Луи Виктор Пьер Раймон - французский физик-теоретик, один из основоположников квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике за 1929 год, член Французской академии наук (с 1933 года) и её непременный секретарь (с 1942 года), член Французской академии (с 1944 года).
Луи де Бройль является автором работ по фундаментальным проблемам квантовой теории. Ему принадлежит гипотеза о волновых свойствах материальных частиц (волны де Бройля, или волны материи), положившая начало развитию волновой механики. Он предложил оригинальную интерпретацию квантовой механики (теория волны-пилота,теория двойного решения), развивал релятивистскую теорию частиц с произвольным спином, в частности фотонов (нейтринная теория света), занимался вопросами радиофизики, классической и квантовой теориями поля, термодинамики и других разделов физики.
Луи де Бройль принадлежал к известной аристократической фамилии Брольи, представители которой на протяжении нескольких веков занимали во Франции важные военные и политические посты. Отец будущего физика, Луи-Альфонс-Виктор (фр. Victor de Broglie; 1846-1906), 5-й герцог де Брольи, был женат на Полине д’Армай (Pauline d’Armaille), внучке наполеоновского генерала Филиппа Поля де Сегюра. У них было пятеро детей; помимо Луи, это: Альбертина (1872-1946), впоследствии маркиза де Луппе (Marquise de Luppé); Морис (1875-1960), впоследствии известный физик-экспериментатор; Филипп (1881-1890), умерший за два года до рождения Луи, и Полина, графиня де Панж (фр. Comtesse de Pange; 1888-1972), впоследствии известный литератор. Будучи самым младшим ребёнком в семье, Луи рос в относительном уединении, много читал, увлекался историей, в особенности политической. С раннего детства он отличался хорошей памятью и мог безошибочно прочесть отрывок из театральной постановки или назвать полный список министров Третьей республики. Ему прочили большое будущее на государственном поприще. Де Бройли проживали на своей вилле в Дьепе или в своих поместьях в Нормандии и Анжу. В 1901 году семья окончательно переехала в Париж, где отец стал членом Национальной ассамблеи.
Юный Луи де Бройль обучался дома под руководством частных учителей-священников - сначала отца Дюпюи (Dupuis), а затем отца Шане (Chanet). После смерти главы семьи в 1906 году старший брат Морис, ставший новым герцогом де Брольи, взял на себя заботу об образовании младшего, отправив того в престижный лицей Жансон-де-Сайи. Здесь Луи, унаследовавший титул князя (prince) Священной Римской империи, обучался три года и в 1909 году получил степени бакалавра (Baccalauréat) по философии и математике. Он хорошо учился по таким предметам как французский язык, история, физика, философия, показывал средние результаты по математике, химии и географии, слабо владел рисованием и иностранными языками. В восемнадцатилетнем возрасте Луи де Бройль поступил в Парижский университет, где поначалу изучал историю и право, однако вскоре разочаровался в этих дисциплинах и методах их преподавания. В то же время его не привлекала военная или дипломатическая карьера, обычная в его роду. По воспоминаниям Мориса де Бройля, во время этого кризиса размышления брата оказались направлены на нерешённые проблемы теоретической физики, тесно связанные с философией науки. Этому способствовали посещение курсов по «специальной математике», чтение трудов Анри Пуанкаре и изучение материалов первого Сольвеевского конгресса (1911), одним из секретарей которого работал Морис. В результате чтения записей дискуссий, происходивших на этой конференции, как писал спустя много лет сам Луи де Бройль, он «решил посвятить все свои силы выяснению истинной природы введённых за десять лет до этого в теоретическую физику Максом Планком таинственных квантов, глубокий смысл которых ещё мало кто понимал». Полностью обратившись к изучению физики, в 1913 году он окончил университет, получив степень лиценциата наук.
После окончания обучения Луи де Бройль в качестве простого сапёра присоединился к инженерным войскам для прохождения обязательной службы. Она началась в форте Мон-Валерьен (Mont Valérien), однако вскоре по инициативе брата он был прикомандирован к Службе беспроводных коммуникаций и работал на Эйфелевой башне, где находился радиопередатчик. Луи де Бройль оставался на военной службе в течение всей Первой мировой войны, занимаясь чисто техническими вопросами. В частности, совместно с Леоном Бриллюэном и братом Морисом он участвовал в налаживании беспроводной связи с подводными лодками. Князь Луи был демобилизован в августе 1919 года в звании унтер-офицера (adjudant). Впоследствии учёный с сожалением говорил о шести годах своей жизни, прошедших в отрыве от фундаментальных проблем науки, интересовавших его.
После демобилизации Луи де Бройль продолжил обучение на факультете точных наук с целью получения докторской степени. Здесь он посещал лекции Поля Ланжевена по теории относительности, которые произвели на него большое впечатление. Известно также, что молодой учёный регулярно приходил в Школу физики и химии, чтобы обсудить свои результаты и мысли с Ланжевеном и Леоном Бриллюэном. Одновременно князь Луи приступил к исследованиям в частной лаборатории своего брата Мориса. Научные интересы последнего касались свойств рентгеновских лучей и фотоэффекта; этой тематике были посвящены и первые работы Луи, написанные с братом или самостоятельно. В 1923 году младший де Бройль высказал свою знаменитую идею о волновых свойствах материальных частиц, давшую начало развитию волновой механики. После создания формализма этой теории учёный принял активное участие в обсуждении её интерпретации, предложив свой вариант. В последующие годы он продолжал разрабатывать различные вопросы квантовой теории. Характеризуя способ мышления де Бройля, его ученик и ближайший сотрудник Жорж Лошак (Georges Lochak) писал:
Для Луи де Бройля характерно интуитивное мышление посредством простых конкретных и реалистических образов, присущих трёхмерному физическому пространству. …отдавая себе отчёт в силе и строгости абстрактных рассуждений, он вместе с тем убеждён в том, что вся суть всё-таки в конкретных образах, всегда неясных и неустойчивых, без конца пересматриваемых и чаще всего отвергаемых как более или менее ложные. …мне представляется, что в творчестве де Бройля были два ключа. Первый из них - это, очевидно, История. Он столько её изучал, что, как он мне однажды сказал, прочитал, наверное, больше книг по истории, чем по физике… Эти занятия не были для него своего рода любопытством или увлечением культурного человека, они являлись одновременно движущей силой его духа и питательной почвой для его мыслей… Вторым ключом в его творчестве была наглядность… Для де Бройля понимать - значит наглядно представлять.
Ж. Лошак. Эволюция идей Луи де Бройля относительно интерпретации волновой механики // Л. де Бройль. Соотношения неопределённостей Гейзенберга и вероятностная интерпретация волновой механики (С критическими замечаниями автора). - М.: Мир, 1986. - С. 16, 21, 26.
