Нобелевский лауреат 1929 года, Луи де Бройль внес в
современную физику идею о волновых свойствах микрочастиц. А. Эйнштейн писал:
«Де Бройль был первым, кто осознал тесную физическую и формальную взаимосвязь
между квантовыми состояниями материи и явлениями резонанса еще в те времена,
когда волновая природа материи не была открыта экспериментально».
Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль родился 15 августа 1892
года в Дьеппе. Он был младшим из троих детей Виктора де Бройля, представителя
одного из самых знатных аристократических семейств Франции. Мальчик получил
блестящее домашнее воспитание и образование. В юности он увлекался историей и
литературой. Поэтому после окончания престижного лицея Жансон де Сайн Луи
поступил на факультет искусств и литературы Парижского университета.
В 1910 году де Бройль по окончании университета получил
степень бакалавра истории. Однако его не удовлетворяли чисто описательные
методы, господствовавшие в то время в гуманитарных науках. Луи читал книги
великого французского математика А. Пуанкаре, искавшего подходы к теории
относительности, и физика увлекла его.
Сказалось и влияние старшего брата, известного физика,
исследователя рентгеновских лучей Мориса де Бройля. Брат, участник I
Сольвеевского конгресса по физике в 1911 году, рассказал ему об актуальных
проблемах современной физики. Ознакомившись с материалами конгресса,
посвященного вопросам квантовой теории, он решил «посвятить все свои силы
выяснению истинной природы введенных за десять лет до этого в теоретическую
физику Максом Планком таинственных квантов, глубокий смысл которых еще мало кто
понимал».
Всего за три года он прошел университетский курс физики на
факультете естественных наук и в 1913 году получил вторую ученую степень.
В том же году Луи призвали на военную службу и направили во
французский инженерный корпус. Всю Первую мировую войну де Бройль прослужил на
станции беспроволочного телеграфа при Эйфелевой башне. Лишь в 1920 году он в
частной лаборатории своего брата возобновил исследования. Результаты его первых
теоретических изысканий по квантовой теории излучения «абсолютно черного тела»
были опубликованы в 1922 году.
Увлечение историей не прошло для ученого бесследно. Во
многих своих исследованиях де Бройль исходил непосредственно из исторических
соображений. Идея о волновой природе материи также возникла у него в конечном
счете в результате размышлений над историей оптики: «Новая динамика свободной
материальной точки относится к прежней динамике (включая динамику Эйнштейна)
так же, как волновая оптика относится к геометрической. Размышления покажут,
что предлагаемый синтез представляется логическим венцом совместного развития
динамики и оптики со времени XVII века».
Так в 1923 году он в трех небольших статьях выдвинул и
обосновал гипотезу об универсальности дуализма в микромире, т е. распространил
идею Эйнштейна о двойственной природе света на вещество – поначалу на электрон,
предсказав возможность его дифракции.
«В первой статье «Волны и кванты» де Бройль рассматривает
движение свободной частицы и связывает ее с волной определенной длины, –
пишет Г. Голин. – На основе выдвинутой гипотезы он обосновывает казавшийся
загадочным принцип отбора стационарных орбит в атоме Бора–Зоммерфельда, рассматривая
поведение электронов на стационарных орбитах как результат явления резонанса
фазовой волны на длине замкнутой траектории, и делает вывод, что стационарными
орбитами являются те, на которых целое число раз укладывается длина волны,
связанной с равномерно вращающимся электроном. Во второй статье «Кванты света,
дифракция и интерференция» де Бройль строит теорию интерференции и дифракции
света исходя из существования фотонов. В статье «Кванты, кинетическая теория
газов и принцип Ферма» он на основе своей идеи дуализма выводит формулу Планка
для «излучения абсолютно черного тела» и устанавливает соответствие между
принципом наименьшего действия Мопертюи, примененным к движению частицы, и
принципом Ферма, примененным к распространению связанной с частицей волны».
В следующем году ученый обобщил и развил свои идеи в
диссертации «Исследования по квантовой теории», которую успешно защитил в
Сорбонне. Ученый писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные
представления не только в соответствии с учением Эйнштейна в теории света, но
также и в теории материи. «При этом следует полагать, – объяснял он
позднее в своей прекрасной и сегодня заслуживающей внимания книге «Свет и
материя», – что каждая корпускула сопровождается определенной волной и
каждая волна связана с движением одной или многих корпускул».
Вследствие этого понятие «корпускула» и понятие «волна»
должны применяться одновременно: к излучению так же, как и к веществу, к
материи. «Электрон, – считал де Бройль, – не может более
рассматриваться как простая крупинка электричества; с ним следует связать
волну». Отношение между энергией движущихся частиц и частотой колебания
волнового движения передается константой Планка. Она вместе с величиной
движения определяет и длину волны. Как одному кванту света соответствует одна
световая волна, так и частице материи должна, по мнению Луи де Бройля,
соответствовать волна материи.
