Louis de Broglie

Louis Victor Pierre Raymond de Broglie (15. elokuuta 1892 Dieppe, Ranska – 19. maaliskuuta 1987 Pariisi, Ranska) oli ranskalainen fyysikko. Hänen suurin tieteellinen saavutuksensa oli hiukkasten aaltoluonteen keksiminen. Louis de Broglie vastaanotti Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1929 elektronien aaltoluonteen teoreettisesta ennustamisesta. Hän oli myös Ranskan akatemian jäsen.

Louis de Broglie oli Ludvig XIV:n aateloiman de Broglien suvun 7. herttua. Hän peri aatelisen arvonimensä vanhemmalta veljeltään Maurice de Broglielta (6. herttua), joka kuoli ilman jälkeläisiä 1960. Louis de Broglie ei mennyt naimisiin, joten hänen kaukainen serkkunsa Victor-François de Broglie (8. herttua) peri herttuan arvon häneltä hänen kuollessaan.

Alun perin de Broglien kiinnostus oli historia, mutta myöhemmin hän kiinnostui matematiikasta ja teoreettisesta fysiikasta. Veli Maurice de Broglie oli kokeellinen fyysikko.

Hiukkasten aaltoluonne

De Broglie esitti vuonna 1924 väitöskirjassaan Recherches sur la théorie des quanta (Kvanttiteorian tutkimus) hypoteesin: Sama aaltohiukkasdualismi, joka on todettu sähkömagneettisella säteilyllä, koskee myös hiukkasia. De Broglien lähtökohtana olivat seuraavat ajatukset:

 Luonto on yleensä johdonmukaisen symmetrinen. 
 Havaittava todellisuus koostuu aineesta ja sähkömagneettisesta säteilystä.
 Jos sähkömagneettisella säteilyllä on hiukkasluonne, niin hiukkasiinkin liittyy aaltoluonne.

Hän päätyi tulokseen, jonka mukaan liikkeessä oleva hiukkanen voidaan kuvata aaltona samaan tapaan kuin sähkömagneettinen säteily. De Broglien mukaan samat yhtälöt, jotka Planck ja Einstein olivat aikaisemmin esittäneet sähkömagneettiselle säteilylle, pätevät myös näille hiukkasiin liittyville aalloille. Niinpä hiukkasen aallonpituus on
, 
missä  on Planckin vakio ja  on hiukkasen liikemäärä. Samoin vallitsee hiukkasen energian E ja aallon taajuuden f välillä yhteys
.

Yhtenä perusteena tälle oletukselle oli myös atomin elektronien energian tunnettu kvantittuminen. Jo Bohrin atomimallissa vuodelta 1913 oletettiin, lähinnä alkuaineiden spektrien selittämiseksi, ettei elektroni voi asettua mille etäisyydelle ytimestä tahansa, vaan ainoastaan tietyt etäisyydet ovat mahdollisia. De Broglien mukaan tämä rajoitus johtuu siitä, että näillä etäisyyksillä kiertoradan pituus on jokin aallonpituuden kokonainen monikerta, joten elektronit voivat muodostaa seisovia aaltoja.

Aaltokuvassa hiukkasia kutsutaan de Broglien aalloiksi. Vuonna 1926 Schrödinger tarkensi oletusta esittämällä Schrödingerin yhtälön, joka kuvaa näiden aaltojen aaltofunktiota.

Myöhemmin osoittautui, että aaltofunktio kuvaa todennäköisyysjakaumaa, jolla hiukkasjoukon käyttäytymistä voidaan ennustaa. Hiukkasten aalto-ominaisuudet ilmenevät, kun hiukkasen aallonpituus on samaa kertaluokkaa kuin välimatka hilassa, josta se siroaa. Hiukkasten aaltoluonne voidaan osoittaa esimerkiksi kaksoisrakokokeella.

Lähteet

Aiheesta muualla

 Nobelprize.org Nobelin fysiikanpalkinto 1929 

Ranskalaiset fyysikot
Ranskalaiset herttuat
Nobelin fysiikanpalkinnon saajat
Max Planck -mitalin saajat
Ranskan akatemian jäsenet
Ranskan tiedeakatemian jäsenet
Vuonna 1892 syntyneet
Vuonna 1987 kuolleet