В 1928 году Луи де Бройль начал свою преподавательскую деятельность на факультете естественных наук Парижского университета, а в 1933 году возглавил кафедру теоретической физики Института Анри Пуанкаре (фр. Institut Henri-Poincaré). Он руководил еженедельным семинаром и научной работой аспирантов, хотя с годами, по мере того, как он всё более удалялся от основного направления развития науки, учеников становилось всё меньше. На протяжении многих лет (до выхода в отставку в 1962 году) де Бройль читал курсы лекций по волновой механике, её различным аспектам и приложениям; многие из этих курсов были изданы в книжной форме. Отмечая превосходные качества этих книг, известный физик Анатоль Абрагам, однако, писал, что
…как лектор в аудитории он был скучен. Начиная точно в срок, он читал своим высоким голосом и до некоторой степени монотонно с больших листов, исписанных стенографическими значками. Он всегда останавливался точно в конце часа и немедленно уходил. Если кто-либо хотел задать вопрос, то запрашивал о встрече, которая всегда предоставлялась и во время которой, следует сказать, он прилагал большие усилия, чтобы разъяснить непонятное. Но мало кто шёл на этот шаг, и через некоторое время, вместо посещения лекций, предпочтение отдавалось изучению его прекрасно написанных книг.
В 1933 году Луи де Бройль почти единодушно (исключение составили лишь два голоса) был избран членом Французской академии наук. В 1942 году он стал её непременным секретарём (Secrétaire Perpétuel) и занимал эту должность до 1975 года, когда ушёл в отставку. Специально для него был учреждён пост почётного непременного секретаря (Secrétaire Perpétuel d’Honneur). 12 октября 1944 года де Бройль был избран членом Французской академии (его предшественником был математик Эмиль Пикар) и 31 мая 1945 года был торжественно принят в число сорока «бессмертных» своим собственным братом Морисом. В 1945 году он был назначен советником Комиссии по атомной энергии Франции. За его научно-популярные работы ЮНЕСКО присудила ему первую премию Калинги (1952). В 1973 году был основан Фонд Луи де Бройля (Fondation Louis de Broglie) для поддержки исследований фундаментальных проблем физики.
Луи де Бройль никогда не был женат, редко выезжал за границу. После смерти матери в 1928 году большой семейный дворец в Париже был продан, и Луи обосновался в небольшом доме на Rue Perronet в Нёйи-сюр-Сен, где уединённо прожил всю оставшуюся жизнь. Он никогда не владел автомобилем, предпочитая передвигаться пешком или на метро, никогда не ездил отдыхать и каждое лето проводил в Париже. В 1960 году, после смерти Мориса, не имевшего детей, Луи де Бройль унаследовал герцогский титул. Как свидетельствует Абрагам, де Бройль был человеком застенчивым, никогда не повышал голос и был со всеми вежлив. Он был неразговорчив, однако из-под его пера вышло большое число научных и научно-популярных сочинений. Учёный скончался в Лувесьене (Louveciennes) 19 марта 1987 года на 95-м году жизни.
Первые работы Луи де Бройля (начало 1920-х годов) были выполнены в лаборатории его старшего брата Мориса и касались особенностей фотоэлектрического эффекта и свойств рентгеновских лучей. В этих публикациях рассматривалось поглощение рентгеновских лучей и содержалось описание этого явления с помощью теории Бора, применялись квантовые принципы к интерпретации спектров фотоэлектронов, давалась систематическая классификация рентгеновских спектров. Исследования рентгеновских спектров имели важное значение для выяснения структуры внутренних электронных оболочек атомов (оптические спектры определяются внешними оболочками). Так, результаты экспериментов, проведённых вместе с Александром Довийе (Alexandre Dauvillier), позволили выявить недостатки существовавших схем распределения электронов в атомах; эти трудности были устранены в работе Эдмунда Стонера. Другим результатом было выяснение недостаточности формулы Зоммерфельда для определения положения линий в рентгеновских спектрах; это расхождение было ликвидировано после открытия спина электрона. В 1925 и 1926 годах ленинградский профессор Орест Хвольсон выдвигал кандидатуру братьев де Бройль на Нобелевскую премию за работы по физике рентгеновских лучей.
Изучение природы рентгеновского излучения и обсуждение его свойств с братом Морисом, который считал эти лучи какой-то комбинацией волн и частиц, способствовали осознанию Луи де Бройлем необходимости построения теории, связывающей корпускулярные и волновые представления. Кроме того, он был знаком с работами (1919-1922) Марселя Бриллюэна, в которых предлагалась гидродинамическая модель атома и делалась попытка связать её с результатами теории Бора. Исходным пунктом в работе Луи де Бройля стала идея А. Эйнштейна о квантах света. В своей первой статье на эту тему, опубликованной в 1922 году, французский учёный рассмотрел излучение чёрного тела как газ световых квантов и, пользуясь классической статистической механикой, вывел в рамках такого представления закон излучения Вина. В следующей своей публикации он попытался согласовать концепцию световых квантов с явлениями интерференции и дифракции и пришёл к заключению о необходимости связать с квантами некоторую периодичность. При этом световые кванты трактовались им как релятивистские частицы очень малой массы.
Оставалось распространить волновые соображения на любые массивные частицы, и летом 1923 года произошёл решающий прорыв. Свои идеи де Бройль изложил в короткой заметке «Волны и кванты» (Ondes et quanta, представлена на заседании Парижской академии наук 10 сентября 1923 года), положившей начало созданию волновой механики. В этой работе учёный предположил, что движущаяся частица, обладающая энергией {\displaystyle E} E и скоростью {\displaystyle v} v, характеризуется некоторым внутренним периодическим процессом с частотой {\displaystyle E/h} E/h, где {\displaystyle h} h - постоянная Планка. Чтобы согласовать эти соображения, основанные на квантовом принципе, с идеями специальной теории относительности, де Бройль был вынужден связать с движущимся телом «фиктивную волну», которая распространяется со скоростью {\displaystyle c^{2}/v} c^{2}/v. Такая волна, получившая позднее название фазовой, или волны де Бройля, в процессе движения тела остаётся согласованной по фазе с внутренним периодическим процессом. Рассмотрев затем движение электрона по замкнутой орбите, учёный показал, что требование согласования фаз непосредственно приводит к квантовому условию Бора - Зоммерфельда, то есть к квантованию углового момента. В следующих двух заметках (доложены на заседаниях 24 сентября и 8 октября соответственно) де Бройль пришёл к выводу, что скорость частицы равна групповой скорости фазовых волн, причём частица движется вдоль нормали к поверхностям равной фазы. В общем случае траектория частицы может быть определена при помощи принципа Ферма (для волн) или принципа наименьшего действия (для частиц), что указывает на связь геометрической оптики и классической механики.
В статье, объединяющей результаты трёх заметок, Луи де Бройль писал, что, «быть может, каждое движущееся тело сопровождается волной и что разделение движения тела и распространения волны является невозможным». Следуя этим соображениям, учёный согласовал явления дифракции и интерференции с гипотезой световых квантов. Так, дифракция возникает при прохождении частицы света через отверстие, размер которого сравним с длиной фазовых волн. Более того, эти рассуждения, согласно де Бройлю, должны быть справедливы и для материальных частиц, например, электронов, что должно было стать экспериментальным подтверждением всей концепции. Свидетельства дифракции электронов были обнаружены к 1927 году, в первую очередь благодаря экспериментам Клинтона Дэвиссона и Лестера Джермера в США и Джорджа Паджета Томсона в Англии.