Эта смелая мысль о всеобщем «дуализме» частицы и волны
позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства
материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым
моментом всеобщего строения микромира.
П. Ланжевен обратил внимание Эйнштейна на статью де Бройля
«Исследования по квантовой теории». В письме к Борну Эйнштейн писал: «Прочтите
ее! Хотя и кажется, что ее писал сумасшедший, написана она солидно».
Многие физики, однако, с недоверием отнеслись к гипотезе де
Бройля. Среди них был и Э. Шрёдингер. Но в итоге он увлекся идеей французского
ученого и попытался обосновать ее математически. В результате в 1926 году
Шрёдингер вывел знаменитое уравнение, положенное в основу волновой механики.
О том, насколько революционизирующе подействовало на старшее
поколение физиков представление о волнах материи, свидетельствует речь, с
которой в 1938 году выступил М. Планк на чествовании Луи де Бройля. Планк
говорил: «Еще в 1924 году г‑н Луи де Бройль изложил свои новые идеи об аналогии
между движущейся материальной частицей определенной энергии и волной
определенной частоты. Тогда эти идеи были настолько новы, что никто не хотел
верить в их правильность, и я сам познакомился с ними только три года спустя,
прослушав доклад, прочитанный профессором Крамерсом в Лейдене перед аудиторией
физиков, среди которых был и наш выдающийся ученый Лоренц… Смелость этой идеи была
так велика, что я сам, сказать по справедливости, только покачал головой, и я
очень хорошо помню, как г‑н Лоренц доверительно сказал мне тогда: «Эти молодые
люди считают, что отбрасывать в сторону старые понятия в физике чрезвычайно
легко!» Речь шла при этом о волнах Бройля, о соотношении неопределенностей
Гейзенберга – все это для нас, стариков, было чем‑то очень трудным для
понимания. И вот развитие неизбежно оставило позади эти сомнения. Осенью того
же 1927 года я лично познакомился с г‑ном де Бройлем на 5‑м Сольвеевском
конгрессе в Брюсселе и был восхищен его скромностью и образованностью».
Уже в ближайшем будущем гипотеза де Бройля получила надежное
экспериментальное подтверждение, а созданная на ее основе волновая механика
стала широко применяться в ядерной физике, химии, биологии и технике.
В 1929 году де Бройль был удостоен Нобелевской премии по
физике «за открытие волновой природы электронов». В речи, которой представили
лауреата на церемонии вручения премии, были такие слова: «Де Бройль открыл совершенно
новый аспект природы материи, о котором ранее никто не подозревал. Блестящая
догадка де Бройля разрешила давний спор, установив, что не существует двух
миров, один – света и волн, другой – материи и корпускул. Есть только один
общий мир».
В свою очередь, в нобелевском докладе ученый сказал, что его
интерес к теоретической физике пробудил тот факт, «что структура материи и
структура излучений становились все таинственней, по мере того как физику все
более и более завоевывало странное понятие «квант», введенное Планком в 1900
году при исследовании черного излучения». Движущей причиной научно‑исследовательской
работы служит, по его мнению, также и та «святая любознательность», которую
Эйнштейн рассматривал как первоисточник всех естественнонаучных и технических
достижений. Луи де Бройль считал справедливым требование, предъявляемое к
естествоиспытателю Шрёдингером: он должен «быть способным удивляться и быть
помешанным на догадках».
В 1928 году де Бройль занял пост профессора Парижского
университета, который занимал до 1962 года. Блестящий лектор и педагог, глубоко
интересовавшийся вопросами физического образования на всех уровнях от средней
школы до аспирантуры, выдвинул ряд глубоких идей по модернизации современного
обучения.
У себя на родине ученый пользовался заслуженным авторитетом
и признанием. С 1942 по 1975 год он был непременным секретарем Французской
академии наук. Луи де Бройль удостоен многих почетных научных званий и степеней
ряда стран. С 1958 года он является иностранным членом Академии наук СССР.
Выдающегося французского физика до преклонного возраста интересовали самые
современные проблемы науки: теория элементарных частиц, атомная энергия,
кибернетика. В свободное время он любил читать и играть в шахматы.
Иногда ученый выступал с биографическими работами о физиках
прошлого. Так, гениальному французскому естествоиспытателю Амперу посвящена
блестящая научная биография, написанная с законным чувством национальной
гордости. В нашей стране были опубликованы книги де Бройля «По тропам науки» и «Революция
в физике». Эти интересные произведения написаны простым и ясным языком. Не
случайно де Бройля избрали почетным президентом Французской ассоциации
писателей‑ученых.
