Broglie, Louis de (1892-1987)

LOUIS DE BROGLIE (1892-1987)

O príncipe Louis Victor de Broglie nasceu em Dieppe, no Sena inferior, em 15/08/1892, sua família aristocrática nobre e rica era originária da Itália, filho do Duque Vitor de Broglie e de Pauline d’Armallie, mais precisamente do Piemonte, depois de estudar no liceu Janson de Sailly, ele obteve seu certificado de conclusão escolar em 1909, ele mesmo a principio dedicou-se a estudos literários e obteve sua licenciatura em história em 1910 e logo em seguida estudou um ano de Direito, mas a grande repercussão que alcançaram na época as grandes transformações na Física, fez com que seguisse seu irmão Maurice de Broglie (1875-1960) que rompeu com a tradição familiar e dedicou-se a Física.

Maurice incentivou-o a ler os trabalhos de Jules Henri Poincaré (1854-1912), que tratavam da aplicação da análise matemática aos problemas da astronomia e a certos fenômenos físicos do mundo Macroscópico.

Sendo seu irmão Maurice secretário do primeiro Congresso Solvay de Ciências (1911), contou com a presença dos maiores especialistas de Física de todo o mundo, ele também teve a rara oportunidade de ler as cópias recém-impressas, os últimos trabalhos e estudos de Max Karl Ernest Ludiwig Planck(1858-1947) e Albert Einstein (1879-1955) e tomar conhecimento das primeiras teorias quânticas e relativistas. Estes trabalhos iniciais demonstravam a insuficiências das teorias clássicas para a explicação de novos fenômenos e a necessidade de introduzir o conceito de quantum de luz. Seu entusiasmo foi tão grande que se decidiu imediatamente pela carreira de físico obtendo sua licenciatura em física em 1913.

De Broglie foi recrutado para prestar o serviço militar e enviado para a seção de telegrafo sem fio do exército, onde ele permaneceu por toda a guerra de 1914 á 1918. Durante esse período ele ficou no seu posto na Torre Eiffel, onde ele dedicou seu tempo livre ao estudo de rádio comunicação e engenharia e ao estudo do eletromagnetismo.

No fim do século XIX, se pensava a luz se consistia de ondas eletromagnéticas de acordo com as equações de Maxwell, enquanto que a matéria era pensada consistir de partículas localizadas, muitos cientista começaram a estudar os fenômenos relacionados a eletricidade e a emissão de luz pela matéria em determinadas condições. Desde Newton a polêmica ondulatória ou corpuscular da radiação foi mantida até que por volta de 1900, esta divisão foi colocada em dúvida, quando Max Planck investigando a teoria da radiação térmica do corpo negro, ele propôs que a luz é emitida em discreto quanta de energia, este conceito foi ampliado e completamente desafiado pela investigação de Einstein que em 1905; ampliando as pesquisas de Planck de diversas formas incluindo sua conexão com o efeito fotoelétrico, propôs que a luz é também absorvida em quanta propagada apresentou uma teoria estabelecendo os limites de validade da teoria corpuscular e da teoria ondulatória. No decorrer do século XIX muitos cientista começaram a estudar os fenômenos relacionados a eletricidade e a emissão de luz pela matéria em determinadas condições.

Ao final deste mesmo século diversas descobertas acerca de tais fenômenos ajudaram a desvendar a estrutura do átomo. A partir daí surgem os modelos atômicos que são referências utilizadas para representar os átomos.

Depois de Planck, Einstein e Rutherford. Bohr elaborou seu modelo para explicar as linhas espectrais observadas desde o final do século. Ocorre que no seu modelo, Bohr foi obrigado a impor determinadas restrições ao movimento do elétron em torno do núcleo.

Ao fim da guerra, De Broglie retornou seu interesse no trabalho realizado por seu irmão mais velho Maurice e seus colegas. A maioria do trabalho desenvolvido no laboratório envolvia raios X na pesquisa da estrutura da matéria e nessas condições conseguiu amadurecer as ideias que seriam expostas em sua tese de doutorado.

Esta tese continha uma série de descobertas importantes. A ideia fundamental da tese era o seguinte: o fato de que após a introdução de fótons em ondas de luz de Einstein, se sabia que a luz contém partículas que são concentrações de energia incorporadas em ondas. Isso implica que todas as partículas como o elétron devem ser transportadas por uma onda dentro da qual ele está incorporado. A ideia essencial era estender a todas as partículas a coexistência de ondas e partículas descobertas por Einstein em 1905, no caso da luz e fótons. Na sua tese de 1924 de Broglie conjeturou que o elétron tem um relógio interno que constitui parte do mecanismo pelo qual uma onda piloto guia a partícula.