Однако в 1924 году идеи Луи де Бройля о волновых свойствах частиц были лишь гипотезой. Он изложил свои результаты в развёрнутом виде в докторской диссертации «Исследования по теории квантов», защита которой состоялась в Сорбонне 25 ноября 1924 года. Экзаменационная комиссия, в которую входили четыре известных учёных - физики Жан Перрен, Шарль-Виктор Моген (фр. Charles Victor Mauguin), Поль Ланжевен и математик Эли Картан, по достоинству оценила оригинальность полученных результатов, однако едва ли могла понять всё их значение. Исключение составлял Ланжевен, который сообщил о работе де Бройля на Сольвеевском конгрессе в апреле 1924 года. По его предложению копия диссертации была послана Альберту Эйнштейну. Реакция последнего в письме Ланжевену была ободряющей: «Он приподнял угол великого занавеса (нем. Er hat einen Zipfel der grossen Schleiers gelüftet)». Интерес к этой работе Эйнштейна, который использовал её при обосновании своих соображений по квантовой статистике, привлёк внимание ведущих физиков к гипотезе де Бройля, однако мало кто в то время воспринимал её всерьёз. Следующий шаг был сделан Эрвином Шрёдингером, который, отталкиваясь от идей французского физика, в начале 1926 года разработал математический формализм волновой механики. Успехи теории Шрёдингера и экспериментальное открытие дифракции электронов привели к широкому признанию заслуг Луи де Бройля , свидетельством чего стало присуждение ему Нобелевской премии по физике за 1929 год с формулировкой «за открытие волновой природы электрона».
После выхода основополагающих работ по теории волн материи Луи де Бройль опубликовал ещё ряд небольших статей, в которых развивал и уточнял свои идеи. Эти уточнения касались таких вопросов как релятивистская формулировка соотношения между энергией частицы и частотой волны, объяснение явлений интерференции и поглощения излучения атомами за счёт распространения фазовых волн и других. В своей диссертации он также применил свою теорию к описанию эффекта Комптона и статистического равновесия газов и к вычислению релятивистских поправок для атома водорода. Однако физический смысл фазовых волн оставался во многом не ясен. После появления в начале 1926 года работ Шрёдингера по волновой механике проблема интерпретации новой теории стала особенно острой. К концу 1927 года была в общих чертах сформулирована так называемая копенгагенская интерпретация, основой которой стали борновская вероятностная трактовка волновой функции, соотношения неопределённостей Гейзенберга и принцип дополнительности Бора. Луи де Бройль, независимо развивая свои идеи о волнах, связанных с частицами, пришёл к иной интерпретации, которая получила название теории двойного решения.
Впервые теория двойного решения была представлена в статье «Волновая механика и атомная структура вещества и излучения», опубликованной в Journal de Physique в мае 1927 года. В этой работе частицы были представлены как «движущиеся сингулярности» волнового поля, описываемого релятивистским уравнением типа уравнения Клейна - Гордона. Скорость сингулярности равна скорости частицы, а фаза определяется действием. Далее, воспользовавшись аналогией между классической механикой и геометрической оптикой (идентичность принципа наименьшего действия и принципа Ферма), автор показал, что скорость сингулярности в случае свободной частицы должна быть направлена вдоль градиента фазы. Непрерывные же решения волнового уравнения, согласно де Бройлю, ассоциируются со случаем ансамбля частиц и имеют обычный статистический смысл (плотность ансамбля в каждой точке). Такие решения можно также трактовать как плотность ансамбля возможных решений, определяемых набором начальных условий, так что квадрат амплитуды такой волны будет определять вероятность обнаружить частицу в данном элементе объёма (вероятность в классическом смысле, как свидетельство незнания полной картины). Следующим шагом стал так называемый «принцип двойного решения», согласно которому фазы сингулярного и непрерывного решений всегда равны. Этот постулат «предполагает существование двух синусоидальных решений уравнения, имеющих один и тот же фазовый коэффициент, причём одно решение представляет собой точечную сингулярность, а другое, напротив, имеет непрерывную амплитуду». Таким образом, частица-сингулярность будет двигаться вдоль градиента фазы (нормали к поверхностям равных фаз) непрерывной вероятностной волны.
Рассмотрев затем задачу о движении частицы во внешнем потенциале и перейдя к нерелятивистскому пределу, де Бройль пришёл к выводу, что наличие непрерывной волны связано с появлением в лагранжиане частицы дополнительного члена, который можно трактовать как малую добавку к потенциальной энергии. Эта добавка совпадает с так называемым «квантовым потенциалом», введённым Дэвидом Бомом в 1951 году. Обратившись к случаю многочастичной системы в нерелятивистском приближении, де Бройль задался вопросом, каков же смысл уравнения Шрёдингера, и дал на него следующий ответ: фаза решения уравнения Шрёдингера в конфигурационном пространстве, количество измерений которого определяется числом частиц, задаёт движение каждой частицы-сингулярности в обычном трёхмерном пространстве. Амплитуда же решения, как и ранее, характеризует плотность вероятности обнаружить систему в данном месте конфигурационного пространства. Наконец, в последнем разделе своей статьи де Бройль предложил другой взгляд на полученные результаты: вместо «принципа двойного решения», который трудно обосновать, можно постулировать существование двух объектов разной физической природы - материальной частицы и непрерывной волны, причём последняя направляет движение первой. Такая волна получила название «волны-пилота» (l’onde pilote). Впрочем, по мнению учёного, такая интерпретация могла быть лишь предварительной мерой.
В целом работа де Бройля не привлекла большого внимания научного сообщества. Копенгагенская школа считала невозможным разрешить фундаментальные трудности путём возврата к детерминизму классической механики. Тем не менее, Вольфганг Паули высоко оценил оригинальность идей французского учёного. Так, в письме Нильсу Бору от 6 августа 1927 года он писал: «…даже если эта статья де Бройля бьёт мимо цели (и я надеюсь, что это действительно так), она всё же очень богата идеями, очень чёткая и написана на гораздо более высоком уровне, чем ребяческие статьи Шрёдингера, который даже сегодня всё ещё думает, что может… упразднить материальные точки». Де Бройлю не удалось убедить коллег в справедливости своих представлений и во время пятого Сольвеевского конгресса (октябрь 1927 года), где он сделал доклад о своей предварительной теории волны-пилота, лишь вскользь затронув идею двойного решения. Исходя из требования согласования с классической механикой в соответствующем пределе, он постулировал фундаментальное уравнение движения в виде пропорциональности скорости частицы градиенту фазы вероятностной волны-пилота, описываемой уравнением Шрёдингера. Затем он рассмотрел ряд конкретных задач, в том числе случай системы многих частиц.
