Луи де Бройль
Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль (1892-1987) вошёл в историю науки как автор революционной гипотезы о волновой природе материи: он первым доказал, что корпускулярно-волновой дуализм, прежде известный только для света, присущ всем движущимся частицам, включая электроны и атомы. За это открытие в 1929 году ему была присуждена Нобелевская премия по физике.
Аристократическое происхождение
Де Бройли принадлежали к одной из старейших аристократических фамилий Франции. На протяжении нескольких столетий представители рода занимали ключевые военные и политические посты: маршалы, министры, государственные деятели. Полное имя будущего физика при рождении звучало как Луи Виктор Пьер Раймон, и в иерархии рода он был самым младшим ребёнком. Отец, Виктор де Бройль, 5-й герцог де Брольи, мать Полина д'Армай происходила из семьи, связанной с наполеоновским генералом Филиппом Полем де Сегюром.
Семья владела виллой в нормандском Дьепе, где и появился на свет Луи 15 августа 1892 года, а также поместьями в Нормандии и Анжу. В 1901 году де Бройли окончательно переехали в Париж: отец стал членом Национального собрания. Луи рос любознательным и замкнутым мальчиком, увлечённым историей и политикой. Он наизусть цитировал театральные монологи и мог перечислить всех министров Третьей республики с точностью до дат. Поначалу ему прочили дипломатическую карьеру.
Образование и смена пути
В 1906 году умер отец. Старший брат Морис, ставший 6-м герцогом де Брольи, взял на себя заботу о юном Луи и устроил его в престижный парижский лицей Жансон-де-Сайи. Там Луи получил степени бакалавра по философии и математике, окончив курс в 1909 году. Он поступил в Парижский университет (Сорбонну) с намерением изучать историю: в 1910 году получил диплом по историческим наукам.
Перелом произошёл благодаря брату. Морис де Бройль к тому времени был уже известным физиком-экспериментатором, специалистом по рентгеновскому излучению. Работая у него в частной лаборатории, Луи заразился физикой. В 1913 году он получил второй диплом, теперь уже по естественным наукам. Позднее Луи признавался, что именно чтение трудов Анри Пуанкаре о математической физике окончательно определило его выбор: он хотел понять природу вещей, а не изучать архивы.
Первая мировая война и работа в эфире
Призыв в армию прервал научные занятия. В 1913-1919 годах де Бройль служил военным инженером в подразделении беспроводной телеграфии. Значительную часть службы он провёл на радиостанции Эйфелевой башни, которая в годы войны использовалась как важнейший военный ретранслятор. Совместно с Леоном Бриллюэном де Бройль работал над проблемой подводной связи.
Семь лет, проведённых вдали от университетских аудиторий, не убили в нём интереса к теоретической физике. После демобилизации в августе 1919 года он вернулся в Сорбонну и поступил на факультет точных наук. Здесь он посещал лекции Поля Ланжевена по теории относительности, которые произвели на него глубокое впечатление. Ланжевен стал его научным руководителем.
Диссертация 1924 года и гипотеза волн материи
В 1923 году де Бройль совершил главный интеллектуальный скачок своей жизни. Рассуждая об природе рентгеновских лучей, изученных ещё в лаборатории брата, и о корпускулярной теории света Эйнштейна, он задался дерзким вопросом: если фотоны, считавшиеся волнами, ведут себя как частицы, то не могут ли электроны и другие частицы материи вести себя как волны? Он постулировал, что с каждой движущейся частицей связана волна, длина которой определяется простой формулой: длина волны равна постоянной Планка, делённой на импульс частицы.
В октябре 1924 года де Бройль защитил диссертацию «Исследования по квантовой теории» в Сорбонне. Его научный руководитель Ланжевен был настолько поражён смелостью идеи, что отправил копию рукописи Альберту Эйнштейну. Тот прочитал и немедленно написал Ланжевену, что де Бройль «приподнял угол завесы над великой тайной». Именно Эйнштейн привлёк внимание научного сообщества к работе никому ещё не известного французского аристократа. Он также порекомендовал Эрвину Шрёдингеру ознакомиться с этой диссертацией, что привело к созданию волновой механики.
Подтверждение пришло в 1927 году. Американские физики Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер обнаружили, что пучки электронов дифрагируют на кристаллах хлористого натрия точно так же, как рентгеновские лучи, то есть как волны. Независимо аналогичный результат получил шотландский физик Джордж Пэджет Томсон. Гипотеза де Бройля стала экспериментально доказанным фактом.
Нобелевская премия и международное признание
В 1929 году Луи де Бройль был удостоен Нобелевской премии по физике с формулировкой «за открытие волновой природы электронов». Ему было 37 лет. В истории Нобелевского комитета по физике этот случай стоит особняком: гипотеза, высказанная в докторской диссертации, за пять лет дошла от защиты до высшей научной награды планеты.