Recherchés sur La Théorie des Quanta (1924). Pesquisas sobre a teoria dos quanta. Para de Broglie as restrições impostas ao movimento do elétron em torno do núcleo pelo modelo atômico de Bohr eram mais do que sintomas para a necessidade de uma nova percepção do comportamento da natureza, um aspecto que chamou sua atenção foi o fato de que as regras de quantização envolviam números inteiros ,que apresentavam um estranho contraste, com a natureza contínua dos movimentos apoiados pela Mecânica Newtoniana e mesmo pela Dinâmica Einsteniana.

Outras questões reforçavam o sentimento de De Broglie na direção da dualidade partícula-onda. Até àquela época, o elétron não tinha manifestado qualquer propriedade ondulatória, de modo que atribuir ao elétron estas propriedades, sem evidência experimental, poderia parecer uma fantasia de valor científico duvidoso. Todavia, de Broglie percebeu que a introdução do caráter ondulatório no comportamento de corpúsculos materiais já poderia ter sido feita no final do século passado, uma vez que a teoria de Jacobi permitia à dinâmica clássica agrupar as trajetórias possíveis de um ponto material, em determinado espaço, de tal modo que as trajetórias de um mesmo grupo sejam similares à propagação de uma onda, no sentido da ótica geométrica.

Portanto, seria necessária uma nova mecânica onde as ideias quânticas ocupassem um lugar de base, e não fossem acessoriamente postuladas, como na antiga teoria quântica.

Ora, sabia-se que desde há muito tempo, que os números inteiros eram fundamentais em todos os ramos da Física onde fenômenos ondulatórios estavam presentes: Elasticidade, Acústica e Ótica. Para chegar à sua relação fundamental, de Broglie considerou a questão mais simples possível, isto é, um corpúsculo em movimento retilíneo uniforme, com energia e momentum conhecidos, a um corpúsculo é o quociente entre seu momentum e a constante de Planck, enquanto a frequência é o quociente entre sua energia e a constante de Planck.

Esse paralelismo, formalmente apresentado no capítulo 9 do livro de Goldstein, conduz à seguinte conclusão: o princípio da mínima ação em mecânica é inteiramente equivalente ao princípio de Fermat na ótica geométrica. É interessante notar que, considerando-se a relação "E = hv" e a relação de Broglie, pode-se chegar, a partir da teoria de Hamilton-Jacobi, à equação de Schrödinger. Portanto, a ótica geométrica está para a ótica física, assim como a mecânica clássica está para a mecânica ondulatória. A mecânica clássica é aplicável quando o comprimento de onda é muito pequeno comparado às dimensões espaciais da situação física que se deu o passo seguinte no estabelecimento de uma teoria ondulatória para o átomo.

Na segunda parte de sua tese de 1924, de Broglie usou a equivalência do principio de ação mínima, com o principio de Fermat. O principio de Fermat aplicado as ondas de fase é idêntico ao principio “Maupertuis” aplicado ao corpo em movimento, as trajetórias são idênticas aos possíveis raios da onda esta equivalência foi apontada por Hamilton um século antes, e publicada por ele em torno de 1830, em uma época onde nenhuma experiência deu provas dos princípios fundamentais da física, a ser envolvidos na descrição dos fenômenos atômicos.

Subsequentemente Schrödinger desenvolveu uma série de resultados fundamentais no domínio da teoria quântica, que formaram a base da mecânica ondulatória: ele formulou a equação de onda (equação de Schrödinger estacionária e tempo-dependente) e revelou a identidade de seu desenvolvimento do formalismo e da matriz mecânica. Schrödinger propôs uma interpretação original do significado físico da função de onda.

As ideias propostas no trabalho de De Broglie primeiro deram origem a perplexidade devido a sua novidade, foram totalmente confirmadas pela descoberta da difração dos elétrons por cristais em 1927, Davision e Germer. Que serviu de base para o desenvolvimento da teoria que é hoje conhecida pelo nome de teoria de mecânica ondulatória, uma teoria que completamente transformou nossos conhecimentos dos fenómenos físicos em escalas atômicas. Depois da manutenção de sua tese e continuando a publicar trabalhos originais sobre a nova mecânica.

