Physique Solvay (Laporan untuk Kongres Fizik Solvay ke-5), Brussels, 1927.
- [https://gutenberg.beic.it/webclient/DeliveryManager?pid=3937499 Mecanique ondulatoire] (Mekanik gelombang). Paris: Gauthier-Villars, 1928.
- [https://gutenberg.beic.it/webclient/DeliveryManager?pid=3898660 Recueil d'exposés sur les ondes et corpuscules] (Koleksi pendedahan mengenai gelombang dan korpuskul). Paris: Librairie scientifique Hermann et C.ie, 1930.
- Matière et lumière (Jirim dan Cahaya), Paris: Albin Michel, 1937.
- La Physique nouvelle et les quanta (Fizik Baharu dan Kuanta), Flammarion, 1937.
- Continu et discontinu en physique moderne (Berterusan dan Tidak Berterusan dalam Fizik Moden), Paris: Albin Michel, 1941.
- Ondes, corpuscules, mécanique ondulatoire (Gelombang, Korpuskul, Mekanik Gelombang), Paris: Albin Michel, 1945.
- Physique et microphysique (Fizik dan Mikrofizik), Albin Michel, 1947.
- Vie et œuvre de Paul Langevin (Kehidupan dan karya Paul Langevin), Akademi Sains Perancis, 1947.
- Optique électronique et corpusculaire (Optik Elektronik dan Korpuskular), Herman, 1950.
- Savants et découvertes (Saintis dan penemuan), Paris, Albin Michel, 1951.
- Une tentative d'interprétation causale et non linéaire de la mécanique ondulatoire: la théorie de la double solution. Paris: Gauthier-Villars, 1956.
- Terjemahan Bahasa Inggeris: Non-linear Wave Mechanics: A Causal Interpretation. Amsterdam: Elsevier, 1960.
- Nouvelles perspectives en microphysique (Prospek baharu dalam Mikrofizik), Albin Michel, 1956.
- Sur les sentiers de la science (Di Laluan Sains), Paris: Albin Michel, 1960.
- Introduction à la nouvelle théorie des particules de M. Jean-Pierre Vigier et de ses collaborateurs, Paris: Gauthier-Villars, 1961. Paris: Albin Michel, 1960.
- Terjemahan Bahasa Inggeris: Introduction to the Vigier Theory of elementary particles, Amsterdam: Elsevier, 1963.
- Étude critique des bases de l'interprétation actuelle de la mécanique ondulatoire, Paris: Gauthier-Villars, 1963.
- Terjemahan Bahasa Inggeris: The Current Interpretation of Wave Mechanics: A Critical Study, Amsterdam, Elsevier, 1964.
- Certitudes et incertitudes de la science (Kepastian dan Ketidakpastian Sains). Paris: Albin Michel, 1966.
- bersama Louis Armand, Pierre Henri Simon dan lain-lain. Albert Einstein. Paris: Hachette, 1966.
- Terjemahan Bahasa Inggeris: Einstein. Peebles Press, 1979.
- Recherches d'un demi-siècle (Penyelidikan setengah abad), Albin Michel, 1976.
- Les incertitudes d'Heisenberg et l'interpretasi probabiliste de la mécanique ondulatoire (Ketidakpastian Heisenberg dan tafsiran kebarangkalian mekanik gelombang), Gauthier-Villars, 1982.