لویی دوبروی

لویی دوبروی
متولد	۱۵ اوت ۱۸۹۲ دیئپ، سنه مریتیم
مرگ	۱۹ مارس ۱۹۸۷(۱۹۸۷-03-۱۹) ‏(۲۶ سال) لوسین
ملیت	فرانسه
رشته فعالیت	فیزیک
محل کار	سوربن دانشگاه پاریس
استاد راهنما	پل لانگوین
دلیل شهرت	به خاطر کشف طبيعت موجی الکترون‌ها
جوایز	جایزه فیزیک نوبل (۱۹۲۹)

لویی-ویکتور-پی یر-ریمون دوک دوبروی (به فرانسوی: Louis-Victor-Pierre-Raymond, 7th duc de Broglie)‏ ‏ (زاده ۱۵ اوت ۱۸۹۲، دیپ - درگذشته ۱۹ مارس ۱۹۸۷، لوسین) فیزیکدان فرانسوی و برندهٔ جایزه نوبل فیزیک است ..

بیوگرافی

لویی دوبرویلویی دوبروی در 15 اوت 1889 در یک خانواده نجیب در شهر دئیپDieppe فرانسه چشم به جهان گشود. او پس از مرگ برادربزرگترش موریس (دوک ششم)، در سال 1960 به مقام دوک هفتم نایل گردید. او در طول دوران زندگی خود هیچ وقت ازدواج نکرد و زمانی که در لاوسینس Louveciennes فرانسه درگذشت، به دلیل نداشتن وارث، پسر عموی دور او، ویکتور- فرانسواVictor-François به مقام دوک هشتم نایل گردید. دوبروی در ابتدا کار علمی اش را در زمینه‌ی علوم انسانی شروع کرد و اولین مدرک تحصیلی خود را نیز در زمینه‌ی تاریخ کسب کرد. اما پس از آن با وقوع جنگ جهانی اول در سال 1914، او به ارائه خدمات به ارتش در توسعه ارتباطات رادیویی پرداخت که سبب تغییر رویکرد او به سمت ریاضیات و فیزیک شد و موفق به کسب مدارکی علمی در این زمینه گشت. در همین باب او در سال 1924 تحقیقاتش را در مورد نظریه‌ی کوانتومی‌ای که بر اساس کارهای ماکس پلانگ و البرت انیشتین در نور پایه ریزی شده بود انجام داد و نظریه‌ی خود را درباره‌ی حالت‌های موجی الکترون، که به نظریه‌ی دوگانگی ماده-موج مشهور شد، مطرح کرد. دوبروی پایان نامه‌ی دکترای خود را با محتوای تایید خاصیت دوگانگی ذرات و موج ارئه کرد که با تصویب از سوی البرت انیشتین، او به کسب عنوان دکترای خود در فیزیک نایل گردید. به این ترتیب شهرت فرضیه‌ی دوبروی که بیانگر این است که هر ذره یا جسم در حال حرکت یک موج همراه خود دارد، به اوج خود رسید. پس از این مهم، او یک زمینه‌ی جدید در فیزیک با نام مکانیک موجی ایجاد کرد که به ایجاد ارتباط میان فیزیک انرژی (موج) و فیزیک ماده(ذرات)انجامید. با این کارش او توانست جایزه نوبل را در سال 1929 به دست آورد. دوبروی در دوران بعدی کاریش به توضیح علیّ از مکانیک موجی پرداخت که با مدل‌های کاملاً احتمالاتی مسلط بر مکانیک کوانتومی در تضاد بود. کارهای او توسط دیوید بوهمدیوید بوهم در سال 1950 تصحیح شد. علاوه بر این کارهای بشدت علمی، او در مورد فلسفه علم، از جمله ارزش اکتشافات علمی مدرن، به تفکر پرداخت و حاصل اندیشه‌هایش را به رشته‌ی تحریر در آورد. دوبروی در سال 1932 عضو اکادمی علوم پردازنده شد و از سال 1942 به بعد دبیر ثابت ان اکادمی بود. از او برای پیوستن به شورای اتحادیه‌ی کاتولیک فرانسه دعوت شد، اما با توجه به این واقعیت که او فردی غیر مذهبی بود، این پیشنهاد را نپذیرفت. در 12 اکتبر 1944 در فرهنگستان فرانسه او جایگزین ریاضی‌دان بزرگ، امیل پیکارد گشت. مصادف شدن این امر با جنگ جهانی دوم سبب مردن یا زندانی شدن برخی از اعضای فرهنگستان شده بود، به همین دلیل در این زمان اکادمی قادر به انجام انتخابات نبود، زیرا برای انجام این کار حضور بیست تن از اعضای الزامی بود. اما با توجه به این شرایط استثنایی، مجمع با 17 عضو تشکیل شد و به اتفاق اراء دوبروی را به این مقام منصوب کرد. در یک رویداد منحصربه‌فرد در طول تاریخ فرهنگستان، یک نفر (دوبروی) توسط برادرش (موریس- که از سال 1934 عضو مجمع بود) به عنوان عضو انتخاب گردید. از دیگر افتخارات و کارهای مهم دوبروی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• گرفتن جایزه کالینگا Kalinga Prize درسال 1952 از یونسکو به دلیل محبوب کردن علم ودانش.
• عضو خارجی انجمن سلطنتی در 23 اوریل 1953.
• در سال 1961 عنوان شوالیه را از صلیب بزرگ در لژیون افتخار کسب کرد.
• برای تلاش‌های او در نزدیک کردن علم و صنعت به هم در سال 1945 پست مشاور کمیسیون عالی فرانسه از سوی سازمان انرژی اتمی به او اهدا شد.
• او موفق به تاسیس مرکزی برای مکانیک کابردی در موسسه‌ی هانری پوانکاره شد که در آن به پژوهش در زمینه‌های اپتیک، سیبرنتیک(cybernetics) و انرژی اتمی پرداخته می‌شد، که شکل گیری آن الهام گرفته از آکادمی بین‌المللی علوم ملکولی کوانتومی بود که او یکی از اعضای اولیه‌ی آن بود.