Причинная теория волны-пилота встретила прохладный приём у участников Сольвеевского конгресса, что отчасти было обусловлено её предварительным характером, который подчёркивал сам де Бройль. Большинство предпочитало более простую чисто вероятностную интерпретацию, и эта неблагоприятная реакция, по словам де Бройля, стала одной из причин отказа от развития своих оригинальных идей. Кроме того, он оказался не в состоянии дать ответ на некоторые важные вопросы, в частности разрешить проблемы измерения и «реальности» волновой функции. Он оказался в тупике и в результате тяжёлой внутренней борьбы перешёл к точке зрения своих оппонентов. В течение многих лет учёный в своих лекциях и сочинениях придерживался стандартной копенгагенской интерпретации. Новый повод для пересмотра взглядов возник в 1951 году с появлением работ американского физика Дэвида Бома, содержавших новую попытку построения квантовой теории со «скрытыми параметрами». Теория Бома по существу воспроизводит идеи теории волны-пилота в несколько иной формулировке (так, уравнение динамики частицы записано на языке не скорости, а ускорения, так что в ньютоновское уравнение вводится соответствующий «квантовый потенциал»). Бому удалось продвинуться гораздо дальше де Бройля в обосновании этих взглядов, в частности построить теорию измерений. Теория волны-пилота, которую с тех пор часто называют теорией де Бройля - Бома, по-видимому, позволяет непротиворечиво получать все результаты стандартной нерелятивистской квантовой механики. Она согласуется с неравенствами Белла и относится к нелокальным теориям со скрытыми параметрами. В настоящее время она часто рассматривается как альтернативная (хотя и редко используемая) формулировка квантовой теории.
Работы Бома побудили де Бройля вернуться к своим идеям четвертьвековой давности, однако объектом его изучения стала не «предварительная» теория волны-пилота, а более глубокая, по его мнению, теория двойного решения (его внимание к ней привлёк Жан-Пьер Вижье. Де Бройль не видел, каким образом можно согласовать свойства волновой функции с бомовским предположением о реальности физической волны, которую эта функция описывает. Он полагал, что это противоречие можно разрешить при помощи принципа двойного решения, который может придать волне объективный смысл, то есть сделать её элементом физической реальности. «Таким образом, в теории двойного решения неприемлемое представление о частице, которая „пилотируется“ неким распределением вероятностей осуществления событий, заменяется представлением о сингулярности, составляющей одно целое с физической волной, которая в каком-то смысле „ощупывает“ окружающее пространство и передаёт соответствующую информацию сингулярности, направляя её движение». Скорость веде́ния частицы волной при таком подходе является скрытым параметром, не поддающимся измерению. Несмотря на большие усилия, приложенные учёным для развития этой теории, в ней осталось много нерешённых трудностей. В частности, остался неразрешённым парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена.
Свои идеи де Бройль и его ученики использовали для разработки проблем движения сингулярностей и недеформируемых волновых пакетов (солитонных решений нелинейных уравнений), квантовой теории измерений, динамики частиц с переменной собственной массой, релятивистской термодинамики. Нелинейность, вводимая в волновое уравнение, призвана была объяснить не только локализацию энергии частицы на протяжённой волне, но и природу квантовых переходов. В начале 1960-х годов де Бройль сформулировал представление о скрытой термодинамике изолированных частиц, согласно которому в движение отдельной частицы вводится случайный элемент, обусловленный её взаимодействием со скрытой «субквантовой средой». Таким образом, квантовая частица напоминает коллоидную частицу, демонстрирующую броуновское движение из-за столкновений с невидимыми молекулами среды. Это позволяет, по мнению учёного, применять к движению одиночной частицы классические методы теории флуктуаций.
В начале 1930-х годов Луи де Бройль предпринял попытку найти релятивистское волновое уравнение для фотона, аналогичное по смыслу уравнению, выведенному Полем Дираком для электрона. Предположив, что фотон, обладающий спином 1, можно представить как связанную пару частиц со спином 1/2, французский учёный, отталкиваясь от уравнения Дирака, получил соответствующее волновое уравнение фотона. Волновая функция такого векторного фотона оказалась аналогичной максвелловской электромагнитной волны. При этом де Бройль вновь ввёл предположение о конечности массы фотона. Таким образом, в 1934 году ему удалось получить волновое уравнение для частицы со спином 1 и произвольной массой, которое в 1936 году было независимо выведено румынским физиком Александру Прока и носит название уравнения Прока. Хотя попытка проквантовать теорию оказалась неудачной (при переходе ко вторичному квантованию она перестаёт быть калибровочно инвариантной), это было первое уравнение, описывающее поведение векторных мезонов. Развитую де Бройлем теорию иногда называют «нейтринной теорией света», поскольку в качестве кандидата на роль дираковских частиц, из которых состоит фотон, фигурировало нейтрино.
В течение ряда последующих лет Луи де Бройль вместе с учениками занимался обобщением теории на частицы с произвольным спином, которые представлялись как сложные системы, состоящие из нужного числа элементарных частиц со спином 1/2. Множество публикаций учёного посвящено конкретным вопросам из различных разделов физики. Так, после начала Второй мировой войны де Бройлю был поручен сбор и обработка новой информации по радиофизике (распространение радиоволн, волноводы, рупорные антенны и так далее). После Второго компьенского перемирия французские военные инженеры уже не нуждались в этих сведениях, поэтому в 1941 году де Бройль опубликовал получившийся обзор в виде книги. С 1946 года учёный посвятил ряд публикаций и курсов лекций проблемам электронной оптики, термодинамики (в том числе релятивистской), теории атомного ядра, квантовой теории поля (попытки устранения бесконечности собственной энергии электрона за счёт введения взаимодействия с одним или несколькими мезонными полями).
Иностранный член 18 академий наук мира, в том числе Шведской королевской академии наук (1938), Национальной академии наук США (1948), Лондонского королевского общества (1953), Академии наук СССР (1958).
Почётный доктор университетов Варшавы, Бухареста, Афин, Лозанны, Квебека и Брюсселя.
Луи де Бройль, один из создателей квантовой механики - всемирно известный ученый, чьи работы в области теоретической физики, а также выдающийся литературный талант глубоко изменили современную физику и поставили его в один ряд с самыми выдающимися учеными нашего времени. Он первым пришел к выводу, что дуализм волна-частица - явление природы, а не ухищрения математиков для преодоления каких-то расходимостей. Его рассчеты волновых свойств частиц были подтверждены экспериментально (дифракция электронов).
Луи де Бройль лауреат нобелевской премии за 1929 года по физике за открытие волновых свойств электрона в 1923 году.
Подробная биография
Де Бройль родился в Дьеппе (Франция) в 1892 г. в одной из самых аристократических семей. Он окончил лицей в Париже и в 1909 г. получил степень бакалавра истории в Парижском университете. Однако, проявив склонность к точным наукам, он отказался от карьеры историка и палеонтолога и в 1913 г. получил в том же Парижском университете степень бакалавра точных наук.
После службы в армии в годы первой мировой войны де Бройль работал в лаборатории, созданной его братом Морисом де Бройлем, где занимался экспериментальным изучением самых высокочастотных излучений, которые только были доступны спектроскопическому исследованию и где проблема выбора между корпускулярной и волновой трактовкой оптических явлений стояла особенно остро. В 1924 г. Луи де Бройль защитил свою докторскую диссертацию на тему "Исследования в области квантовой теории", в которой он попытался перебросить мост между этими противоположными теориями. Де Бройль связал с каждой движущейся частицей волну определенной длины. В случае частиц со значительной массой, с которыми имеет дело классическая механика, почти полностью преобладают корпускулярные свойства. Волновые же свойства являются определяющими у частиц атомных размеров.