Recebeu o Nobel de Física em 1929 pela sua teoria de dualidade da matéria.

O Comitê Nobel elogiou previsão corajosa de Broglie em defender esse ponto de vista quando concedeu o Prêmio Nobel de 1929 em Física. "Quando muito jovem você jogou-se dentro da controvérsia que estava assolando a polêmica sobre o mais profundo problema na física. Você teve a ousadia de afirmar, sem o apoio de qualquer elemento de prova, que a matéria não tinha apenas uma natureza corpuscular, mas também uma natureza de ondulatória. Experimentos posteriores estabeleceram a exatidão de sua visão. Entre as aplicações mais importantes dessa teoria destaca-se o desenvolvimento dos microscópicos eletrônicos que permitem uma resolução muito maior do que os microscópicos óticos.

Este aparelho utiliza um feixe de elétrons em vez de raios de luz para iluminar amostras, produzindo imagens bastante detalhadas e com altas ampliações. O microscópio eletrônico contribuiu significativamente para a compreensão da estrutura da matéria.

Louis de Broglie assumiu funções docentes. Após a conclusão de dois anos de palestras livres na Sorbonne ele foi nomeado para ensinar física teórica no Instituto Henri Poincaré, que acabava de desenvolver Física e Matemática teóricas. De Broglie permaneceu no Instituto Henri ser construído em Paris. O propósito deste instituto é ensinar e Poincaré, até 1962 por ocasião de sua aposentadoria .

Titular da cadeira de Física teórica da faculdade de ciências naturais da Universidade de Paris desde 1932, Louis de Broglie deu um curso sobre um assunto diferente a cada ano no Instituto Poincaré, e vários desses cursos foram publicados.

Muitos estudantes franceses e estrangeiros vieram trabalhar com ele e uma grande quantidade de teses de doutorados, foram preparados sobre sua orientação.

Entre 1930 e 1950 os trabalhos de Louis de Broglie foram dedicados principalmente ao estudo das varias extensões da mecânica ondulatória. A teoria do elétron de Dirac, a nova teoria da luz, a teoria geral das partículas Spin, aplicações da mecânica ondulatória a Física Nuclear, etc.

Em 1933, de Broglie foi eleito para a Académie des Sciences tornando-se Secretário Permanente para as ciências matemáticas em 1942. A Academia concedeu-lhe a Medalha Henri Poincaré em 1929 e o prêmio Albert I de Mônaco em 1932. Outras homenagens que recebeu o Prêmio Kalinga incluídos que foi atribuído a ele pela UNESCO em 1952 por seus esforços para a compreensão da física moderna pelo público em geral. O Centro Nacional de Investigação Científica Francês concedeu-lhe a medalha de ouro em 1956. Mais honras incluiu a atribuição da Grã-Cruz da Légion d'Honneur e Bélgica fez dele um oficial da Ordem de Leopoldo. Ele recebeu doutorados honorários das Universidades de Varsóvia, Bucareste, Atenas, Lausanne, Quebec, e em Bruxelas. Ele foi eleito membro honorário de academias de dezoito e de sociedades científicas na Europa, Índia e Estados Unidos.

Louis de Broglie foi o membro 16 eleito para ocupar assento 01 da Academia Francesa em 1944, e serviu como secretário perpétuo da Academia Francesa de Ciências. Broglie se tornou o primeiro cientista de alto nível para iniciar o estabelecimento de um laboratório multi-nacional, uma proposta que levou à criação da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN).

Ele publicou numerosas notas e vários artigos sobre o assunto, e foi o autor de mais de vintes cinco livros nos campos de seus particulares interesses.

Desde 1951, junto com jovens colegas, Louis de Broglie retomou um estudo de uma tentativa a qual ele fez em 1921 sobre o nome de “A teoria de solução dupla” para dar uma interpretação casual a onda mecânica nos termos clássicos de espaço e tempo, uma tentativa que ele tinha abandonado em face da quase adesão universal dos físicos a puramente probabilística interpretação de Born, Bhor e Heisenberg. Retornando em seu antigo campo de trabalho, ele obteve certo número de novos e encorajadores resultado os quais ele publicou em notas (Relatórios da Academia de Ciências).