تئوری‌های مهم

ماده و دوگانگی موج - ذره

ایده اساسی پایان نامه دوبروی در سال 1924 به شرح زیر است: "واقعیت این است که پس از آنکه انیشتن فوتون را در امواج نور معرفی کرد، کسی می‌دانست که نور حاوی ذراتی است که غلظت انرژی‌ای است که به همراه موج جا به جا می‌شود، که نشان دهنده‌ی این است که تمام ذرات، مانند الکترون، باید توسط یک موج که در آن جایگزیده شده‌اند، جابه جا شوند... ایده اصلی من گسترش نظریه‌ی مطرح شده در مورد نور و فوتون (خاصیت ذره‌ای نور) توسط انیشتین در سال 1905 به اینکه ذرات نیز می‌توانند به صورت موج منتشر شوند (خاصیت موجی ذره)، است". برای هر ذره از ماده به جرمmوسرعتvکه با موج واقعی در ارتباط است معادله‌ی مربوط به حرکت به صورت زیر بیان می‌شود:

$\lambda = \frac{h}{p} = \frac {h}{{m}{v}} \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}$

که در اینجا ( طول موج-$\lambda$/سرعت نور-$c$- /ثابت پلانگ-$h$ / اندازه حرکت زاویه ای-$p$) است. این نظریه به عنوان پایه و اساس مکانیک موجی قرار گرفت و توسط انیشتین و آزمایش هایی همچون پراش الکترون به وسیله‌ی دیویسون-گرامر(Davisson and Germer) تایید و پشتیبانی شدند، تعمیم این کار موجب ایجاد معادله شرودینگر شد. با این حال این تعمیم اماری بود و مورد تایید دوبروی قرار نگرفت، او معتقد بود که ذره باید کرسی جنبش های داخلی متناوب باشد و به منظور باقی‌ماندن در یک فاز ثابت باید به همراه موج حرکت کند، که توسط فیزیکدانان نادیده گرفته شد. در نظر گرفتن انتشار امواج بدون تعیین محل ذرات اشتباه است. که کاملاً بر خلاف نظریه های اصلی دوبروی بود. از نقطه نظر فلسفی، نظریه ماده – موج، تا حد زیادی با علم نابودی اتمیسم(ruin of the atomism) که در گذشته مطرح شده بود در ارتباط است. در اصل دوبروی تصور می کرد که موج واقعی با ذرات همراه است. در واقع جنبه های موجی ماده با یک تابع موج تعریف شده توسط معادله شرودینگر به رسمیت شناخته شد، که یک نهاد خالص ریاضی، با داشتن تعبیر احتمالاتی است، بدون حمایت از سوی عناصر واقعی فیزیک. این تابع موج به ظاهر رفتار موج گونه دارد، بدون اینکه امواج واقعی فیزیک را نشان دهد. با این حال با کارهای دیوید بوهم، او در اواخر زندگی خود به تفسیر مستقیم فیزیکی و واقعی از ماده - موج دست یافت. نظریه ی دوبروی – بوهم امروزه، تنها تفسیری از وضعیت واقعی موج و ماده ارائه می دهد و پیش بینی های نظریه ی کوانتومی را نشان می دهد. اما از ان زمان تا به حال دارای مشکلاتی است و نمی‌تواند بیش از تفسیر کپنهاگ پیش بینی کند. به همین دلیل این نظریه به مقدار کمی از سوی جامعه علمی به رسمیت شناخته می شود.

