Луи де Бройль (полное имя Луи Виктор Пьер Раймон) (15 августа 1892, Дьеп - 19 марта 1987, Париж), герцог, французский физик-теоретик, один из создателей волновой механики, член Парижской академии наук (1933), ее непременный секретарь (1942-75), лауреат Нобелевской премии (1929), член многих зарубежных академий и научных обществ, иностранный член АН СССР (1958).

Парадоксальная идея

Луи де Бройль, потомок старинной французской аристократической фамилии, герцог. Под влиянием старшего брата, известного физика, члена Парижской академии наук Мориса де Бройля, окончив Парижский университет (1913), после возвращения из армии, он обратился к теоретической физике.

К 1924 опубликовал три кратких заметки, а затем и защитил докторскую диссертацию, выдвинув идею об универсальном корпускулярно-волновом дуализме. В классической физике материя имела двойственную природу: дискретные материальные точки - "механическая материя" - и непрерывное, занимающее большие области в пространстве, не имеющее никаких черт дискретности электромагнитное поле, в том числе электромагнитные волны - "лучистая материя". Вслед за тем как после работ М. Планка, Эйнштейна, Комптона и других выдающихся физиков выяснилось, что излучению также присущи черты дискретности, после того, как было обнаружено наличие у него квантовых свойств, могло показаться, что непрерывность вообще устранена из физических представлений о материи, и двойственная физическая картина мира уступила место единой дискретной картине. Это единство опять было утрачено после появление теории атома Бора: хотя в ней электроны по-прежнему выглядели как материальные точки, движущиеся по орбитам, но самому этому движению приписывались (при помощи условий квантования) черты дискретности.

Опять двойственная картина: квантованное движение электронов и классическая электродинамика при описании излучения. По-видимому тогда, в начале двадцатых годов, после впечатляющих успехов теории Бора, эта двойственность мало кого волновала. Ярчайшим исключением на этом фоне стал тридцатилетний французский теоретик Луи де Бройль.

Занимаясь исследованием рентгеновских лучей, он все больше стал склоняться к мысли, что...нужно найти общее синтезирующее понятие, которое позволило бы объединить точку зрения волновой теории с точкой зрения корпускулярной". В трех докладах, представленных Парижской академии наук, де Бройль изложил то, что теперь называют идеей корпускулярно-волнового дуализма. Согласно этой идее, и корпускулярные, и волновые черты присущи всем видам материи без исключения. В соответствии с этой идеей де Бройль предположил, что установленные прежде только для фотонов соотношения между такими "типично волновыми" величинами как частота w и длина волны l и "корпускулярными" величинами - энергией E и импульсом p.

E = hw и p= h/l

нужно рассматривать как универсальные: приложимые к любым объектам.

Эксперимент

О том, как физики восприняли гипотезу де Бройля, достаточно красноречиво свидетельствует, например, письмо Эйнштейна к Максу Борну, в котором, в частности, говорится о диссертации де Бройля: "Прочтите ее! Хотя и кажется, что ее писал сумасшедший, написана она солидно". Однако, верховный арбитр в науке - эксперимент - уже в 1927 подтвердил обоснованность идеи о корпускулярно-волновой природе электронов. Американские физики К. Дэвиссон и Джермер и, независимо от них, английский физик Дж. П. Томсон открыли дифракцию электронов на монокристаллах. Что же касается макроскопических, т.е. имеющих большие массы тел, то их волновые свойства не обнаруживаются по простой причине: в природе не существует подходящих "решеток", т. е. объектов с пространственными неоднородностями достаточно малых размеров. Благодаря де Бройлю, в физику вошло принципиально новое представление о двуединой корпускулярно-волновой природе материи. Появился даже новый термин "волночастица", призванный подчеркнуть эту двуединость.

Волны де Бройля и индетерминизм

Обнаружение волновых свойств у электронов (а затем и других видов материи) породило мнение, что вся материя имеет чисто-волновую природу. Наиболее полно эта идея проявилась в работах австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера, именем которого названо основное уравнение квантовой (волновой!) механики. Он полагал, что любая материя существует в виде волн, подобных классическим электромагнитным, хотя и несколько отличающихся от них.

То, что волны де Бройля неправильно толковать как классические, было выяснено в напряженных дискуссиях с физиками "копенгагенской школы" во главе с Бором, и было выдвинуто принципально новое, вероятностное (иначе - статистическое) толкование. Волновое уравнение Шредингера, согласно этому толкованию, относится к комплексной (ненаблюдаемой) величине - амплитуде вероятностей. Квадрат модуля этой величины дает картину распределения вероятностей обнаружить частицу в различных точках пространства. Так, если частица - свободная, то эта вероятность (в отличие от амплитуды!) вообще не зависит от координат и от времени, т. е. одинаково вероятно обнаружить частицу в любой точке. Но это вовсе не означает, что частица "равномерно размазана" по всему пространству: можно говорить лишь о вероятности ее обнаружения. Таким образом, описание материи приобретает принципиально новые черты, оно становится статистическим, т.е. вероятностным.

Вероятностное описание не было новостью для физиков. В классической (доквантовой) теории оно привлекалось (например, в молекулярной теории) когда объект исследования был настолько сложным, что полное однозначное (детерминистическое) предсказание его эволюции становилось невозможным из-за действия неконтролируемых случайных факторов. В квантовой теории, т.е. в физике микромира, положение было иным: утверждалось, что даже например, в каждом единичном акте рассеяния электрона на кристалле, принципиально невозможно предсказать, на каком месте экрана он обнаружится, а можно лишь предсказать вероятности этого.

Надо сказать, что такая вероятностная интерпретация квантовой теории принималась не всеми. Имея в виду вывод о принципиальной непредсказуемости результатов измерений, Эйнштейн писал: "Господь Бог не играет в кости!", да и сам де Бройль до конца дней пытался найти пути к спасению детерминистической физики. И то, что эти попытки не могли увенчаться успехом, не умаляет заслуги перед наукой этого великого ученого.