Louis Victor Pierre Raymond, 7th duc de
Broglie, FRS (sinh tại Dieppe, Pháp vào ngày 15 tháng 8 năm 1892 – mất
tại Louveciennes, Pháp, ngày 19 tháng 3 năm 1987) là một nhà vật lý
Pháp. Ông là thành viên thứ 16 được bầu vào vị trí số 1 của Académie
française năm 1944 và là thư ký vĩnh viễn của Viện hàn lâm khoa học
Pháp. Ông đoạt Giải Nobel Vật lý năm 1929.
Louis de Broglie
Cuộc đời
Louis de Broglie sinh
ra trong một gia đình quý tộc ở Dieppe, Seine-Maritime, con trai thứ của
Victor, đệ ngũ công tước của Broglie. Ông trở thành đệ thất công tước
Broglie sau khi người anh trai không có người thừa kế qua đời vào năm
1960, Maurice, đệ lục công tước của Broglie, cũng là một nhà vật lý. Ông
không kết hôn. Khi ông qua đời ở Louveciennes, ông đã được kế vị tước
công tước một họ hàng xa, Victor-François, đệ bát công tước của Broglie.
De Broglie đã dự định theo nghề khoa học
nhân văn, và nhận được bằng đầu tiên ngành lịch sử. Sau đó, mặc dù ông
đã chuyển sự chú ý của ông đối với toán học và vật lý và tốt nghiệp vật
lý. Với sự bùng nổ của thế chiến thứ nhất vào năm 1914, ông gia nhập
quân ngũ và tham gia vào việc phát triển thông tin vô tuyến.
Nghiên cứu năm 1924 của ông Recherches sur la théorie des quanta
(nghiên cứu về lý thuyết lượng tử), giới thiệu lý thuyết của ông về
sóng điện tử. Điều này bao gồm thuyết vật chất nhị nguyên sóng-hạt, dựa
trên công việc của Max Planck và Albert Einstein về ánh sáng. Các giám
khảo luận án, không chắc chắn của luận án, đã chuyển luận văn cho
Einstein để đánh giá và Einstein đã hoàn toàn tán thành đề xuất tính nhị
nguyên sóng-hạt của ông, De Broglie đã được trao bằng tiến sĩ. Nghiên
cứu này lên đến đỉnh điểm trong giả thuyết de Broglie nói rằng bất kỳ
hạt di chuyển của hạt hoặc của vật thểt đều có một sóng liên quan. De
Broglie do đó tạo ra một lĩnh vực mới trong vật lý, ondulatoire
mécanique, hoặc cơ học sóng, kết hợp vật lý năng lượng (sóng) và vấn đề
(hạt). Do đóng góp này, ông đã đoạt giải Nobel Vật lý năm 1929.
Giả thuyết De Broglie
Khi nghiên cứu mẫu nguyên tử của Bohr,
De Broglie nảy ra ý tưởng rằng không nên chỉ coi electron là một hạt mà
có thể gán cho nó một tính tuần hoàn nào đó. Ông nêu vấn đề: nếu trong
lý thuyết về ánh sáng suốt một thế kỷ trước đó người ta đã coi nhẹ khái
niệm "hạt", chỉ sử dụng khái niệm "sóng", thì trong lý thuyết về vật
chất người ta có phạm sai lầm ngược lại không? Có xem nhẹ khái niệm sóng
và chỉ sử dụng khái niệm hạt không? Và ông sửa chữa sai lầm đó bằng
cách nêu lên khái niệm "sóng vật chất".
Như ta đã biết ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Tính chất sóng thể hiện ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ v.v…, còn tính chất hạt thể hiện trong các hiện tượng quang điện, compton v.v…
Lưỡng tính sóng hạt được Einstein nêu
lên trong thuyết lượng tử ánh sáng. Theo thuyết này ánh sáng được cấu
tạo bởi các hạt photon và:
Từ hai công thức ta thấy rõ: những đại
lượng đặc trưng cho tính chất hạt (E, p), những đại lượng đặc trưng cho
tính chất sóng (λ, f) của ánh sáng liên hệ chặt chẽ với nhau.
Do ánh sáng và các chất đều là các dạng
năng lượng có thể chuyển hóa cho nhau, nên De Broglie cho rằng các
chất cũng có tính chất lưỡng tính và các hạt như: electron và sau đó
đối mọi vi hạt khác cũng có tính chất sóng hạt.
Nếu áp dụng hệ thức trên cho các
electron và nói chung cho các hạt vật chất có khối lượng m và vận tốc v
ta cũng có thể nói rằng mỗi hạt vật chất đều có bước sóng và tần số là:
Chú ý rằng :
Vì sóng này không phải là sóng điện từ.
Bước sóng đó sau này được gọi là bước sóng De Broglie của hạt.
Bản thân De Broglie và các nhà vật lý khác lúc đó không xác định được
bản chất của sóng đó là gì. De Broglie chứng minh được rằng khi electron
chuyển động trên một quỹ đạo khép kín với một vận tốc không đổi v
<< c thì quỹ đạo đó là bền nếu nó chứa một số nguyên các bước sóng
De Broglie của electron.
Điều đó phù hợp với các phép tính toán
của Bohr đối với mẫu nguyên tử của Bohr. De Broglie cũng nêu lên rằng
nếu cho một chùm electron đi qua một khe rất nhỏ thì có thể quan sát
được sự nhiễu xạ của electron. Tức là sự thể hiện tính sóng của
electron. Đó là sự kiểm tra lý thuyết của ông bằng thực nghiệm.
Năm 1927, sự nhiễu xạ của electron đã được phát hiện một cách tình cơ. Năm 1929, De Broglie được nhận giải thưởng Nobel.
Ý tưởng về sóng vật chất là một ý tưởng
rất kỳ lạ. Nếu như ý tường về lượng tử năng lượng, về hạt ánh sáng nảy
sinh do nhu cầu phải giải thích một số hiện tượng cụ thể, thì lúc đó
không có sự kiện thực nghiệm nào đặt ra yêu cầu phải nảy sinh ý tưởng về
sóng vật chất.
Ý tưởng đó nảy ra do tư duy rất tinh tế
của De Broglie, và ông đã đưa nó vào luận án tiến sĩ mà ông bảo vệ năm
1924. Einstein đã khuyên một học trò của mình đọc kỷ luận án này.
Einstein nói: "Nó giống như bài viết của một gã điên rồ, nhưng lập luận
thì rất vững vàng."
Ý tưởng của De Broglie đã gây ấn tượng
mạnh mẽ đến Schrödinger, và trên cơ sở đó Schrödinger xây dựng nên
phương trình Schrödinger nổi tiếng ...
Nội dung giả thuyết De Broglie
Một vi hạt tự do có năng lượng xác định, động lượng xác định tương ứng với một sóng phẳng đơn sắc xác định:
Năng lượng của vi hạt liên hệ với tần số dao động của sóng tương ứng theo hệ thức:
Động lượng của vi hạt liên hệ với bước sóng theo hệ thức:
Sóng De Broglie là sóng vật chất, sóng của các vi hạt. |