Отступив на первых порах от глубокого революционного содержания своей теорий, де Бройль пытался сохранить с помощью различных гипотез традиционную детерминистическую интерпретацию классической физики. Однако, столкнувшись с огромными математическими трудностями, он вынужден был согласиться с вероятностной и индетерминистской интерпретацией, в которой классическая механика становилась просто частным случаем более общей волновой механики.
Экспериментальное подтверждение наличия волновых свойств у частиц было получено четыре года спустя американскими физиками, сотрудниками лаборатории «Белл-телефон», обнаружившими, что атомные частицы, такие, как электроны и протоны, благодаря связанной с ними волне могут, подобно свету и рентгеновским лучам, испытывать дифракцию. Позднее эти идеи получили практическое осуществление при разработке магнитных линз, служащих основой электронного микроскопа.
Лауреат Нобелевской премии в области физики 1929 г. Луи де Бройль в том же году получил от Французской Академии Наук впервые учрежденную медаль Анри Пуанкаре. В 1933 г. он был избран действительным членом Французской Академии Наук, а в 1942, сменив Эмилия Пикара, стал одним из ее постоянных секретарей.
Наконец, с 1926 г. он много занимается вопросами образования и научного руководства. В 1928 г., прочитав несколько лекций и курсов в Сорбонне, Париже и Гамбургском университете, де Бройль получил кафедру теоретической физики в Институте имени Анри Пуанкаре, где организовал центр по изучению современной теоретической физики. В 1943 г., занимаясь решением проблем, возникших из-за недостаточной связи науки с производством, он основал в Институте имени Пуанкаре отдел исследований по прикладной механике. Этот интерес к практическому приложению науки нашел свое отражение в его последних работах, посвященных ускорителям заряженных частиц, волноводам, атомной энергии и кибернетике.
Луи де Бройль совместно со своим братом опубликовал важные научные работы по физике атомных частиц и оптике, примыкающие к его ранним работам, а также, в связи с фундаментальными исследованиями по волновой механике, работы по физике рентгеновских и гамма-лучей.
В своих лекциях и популярных книгах он обсуждает философские стороны проблем, возникающих в этих новых теориях. Самая последняя его работа в этой области - "История развития современной физики от Первого Солвеевского Конгресса физиков 1911 г. до настоящего времени".
За свою литературную работу он был удостоен избрания в 1945 году во Французскую Академию. Он является почетным президентом Французской Ассоциации писателей-ученых и в 1952 г. получил первую премию Калинга за высокое качество научных работ.
Когда в 1945 г. французское правительство образовало Высшую Комиссию по атомной энергии, Луи де Бройль был назначен ее техническим советником, а после реорганизации Комиссии в 1951 г. он стал членом ее Ученого совета.
Умер Луи де Бройль в 1987 году.
Французский физик, лауреат Нобелевской премии (1929 г.), один из создателей квантовой механики, автор идеи о волновых свойствах материи (волны де Бройля). Автор работ по релятивистской квантовой механике, строению ядра, распространению волн в волноводах.
94. «Несмотря на некоторую произвольность деления непрерывного исторического процесса на четко ограниченные отрезки, в истории науки, однако, можно выделить более или менее длительные периоды, во время которых, несмотря на непрекращающийся прогресс науки, основные тенденции науки, а также используемые ею теоретические представления остаются примерно одними и теми же. Эти эпохи относительной стабильности отделены друг от друга краткими периодами кризисов, во время которых под давлением фактов, ранее мало известных или вовсе неизвестных, ученые вдруг ставят под сомнение все принципы, казавшиеся до этого вполне незыблемыми, и через несколько лет находят совершенно новые пути. Такие неожиданные перевороты всегда характеризуют решающие этапы в прогрессивном развитии наших знаний».
[20 , 9].
95. «По-видимому, уже давно существует согласие по поводу роли, которую играют эксперимент и теория в естественных науках. Эксперимент, неотъемлемая основа любого прогресса этих наук, эксперимент, из которого мы всегда исходим и к которому мы всегда возвращаемся, – лишь он один может служить нам источником знаний о реальных фактах, которые стоят выше любой теоретической концепции, любой предвзятой идеи. Но эксперимент не должен сводиться к простому, пассивному наблюдению. Он должен всякий раз, когда это возможно, активно вмешиваться в реальность, изменяя условия возникновения явлений, вопрошая природу строго определенным образом, так, чтобы видеть, каков будет ее ответ. Что касается теории, то ее задача состоит в классификации и синтезе полученных результатов, расположении их в разумную систему, которая не только позволяет истолковывать известное, но также по мере возможности предвидеть еще неизвестное». [20 , 162].
97 . «Когда физическая теория добивается получения связного математического представления об известных явлениях, она стремится к тому, чтобы предсказать новые явления. Иногда эти предсказания подтверждаются дальнейшими экспериментальными исследованиями и теория, выдержав, таким образом, испытание, укрепляется. Иногда – и можно сказать, что с течением времени это всегда в конце концов происходит, ─ либо эксперимент не подтверждает одного из предсказаний теории, либо вдруг в ходе эксперимента обнаруживается зачастую, независимо от воли исследователей, новый факт, который не согласуется с теорией. Тогда нужно доделать или переделать воздвигнутое ранее здание теории. Но, и это существенно, такая переделка, поскольку она всегда должна производиться с учетом всех накопленных ранее фактов, должна быть осуществлена так, чтобы включить тем или иным образом, и зачастую в качестве первого приближения, в новую теорию предыдущую теорию и всю совокупность уравнений, на которых она зиждется, хотя их истолкование может измениться. Таким образом, новая теория должна признать все точные предсказания старой теории, но, отличаясь от нее в некоторых пунктах, она должна строго предвидеть наблюдаемые факты, в том числе и те, которые старая теория не в состоянии предвидеть. Путем таких последовательных включений развивается теоретическая физика; не отрицая ни одного из своих предыдущих успехов, она охватывает все время изменяющимся и расширяющимся синтезом возрастающее число экспериментальных фактов».
[20 , 163 – 164].
98. «Данные наших чувств могут служить для построения научной теории лишь после того, как они будут нами соответствующим образом истолкованы, а в это истолкование обязательно вмешиваются некоторые представления нашего ума, то есть теоретические идеи. А это говорит о том, что нельзя совершенно четко отделить эксперимент от теории и считать, что экспериментальный факт является данным, не зависящим от любого истолкования. Соотношение между экспериментом и теорией является более тонким и более сложным: экспериментальные наблюдения получают научное значение только после определенной работы нашего ума, который, каким бы он ни был быстрым и гибким, всегда накладывает на сырой факт отпечаток наших стремлений и наших представлений». [20 , 165].