عدم بطلان و تنوع جرم

با توجه به نظریه‌ی دوبروی، نوترینو ها و فوتون‌ها دارای جرم غیر صفر هستند، هرچند بسیار ناچیز باشد. این که فوتون کاملاً بدون جرم نیست از ارتباط اش با نظریه‌ی دوبروی تحمیل شده است. در ضمن، رد شدن فرضیه‌ی فوتون بدون جرم سبب ایجاد شک در دوبروی نسبت به فرضیه‌ی انبساط جهان شد. علاوه بر این او معتقد بود که جرم واقعی ذرات ثابت نیست و متغیر می‌باشد، و هر ذره را می‌توان به عنوان معادل دستگاه ترمودینامیکی، به صورت انتگرال تناوبی ای از عمل نشان داد.

تعمیم اصل کمترین عمل

لویی دوبروی در بخش دوم پایان نامه خود در سال 1924، با استفاده از اصل کمترین کنش در مکانیک و اصل فرما در نور به این نتیجه رسید که اصل فرمای اعمال شده به فاز امواج، معادل است با اصل ماپرتیوس Maupertuis' principle که به جسم در حال حرکت اعمال شده است. این هم ارزی یک قرن پیش توسط هامیلتون بیان گردیده ودر سال 1830 به چاپ رسیده بود. در ان دوره تجربه برای توصیف پدیده های اتمی مدرکی از اصول اساسی فیزیک نداشت. دوبروی در اواخر دوران کاریش، با فیزیکدانی به نام ماکس پلانگ، کسی که انالیز ابعادی را بسیار دنبال کرده بود وتا اغاز قرن بیستم، تنها با یک ثابت جهانی (با انلایز ابعادی انتروپی) در جهان شناخته می شد، مواجه شد.

دوگانگی قوانین طبیعت

به دور از ادعا، برای ساختن، تضاد ناپدید می شود. در صورتی که ماکس بورن فکر می کرد که با یک رویکرد اماری به نتیجه می رسد، دوبروی نظریه ی دوگانگی موج - ذره را به تمام ذرات ( همچون کریستال که سبب ایجاد پدیده ی پراش شد) گسترش داد. در این زمینه حتی او توانست اصل دوگانگی را به قوانین طبیعت گسترش دهد. آخرین اثر او ساختن سیستمی واحد از قوانین، از دو سیستم بزرگ ترمودینامیک و مکانیک بود:

"هنگامی که بولتزمن و دنباله روهایش، تفسیر اماری خود را از ترمودینامیک گسترش می دادند، عده ای پنداشتند که ترمودینامیک شاخه ی پیچیده‌ای از دینامیک است. اما با ایده های واقعی من، همان ترمودینامیک به شاخه ی اسانی از دینامیک مبدل گشت. من فکر می کنم که، تمام ایده هایی که من در طی سالیان اخیر معرفی کرده‌ام، تا حد زیادی، مهمترین و عمیق ترین انها بوده است."