Até o fim de sua vida de Broglie retornou a uma interpretação física direta e real de ondas materiais na sequência do trabalho de David Bohm. A teoria de Bohm é hoje a única interpretação dando Status real para as ondas de matéria representando as predições da teoria Quântica.

Ao final deste mesmo século, diversas descobertas acerca de tais fenômenos ajudaram a desvendar a estrutura do átomo. A partir daí surgem os modelos atômicos, que são referências utilizadas para representar os átomos.

Com bases em análises em experiências, verificou-se que a luz apresenta um comportamento dual ora como partícula ora como onda. Porém dados experimentais recentes são agora pelo menos prováveis, como as conjeturas de Broglie sobre o relógio interno que possuem os elétrons.

A não nulidade e variabilidade da massa:

Segundo Louis de Broglie o neutrino e o fóton tem resto de massa, elas são diferentes de zero, embora sejam muito baixas. Que um fóton não é completamente sem massa, é imposto pela coerência de sua teoria. A propósito esta rejeição da hipótese de um fóton sem massa permitiu-lhe duvidar da hipótese da expansão do universo.

Em acréscimo ele acreditava que a verdadeira massa da partícula não era uma constante, mas variável e que cada partícula pode ser representada como uma máquina termodinâmica equivalente a um ciclo integral de ação.

Longe de fazer “a contradição desaparecer”, a qual Max Born pensou, poderia ser alcançada com uma abordagem estatística.

De Broglie ampliou a dualidade onda-partícula para todas as partículas (e aos cristais que revelaram os efeitos de difração dos elétrons) e ainda mais, ampliou o princípio da dualidade às leis da natureza.

O seu último trabalho feito de um único sistema de leis a partir dos dois grandes sistemas da Termodinâmica e da Mecânica.

Quando Boltzman e seus continuadores desenvolveram a interpretação estatística da termodinâmica, pode se ter considerado a Termodinâmica para ser um ramo complicado da Dinâmica. " Mas com as minhas ideias é a Dinâmica que parece ser um ramo simplificado da termodinâmica. Eu creio que de todas as ideias que eu introduzi na teoria quântica nestes últimos anos é que essa ideia é de longe a mais importante e a mais profunda".

Essa ideia parece coincidir com a dualidade contínuo-descontínuo, uma vez que a sua dinâmica, pode ser o limite de sua termodinâmica, quando a transição para os limites contínuos são postulados. E estão próximos aos de Leibniz, que postulava de “Princípios a necessidade de princípios arquitetônicos para completar o sistema de leis mecânicas”.

No entanto de acordo com Leibniz, há menos dualidade no sentido de oposição do que síntese (uma é o limite da outra) e o esforço de síntese, e constante de acordo com ele, como na sua primeira fórmula, na qual o primeiro membro se refere a mecânica e o segundo a ótica:

Mc = hv

Teoria da luz do neutrino:

Esta teoria que data de 1934 introduz a ideia de que o fóton é equivalente à fusão de dois neutrinos Dirac.

Isto mostra que o movimento do centro de gravidade dessas duas partículas obedece à equação de Maxwell, que implica que o neutrino e o fóton ambos tem resto de massa as quais são diferentes de zero, embora muito baixas.

A última grande ideia de Broglie foi a termodinâmica oculta, das partículas isoladas, que é uma tentativa de unir os três princípios extremos da física :o princípio de Fermat, Maupertuis, e Carnot.

Neste trabalho, a ação torna-se uma espécie de oposto a entropia, através de uma equação, que relaciona as duas únicas dimensões universais da forma:

Ação = Entropia

h k

Como consequência deste grande impacto, esta teoria traz de volta o principio da incerteza as distâncias em torno de extremos de ação, distâncias estas correspondente a reduções na entropia.

Até o seu trabalho final, Louis de Broglie pareceu ser o físico que mais procurou aquela dimensão de ação, a qual Max Planck, no inicio do século 20, tinha demonstrado ser a única unidade universal com sua dimensão de entropia.

BIBLIOGRAFIA:

1. "Louis de Broglie", MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews.

2. Catillon, Foundations of Physics, July 2001, vol. 38, no. 7, pp. 659–664

3. Magalhães, Jorge. Elementos - Química A 10º ano, Lisboa: Santillana Constância.

4. The final pilot-wave model was presented in Solvay Conferences and later published, in "Ondas e movimentos" of 1926.

5. O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Louis de Broglie", MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews. Scotland.