99 . «Дедуктивное рассуждение исходит из априорных представлений и постулатов и пытается извлечь из них с помощью логических правил, которым подчиняется наше мышление, следствия; эти следствия затем можно сопоставить с фактами. Математический язык предоставляет в распоряжение дедукции точный инструмент, в котором она нуждается для совершения, по возможности безошибочного, перехода от посылок к выводам. Исходя в начале рассуждения из абстрактных формул, в которых физические величины представлены символами, ученый, использующий дедуктивное рассуждение, преобразует по правилам логики свои уравнения и приходит к окончательным соотношениям, которые он хочет проверить. Тогда он должен заменить символы цифрами, для того чтобы получить численные результаты, которые можно сравнить с экспериментом; рассуждение уступает место расчету. Такова схема дедуктивного рассуждения в том виде, в каком оно используется во всех науках, достаточно точных, достаточно разработанных для того, чтобы в них можно было применять математический аппарат…
Индуктивное рассуждение значительно сложнее для определения и анализа. Опираясь на аналогию и интуицию, взывая скорее к уму проницательному, чем к уму, так сказать, геометрическому, оно стремится угадать то, что еще не известно, так, чтобы установить новые принципы, которые могут служить основой для новых дедукций. Отсюда видно, насколько индуктивное рассуждение смелее и рискованнее, чем дедуктивное рассуждение; дедукция – это безопасность, по крайней мере, с первого взгляда; индукция – это риск. Но риск – необходимое условие любого подвига, и поэтому индукция, поскольку она стремится избежать уже проторенных путей, поскольку она неустрашимо пытается раздвинуть уже существующие границы мысли, является истинным источником действительно научного прогресса.
Сила строгой дедукции в том, что она может идти почти абсолютно уверенно и точно по прямой дороге; но слабость ее состоит в том, что, исходя из совокупности постулатов, рассматриваемых ею как несомненные, она может извлечь из них лишь то, что в них уже содержится. В завершенной науке, основные принципы которой были бы полными и определенными, дедукция была бы единственно приемлемым методом. Но в неполной, еще создающейся и развивающейся науке, какой по необходимости является человеческая наука, дедукция может служить лишь для проверки и применений, конечно, очень важных, но не открывающих действительно новых глав науки. Великие открытия, скачки научной мысли вперед создаются индукцией, рискованным, но истинно творческим методом. Новые эры в науке всегда начинались с изменений, вносимых в представления и постулаты, ранее служившие основой для дедуктивного рассуждения.
Из этого, конечно, не нужно делать вывод о том, что строгость дедуктивного рассуждения не имеет никакой ценности. На самом деле лишь она мешает воображению впасть в заблуждение, лишь она позволяет после установления индукцией новых исходных пунктов вывести следствия и сопоставить выводы с фактами. Лишь одна дедукция может обеспечить проверку гипотез и служить ценным противоядием против не в меру разыгравшейся фантазии. Но, захваченная в плен своей же строгостью, дедукция не может выйти из рамок, в которые она с самого начала заключена, и, следовательно, она не может дать ничего существенно нового». [20 , 177-179].
100. «…почему при изложении научных теорий, не считая, может быть, области чистой математики, метод, называемый «аксиоматическим», удовлетворителен для нашего ума и в то же время менее плодотворен практически. Многие видные умы, особенно восприимчивые к логической красоте способа изложения, предпринимали большие усилия, чтобы изложить надежно установленные физические теории в аксиоматической форме. Разумеется, подобные усилия не являются бесполезными; они позволяют в значительной степени уточнить исходные представления и постулаты, лучше обнажить весь формальный костяк теории и строже определить область ее применения и смысл следствий, который можно из нее извлечь. Вся беда, однако, заключается в том, что не успевает завершиться работа, зачастую длительная и кропотливая, по аксиоматизации науки, как теория оказывается недостаточной для экспериментальных фактов и возникает необходимость расширить, а иногда и полностью пересмотреть ее основы…
Нельзя сказать, что строгие аксиоматические теории являются бесполезными, но, вообще говоря, они почти не способствуют наиболее замечательным успехам науки. И глубокая причина этого в том, что аксиоматический метод действительно стремится устранить индуктивную интуицию – единственный метод, который может помочь выйти за пределы уже известного; аксиоматический метод может быть хорошим методом классификации или преподавания, но он не является методом открытия». [20 , 179].
101 . «…Не заставит ли нас такой рост наших знаний, происходящий все возрастающими темпами, полагать, что вскоре мы раскроем все секреты физического мира? Думать так означало бы впасть в большую ошибку, так как каждый успех наших знаний ставит больше проблем, чем решает, и в этой области каждая новая открытая земля позволяет предполагать о существовании еще неизвестных нам необъятных континентов».
[20 , 181].
102. «В самом начале человечество с любопытством, вниманием и иногда с беспокойством наблюдало окружающую его природу: оно пыталось выяснить причины и связи наблюдаемых явлений. Но в начале своего развития человечество не имело ни родителей, ни учителей, которые научили бы его, и часто оно верило, что находит в мифах, иногда поэтических, но всегда обманчивых, объяснение (в действительности не имеющее большой ценности) фактов, которые оно пыталось понять. Затем через несколько веков человечество достигло юношеского возраста и освободилось от своих первоначальных заблуждений. Поскольку его любопытство могло отныне опираться на более твердый разум и на более острый критический ум, оно могло продолжать исследование явлений с помощью более надежных и более строгих методов.
Так родилась современная наука, дочь удивления и любопытства, которые всегда являются ее скрытыми движущими силами, обеспечивающими ее непрерывное развитие. Каждое открытие открывает перед нами новые горизонты, и, обозревая их, мы испытываем новое удивление и нас охватывает новое любопытство. А поскольку неизвестное всегда бесконечно расстилается перед нами, то ничто, видимо, не может прервать этого непрерывного последовательного развития, которое, удовлетворяя наше былое любопытство, сразу же возбуждает новое, в свою очередь порождающее новые открытия». [20 , 289 – 290].
103. «Когда ученый пытается понять категорию явлений, он начинает с допущения, что эти явления подчиняются законам, которые нам доступны, поскольку они понятны для нашего разума. Отметим, что это допущение не является очевидным и безусловным постулатом. В самом деле, этот постулат сводится к допущению рациональности физического мира, к признанию, что существует нечто общее между структурой материальной вселенной и законами функционирования нашего разума. На основе этой гипотезы, которую мы выдвинули, естественно не всегда сознавая всю смелость такого допущения, мы пытаемся найти разумные соотношения, которые, согласно ей, должны существовать между чувственными данными». [20 , 291].