Премии и награды сыпались одна за другой. В 1926 году де Бройль получил премию Жюля Маера, в 1927 году премию Беккереля, в 1929 году медаль Анри Пуанкаре от Французской академии наук. В 1938 году германское Физическое общество вручило ему медаль Макса Планка. В 1952 году ЮНЕСКО присвоило ему Премию Калинга за популяризацию науки. В 1961 году де Бройль стал кавалером Большого креста ордена Почётного легиона. Он был избран почётным членом 18 иностранных академий наук, в том числе Шведской королевской академии (1938), Национальной академии наук США (1948), Лондонского королевского общества (1953) и Академии наук СССР (1958).
Академическая карьера и дальнейшие исследования
После защиты диссертации де Бройль начал преподавать в Сорбонне. В 1928 году он был назначен профессором теоретической физики на факультете точных наук Парижского университета. С 1928 года и вплоть до выхода на пенсию в 1962 году он вёл курс теоретической физики в Институте Анри Пуанкаре, директором кафедры которого стал в 1933 году. В том же году его избрали в Парижскую академию наук, набрав почти единогласное число голосов. С 1942 по 1975 год он занимал пост бессменного секретаря академии по разделу математических наук, фактически став одним из главных организаторов французской науки на три десятилетия. В 1944 году его избрали в Французскую академию (орган «сорока бессмертных»), в 1945 году назначили советником Французской комиссии по атомной энергии. Де Бройль принял участие в создании ЦЕРН. В 1973 году он основал фонд своего имени для поддержки исследований в области фундаментальной физики.
Признание не прекратило исследовательской работы. В конце 1920-х годов де Бройль разработал теорию «пилотной волны»: по этой концепции электрон движется как частица, но направляется реально существующей волной. На Сольвеевском конгрессе 1927 года он изложил эту идею, однако под давлением критики Нильса Бора и его копенгагенской школы отказался от неё примерно на двадцать лет. В 1950-е годы, ознакомившись с работами Дэвида Бома по скрытым переменным, де Бройль вернулся к детерминистской интерпретации квантовой механики. Он настаивал на том, что статистический характер квантовой теории отражает лишь неполноту знания, а не фундаментальную неопределённость природы. Кроме диссертационной темы де Бройль занимался релятивистской квантовой механикой, ядерной физикой, теорией распространения электромагнитных волн в волноводах. Всего за жизнь он написал более двадцати книг и множество исследовательских статей.
Личная жизнь и характер
Де Бройль так и не женился. Современники описывали его как человека застенчивого, мягкого и исключительно вежливого, склонного к уединению. После смерти матери в 1928 году он поселился в небольшом доме в Нёйи-сюр-Сен и прожил там всю оставшуюся жизнь. Он не имел автомобиля и передвигался пешком или на метро. Летних отпусков не брал, проводя лето в Париже за чтением и работой.
В 1960 году умер его старший брат Морис, не оставив потомков. Луи унаследовал герцогский титул и стал 7-м герцогом де Брольи. Он нёс этот титул в своём всегдашнем скромном стиле: аристократическое происхождение никогда не мешало ему вести жизнь, целиком подчинённую научному поиску.
Последние годы и смерть
Несмотря на преклонный возраст, де Бройль сохранял интерес к науке почти до конца. Он дожил до глубокой старости, окружённый признанием и уважением всего научного сообщества. 19 марта 1987 года де Бройль скончался в Лувесьенне под Парижем в возрасте 94 лет. Отпевание прошло 23 марта в церкви Сен-Пьер-де-Нёйи. После его смерти без потомков герцогский титул перешёл к дальнему родственнику, Виктору-Франсуа, ставшему 8-м герцогом де Брольи.
Наследие
Идея де Бройля стала одним из краеугольных камней квантовой механики. Формула длины волны де Бройля входит в каждый университетский учебник физики. Волновые свойства частиц, предсказанные им, лежат в основе электронной микроскопии: именно благодаря тому, что электроны ведут себя как волны, электронный микроскоп способен видеть объекты на много порядков меньше видимых в оптический прибор. Концепция пилотной волны, к которой де Бройль вернулся в 1950-е годы в сотрудничестве с Дэвидом Бомом, легла в основу целого направления в философии физики, известного как интерпретация Бома де Бройля.
Эрвин Шрёдингер, создавая волновую механику в 1926 году, прямо отталкивался от диссертации де Бройля. Пол Дирак, разрабатывая релятивистское квантовое уравнение, опирался на тот же концептуальный фундамент. В этом смысле де Бройль не просто сделал открытие в области квантовой физики, он задал язык, на котором физика XX века описывала микромир.