به نظر می رسد که این ایده با نظریه ی دوگانگی پیوسته - ناپیوسته، مطابقت دارد. از زمانی که دینامیک ان می توانست حدی از ترمو دینامیک باشد، انتقال به محدودیت های مداوم فرض مسلم ان بود. که ان نیز به لیبنیز (Leibniz) نزدیک است، کسی که ضرورت وجود اصول فن معماری یا ساختمان اثر ادبی را برای تکمیل سیستم قوانین مکانیکی فرض کرد. با این حال به گفته ی دوبروی، دوگانگی کمتر دیده می شود. دوبروی در تلاش هایش برای ترکیب (از سویی یکی دیگر از محدودیت ها می باشد) به فرمول ترکیبی زیر رسید، که در ان اولین عضو به مکانیک و دومین عضو به اپتیک مربوط است:

$m c^2 = h \nu$

نظریه ی نوترینو از نور

این نظریه که به سال 1934 بر می گردد، به معرفی این ایده که هر فوتون حاصل همجوشی دو نوترینو دیراک می باشد می پردازد. این نشان می دهد که حرکت مرکز ثقل این دو ذره از معادلات ماکسول تبعیت می کند و نیز به مفهوم ان است که نوترینو و فوتون هر دو دارای جرم غیر صفر می باشند، هرچند که بسیار ناچیز باشد.

ترمودینامیک پنهان

ایده ی نهایی دوبروی، نظریه ی ترمودینامیک پنهان در دستگاه ایزوله می باشد. این نظریه تلاش می کند که سه اصل فرما، ماپرتیوس و کارنو را در کنار همدیگر گرد اورد. در این کار، عمل، یک نوع مخالف از انتروپی است، که از طریق یک معادله که تنها به دو بعد جهانی ربط دارد، به شکل زیر بیان می شود:

${Action\over h} = -{Entropy\over k}$

به عنوان یک نتیجه از تاثیر زیاد ان، این نظریه اصل عدم قطعیت را، در فواصل حدوداً بینهایت از عمل، فواصل مربوط به کاهش انتروپی، به ارمغان می اورد.

افتخارات و جوایز

1929 – جایزه نوبل در فیزیک.

1929 – مدا ل هنری پوانکاره.

1933 – جایزه البرت از موناکو Albert I of Monaco Prize

1938 – مدال ماکس پلانگ.

1938 – عضو اکادمی علوم سلطنتی سوئد شد.

1944 – عضو فرهنگستان فرانسه شد.

1952 – جایزه کالینگاKalinga Prize

1953 – عضو انجمن اجتماعی (Royal Society)

انتشارات

• پژوهش در نظریه ی کوانتومی / پایان نامه /پاریس /1924.
• امواج و جنبش ها / پاریس /1926.
• گزارش به کنگره ی سلاوی 5 / بروکسل /1927.
• مکانیک موج/ پاریس /1928.
• ماده و نور / پاریس /1937.
• تلاش در تفسیر و مکانیک موجی علیّ غیر خطی:نظریه ی راه حال دو / پاریس /1956.
• مکانیک موج غیر خطی: تفسیر علیّ / امستردام /1960.
• در راه علم
• مقدمه ای به نظریه ی امواج جدیدی از ژان پیر ویگر و همکارانش / پاریس /1961.
• بررسی انتقادی از پایه های تفسیر فعلی مکانیک موجی / پاریس /1963.
• عدم قطعیت و یقین علم / پاریس /1966.

پیوند به بیرون

در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ لویی دوبروی موجود است.

• زندگی‌نامهٔ لویی دوبروی در وب‌گاه بنیاد نوبل

• Les Immortels: Louis de BROGLIE" (Académie française, in French)
• Louis de Broglie – Biography" (Nobel Foundation)
• Paul Theroff (2005) An Online Gotha: Broglie Genealogy
• Fondation Louis de Broglie
• الگو:MathGenealogy