104. «Люди, которые сами не занимаются наукой, довольно часто полагают, что науки всегда дают абсолютно достоверные положения; эти люди считают, что научные работники делают свои выводы на основе неоспоримых фактов и безупречных рассуждений и, следовательно, уверенно шагают вперед, причем исключена возможность ошибки или возврата назад. Однако состояние современной науки, так же как и история наук в прошлом, доказывает, что дело обстоит совершенно не так. Не только каждый исследователь имеет свои личные представления и свою собственную манеру подхода к проблемам, но, кроме того, очень часто ставится под вопрос ценность констатируемых фактов и, более того, их истолкование. Теории развиваются и часто даже меняются коренным образом; в этой области, так же как и во многих других, имеются «моды», уже проходящие, и «моды», еще только возникающие. Разве это было бы возможно, если бы основы науки были чисто рациональными? Это служит надежным доказательством того, что на прогресс науки влияют и иные факторы, а не только безупречная констатация или строгие силлогизмы; это имеет место даже в таких науках, которые благодаря своей строгости или мнимой простоте, например механика или физика, видимо, особенно хорошо приспособлены для использования абстрактных схем и математических рассуждений.
Действительно, в основе всех научных теорий, стремящихся предложить нам картину мира или метод предвидения явлений, имеются понятия и представления, иногда конкретные, а иногда абстрактные, к которым любой исследователь испытывает большую или меньшую симпатию и к которым он более или менее быстро приспосабливается. Это замечание наглядно свидетельствует о неизбежном влиянии на научное исследование индивидуальных особенностей, имеющих не только рациональный характер. При более внимательном исследовании этого вопроса легко заметить, что как раз эти элементы имеют важное значение для прогресса науки. Я, в частности, имею в виду такие сугубо личные способности, столь различные у разных людей, как воображение и интуиция.
Воображение, позволяющее нам представить сразу часть физического мира в виде наглядной картины, выявляющей некоторые ее детали, интуиция, неожиданно раскрывающая нам в каком-то внутреннем прозрении, не имеющем ничего общего с тяжеловесным силлогизмом, глубины реальности, являются возможностями, органически присущими человеческому уму; они играли и повседневно играют существенную роль в создании науки. Конечно, ученый рисковал бы впасть в заблуждение, если бы он в ходе своей работы переоценил значение воображения и интуиции; он в конце концов отказался бы от концепции рациональности вселенной, которая, как мы говорили, является основным постулатом науки, и постепенно возвратился бы к мифическим объяснениям, характерным для донаучной фазы человеческого мышления. Тем не менее, воображение и интуиция, используемые в разумных пределах, остаются необходимыми вспомогательными средствами ученого в его движении вперед.
Конечно, постулат о рациональности вселенной, если его принять без ограничений, привел бы к утверждению о том, что следствием применения строгой системы рассуждений к наблюдаемым фактам должно быть точное и полное описание физического мира. Но это верно лишь в идеальном случае; систему рассуждений, о которой только что шла речь, нельзя фактически построить, потому что физический мир характеризуется крайней сложностью, бросающей вызов нашему пониманию; потому что мы познаем, конечно, лишь ограниченную часть физических явлений; потому что рациональность вселенной, если она действительно полная, может быть исчерпывающе раскрыта лишь разумом, бесконечно более обширным, чем наш. Очень часто нам приходится переходить от одного рассуждения к другому посредством акта воображения или интуиции, который сам по себе не является полностью рациональным актом…
Однако нельзя недооценивать необходимой роли воображения и интуиции в научном исследовании. Разрывая с помощью иррациональных скачков…жесткий круг, в который нас заключает дедуктивное рассуждение, индукция, основанная на воображении и интуиции, позволяет осуществить великие завоевания мысли; она лежит в основе всех истинных достижений науки. И именно поэтому человеческий ум, как мне кажется, способен в конечном итоге взять верх над всеми машинами, которые вычисляют или классифицируют лучше, чем он, но не могут ни воображать, ни предчувствовать.
Таким образом (поразительное противоречие!), человеческая наука, по существу рациональная в своих основах и по своим методам, может осуществлять свои наиболее замечательные завоевания лишь путем опасных внезапных скачков ума, когда проявляются способности, освобожденные от тяжелых оков строгого рассуждения, которые называют воображением, интуицией, остроумием». [20 , 292 – 295].
105. «Философы и ученые древности были подчас прекрасными наблюдателями, особенно в астрономии, в естественной истории и медицине, но они не умели ставить и проводить экспериментальные исследования в том смысле, в каком мы их сегодня понимаем. Они занимались больше самонаблюдением и исследованием структуры рассуждения, чем строгой констатацией явлений природы, зачастую их привлекал блеск весьма общих теорий, не имеющих прямой связи с физической реальностью, и тонкая игра чисто словесных аргументов». [20 , 299].
106. «…открытие – малое или большое – является результатом интуитивной догадки, опирающейся чаще всего на аналогии и сопоставления, результатом отступления исследователя от обычного хода его рассуждений, позволяющего исследователю неожиданно увидеть тот путь, на который он должен вступить; в случае великих открытий все это называется «гениальным прозрением». [20 , 304].
107. «…прозрение, более или менее гениальное, смотря по обстоятельствам, приводящее к открытию, является результатом неосознанной работы ума исследователя, делающего различные сопоставления и проводящего аналогии, сравнивающего, если можно так сказать, различные дороги, по которым он может пойти. Но для того чтобы делать, даже бессознательно, сопоставления, нужно быть знакомым с представлениями и фактами, подлежащими сопоставлению, а для того чтобы сравнивать пути, по которым можно идти, нужно, чтобы они уже были исследованы. Итак, открытие предполагает (обратное было бы совершенно безнравственно) длительный подготовительный период исследований, сбора фактов и размышлений. В этом смысле можно было бы сказать: «Гений – это долготерпение», – но точнее было бы сказать: «Предварительным условием всякого открытия является длительный и терпеливый труд», поскольку оно может возникнуть лишь на хорошо подготовленной почве. Как иногда говорят, эти вещи приходят лишь к тем, кто их заслужил». [20 , 305].
108. «Первым впечатлением, которое можно вынести из истории наук, … является впечатление о солидарности сменяющих друг друга поколений исследователей в работе по возведению здания науки. Каждое поколение получает в наследство от своих предшественников посредством устного или письменного обучения совокупность знаний, дающую ему возможность в свою очередь приступить к созидательной работе, которая позволит ему обогатить свои знания и передать впоследствии приумноженное наследство тем, кто за ним последует. Так от поколения к поколению возрастает совокупность фактов, установленных путем наблюдений или эксперимента, и совокупность представлений или теорий, служащих для их истолкования или предвидения новых фактов. Таким образом, по мере своего развития наука снабжает себя средствами, в которых она нуждается, с одной стороны, создавая или совершенствуя необходимые ей измерительные приборы и установки, с другой стороны, создавая новые представления и разрабатывая новые методы рассуждений или расчета. Таким образом, наука непрерывно кует новое материальное и духовное оружие, позволяющее ей преодолевать встающие на пути ее развития трудности, открывать для исследования неразведанные области». [20 , 308].
109. «Прогресс науки нельзя сравнивать с круговым движением, которое нас все время возвращает в одну и ту же точку; скорее он сравним с движением по спирали; движение по спирали периодически приближает нас к некоторым уже пройденным стадиям, но не следует забывать, что число витков спирали бесконечно и что витки увеличиваются и поднимаются вверх.
Впрочем, было бы неправильно говорить, как иногда говорят пессимистически настроенные умы, что научные теории последовательно терпят крах. Когда какой-либо теории действительно удалось правильно истолковать одну область физической реальности, то установленные ею соотношения, обоснованные ею методы точного предвидения всегда оказываются, надлежащим образом перенесенные и переистолкованные, в сменяющих ее новых теориях». [20 , 310].
110 . «История наук показывает нам науку в процессе постоянного развития, науку, непрерывно перерабатывающую и пересматривающую накопленные знания и их истолкование; она показывает нам прошлое, которое, несмотря на многие недостатки, подготавливает настоящее. Но мы никогда не должны забывать, что наша современная наука является лишь временной ступенью научного прогресса, что она сама, несомненно, изобилует недостатками и ошибками и что ее роль с этой точки зрения заключается как раз в подготовке будущего. Величайшей ошибкой, которую, кстати, очень легко допустить, было бы мнение о том, что современные представления науки являются окончательными…Мы никогда не должны забывать (история наук это доказывает), что каждый успех нашего познания ставит больше проблем, чем решает, и что в этой области каждая новая открытая земля позволяет предполагать о существовании еще неизвестных нам необъятных континентов». [20 , 317].
ХХХ . «Исследование и преподавание почти неотделимы друг от друга и чаще всего страдают от взаимной разобщенности. Исследование питает преподавание, а преподавание, необходимое для того, чтобы факел науки переходил от предыдущего поколения к последующему, укрепляет исследование». [20, 344].
111 . «Можно понять, какое существенное влияние было оказано на само направление развития человеческих знаний в тот день, когда кванты исподтишка вошли в науку. В тот самый день величественное и грандиозное здание классической физики было потрясено до самого основания, хотя никто тогда еще и не отдавал себе ясного отчета в этом. В истории науки немного было подземных толчков, сравнимых по силе с этим». [21 , 7].
000. «Существование кванта действия обнаружило совершенно непредвиденную связь между геометрией и динамикой: оказывается, что возможность локализации физических процессов в геометрическом пространстве зависит от их динамического состояния. Общая теория относительности уже научила нас рассматривать локальные свойства пространства-времени в зависимости от распределения вещества во Вселенной. Однако существование квантов требует гораздо более глубокого преобразования и больше не позволяет нам представлять движение физического объекта вдоль определенной линии в пространстве-времени (мировой линии). Теперь нельзя определить состояние движения, исходя из кривой, изображающей последовательные положения объекта в пространстве с течением времени. Теперь нужно рассматривать динамическое состояние не как следствие пространственно-временной локализации, а как независимый и дополнительный аспект физической реальности». [21, 187-188].
Биографическая справка
Один из создателей квантовой механики Луи де Бройль – всемирно известный ученый, чьи работы в области теоретической физики, а также выдающийся литературный талант глубоко изменили современную физику и поставили его в один ряд с самыми выдающимися учеными нашего времени.
Де Бройль родился в Дьеппе (Франция) в 1892 г. в одной из самых аристократических семей. Он окончил лицей в Париже и в 1909 г. получил степень бакалавра истории в Парижском университете. Однако, проявив склонность к точным наукам, он отказался от карьеры историка и палеонтолога и в 1913 г. получил в том же Парижском университете степень бакалавра точных наук.
После службы в армии в годы первой мировой войны он работал в лаборатории, созданной его братом Морисом де Бройлем, где занимался экспериментальным изучением самых высокочастотных излучений, которые только были доступны спектроскопическому исследованию и где проблема выбора между корпускулярной и волновой трактовкой оптических явлений стояла особенно остро. В 1924 г. Луи де Бройль защитил свою докторскую диссертацию на тему «Исследования в области квантовой теории», в которой он попытался перебросить мост между этими противоположными теориями. Де Бройль связал с каждой движущейся частицей волну определенной длины. Однако в случае частиц со значительной массой, с которыми имеет дело классическая механика, почти полностью преобладают корпускулярные свойства. Волновые же свойства являются определяющими у частиц атомных размеров. Отступив на первых порах от глубокого революционного содержания своей теории, де Бройль пытался сохранить с помощью различных гипотез традиционную детерминистическую интерпретацию классической физики. Однако, столкнувшись с огромными математическими трудностями, он вынужден был согласиться с вероятностной и индетерминистской интерпретацией, в которой классическая механика становилась просто частным случаем более общей волновой механики.
Экспериментальное подтверждение этих теорий было получено четыре года спустя американскими физиками, сотрудниками лаборатории «Белл-телефон», обнаружившими, что атомные частицы, такие, как электроны и протоны, благодаря связанной с ними волне могут, подобно свету и рентгеновским лучам, испытывать дифракцию. Позднее эти идеи получили практическое осуществление при разработке магнитных линз, служащих основой электронного микроскопа.
Лауреат Нобелевской премии в области физики 1929 г. Луи де Бройль в том же году получил от Французской Академии Наук впервые учрежденную медаль Анри Пуанкаре. В 1933 г. он был избран действительным членом Французской Академии Наук, а в 1942, сменив Эмилия Пикара, стал одним из ее постоянных секретарей.
Наконец, с 1926 г. он много занимается вопросами образования и научного руководства. В 1928 г., прочитав несколько лекций и курсов в Сорбонне, Париже и Гамбургском университете, де Бройль получил кафедру теоретической физики в Институте имени Анри Пуанкаре, где организовал центр по изучению современной теоретической физики. В 1943 г., занимаясь решением проблем, возникших из-за недостаточной связи науки с производством, он основал в Институте имени Пуанкаре отдел исследований по прикладной механике. Этот интерес к практическому приложению науки нашел свое отражение в его последних работах, посвященных ускорителям заряженных частиц, волноводам, атомной энергии и кибернетике.
Луи де Бройль совместно со своим братом опубликовал важные научные работы по физике атомных частиц и оптике, примыкающие к его ранним работам, а также, в связи с фундаментальными исследованиями по волновой механике, работы по физике рентгеновских и γ-лучей.
В своих лекциях и популярных книгах он обсуждает философские стороны проблем, возникающих в этих новых теориях. Самая последняя его работа в этой области – «История развития современной физики от Первого Солвеевского Конгресса физиков 1911 г. до настоящего времени».
За свою литературную работу он был удостоен избрания в 1945 г. во Французскую Академию. Он является почетным президентом Французской Ассоциации писателей-ученых и в 1952 г. получил первую премию Калинга за высокое качество научных работ.
Когда в 1945 г. французское правительство образовало Высшую Комиссию по атомной энергии, Луи де Бройль был назначен ее техническим советником, а после реорганизации Комиссии в 1951 г. он стал членом ее Ученого совета.
Аннотация издательства:
Публикуются основополагающие научные труды выдающегося французского ученого, одного из создателей квантовой механики Луи де Бройля Часть работ ученого выходит на русском языке впервые. В этот том вошли биография Луи де Бройля «Принц в науке», написанная его другом и единомышленником Ж. Лошаком, статьи 1921-1927 годов, книга «Магнитный электрон (теория Дирака)», диссертация Луи де Бройля и его Нобелевская лекция, по сей день представляющие большой интерес.
Для ученых-физиков, представителей других естественных и точных наук, философов и науковедов.
