«Результат эксперимента никогда
не имеет характера простого факта.
В изложении этого факта всегда
содержится некоторая доля истолкования,
следовательно, к факту всегда примешаны
теоретические представления»

Луи де Бройль, Тропам науки

Французский герцог (по происхождению), физик, один из основоположников квантовой механики.

Лауреат Нобелевской премии 1929 года по физике за гипотезу волновой природы электрона, после её экспериментально подтверждения в 1927 году в экспериментах по дифракции электронов в кристаллах.

«Могу привести ещё пример, о котором мне рассказал известный физик Дебай . Дебай в то время был преподавателем, профессором в Цюрихе. У него был ученик, тоже преподаватель, Шредингер , тогда ещё мало известный молодой учёный. Дебай познакомился с работой де Бройля , в которой де Бройль, выдвинувший, как Вы знаете, гипотезу о существовании волновой структуры электрона, показал, что при известных условиях интерференции можно заменить движение электрона волновым движением. Идея эквивалентности волнового движения и квантовых процессов, волнового движения и корпускулярного движения была воспринята целым рядом физиков весьма отрицательно. Отрицательно отнесся к ней и . Когда Дебай попросил его рассказать молодёжи о работе де Бройля, Шрёдингер сначала отказался. Потом, когда Дебай, пользуясь своим положением профессора, снова предложил ему это сделать, Шрёдингер согласился, и он начал искать, как можно было бы объяснить идеи де Бройля в наиболее полной и точной математической форме. И когда он рассказал о работах де Бройля в том представлении, какое он считал наиболее точным. Дебай ему сказал: «Послушайте, ведь Вы же нашли новый замечательный вид уравнения, который является фундаментальным в современной физике».

Капица П.Л. , Эксперимент. Теория. Практика, М., «Наука», 1987 г., с. 256.

«Основная мысль Мейерсона очень хорошо выражена де Бройлем в предисловии к посмертному изданию Essais французского философа: Е. Meyerson. Essais. Paris, Vrin, 1936, Preface, p. VI-IX. Де Бройль говорит, что рациональное постижение мира становится возможным потому, что мы находим объекты, настолько близкие, что становится возможным ввести общие понятия - по выражению Мейерсона, «волокна (fibres) реальности». Они позволяют науке существовать, несмотря на недостижимость её идеала. Де Бройль приводит фразу Поля Валери , навеянную, по его мнению, работами Мейерсона: «Человеческий дух безумен, потому что он ищет, он велик, потому что находит». «Но поскольку, - продолжает де Бройль, - Вселенная не может в конце концов свестись к пустой тавтологии, мы должны включить в описание природы «иррациональные» элементы, которые сопротивляются нашим попыткам отождествления...».

Кузнецов Б.Г., Разум и бытие. Этюды о классическом рационализме и неклассической науке, М., «Наука», 1972 г., с. 163.

«Люди, которые сами не занимаются наукой, довольно часто полагают, что науки всегда дают абсолютно достоверные положения; эти люди считают, что научные работники делают свои выводы на основе неоспоримых фактов и безупречных рассуждений и, следовательно, уверенно шагают вперед, причём исключена возможность ошибки или возврата назад. Однако состояние современной науки, так же как и история наук в прошлом, доказывает, что дело обстоит совершенно не так…».

Луи де Бройль, Тропами науки, М., «Издательство иностранной литературы», 1962 г., с. 292-293.

«Де Бройль не давал своим ученикам тем диссертаций, поскольку считал, что если молодой исследователь не может найти для себя тему, он не в состоянии написать диссертацию. Это не означает, что после выбора темы он не помогал своим ученикам…».

Жорж Лошак , Наука и тень, Москва-Ижевск, «Регулярная и хаотическая динамика», 2009 г., с. 209.

«У Луи де Бройля был свой семинар (хотелось бы позволить себе в шутку написать своя «семинария» из-за истовости, которая там царствовала). Юные и не столь юные теоретики излагали там свои соображения. Прерывать и задавать вопросы до конца изложения было не принято. После выступлений были краткие и безжизненные прения.

Я вынужден со скорбью признать, что ученики, которые собирались вокруг де Бройля, не отличались высоким интеллектуальным уровнем, а некоторые из них даже и порядочностью. Одним из признаков того была атмосфера восхищения, чтобы не сказать низкопоклонства, которой они окружали его. Например, не принято было говорить о «квантовой механике», а только о «волновой механике», ибо именно последняя была связана с дебройлевскими волнами.

Было также общепринято, что волновая механика - это очень отвлечённая и трудная область науки, предназначенная для избранных, а не (как это было в то время в других странах) просто рабочий инструмент в руках физика. Возможно, что сам де Бройль и не поощрял такого поведения, но (может быть, по мягкости характера) он никогда не реагировал достаточно твёрдо, чтобы положить этому конец раз и навсегда. […]

История де Бройля поднимает непростой вопрос о гении, который делает великое, даже величайшее открытие, но только одно и после этого должен жить с этим всю свою, иногда долгую жизнь (для де Бройля это 60 лет). Эта проблема замечательно отражена в юмористическом рисунке, который я видел много лет тому назад. Первобытный человек сидит на камне в позе «Мыслителя» , погружённый в глубокое раздумье. Рядом стоят двое его сородичей, и один шепчет другому: «Ладно, пусть он и открыл огонь, но что он сделал с тех пор?»

Де Бройль открыл огонь и был первым. Наверное, это открытие сделали бы другие, если бы он этого не сделал, но сделал это он. Ну, а что потом? Ни жизнь, ни квантовая механика не остановились, медленно, но победно двигаются вперед соперники: , Йордан, Крамерс ...

Но вторая великая мысль к гению так и не приходит и не придёт, и физика, которому это невыносимо, сосредоточенного на отчаянной и бесплодной погоне за ней, мало-помалу окружают льстецы, бездарности, чудаки и шарлатаны.

В результате проваливается в подвал французская теоретическая физика...».

Абрагам А.И., Время вспять, или физик, где ты был, М., «Наука», 1991 г., с. 64-65.

Биография

Луи Виктор Пьер Раймон - французский физик-теоретик, один из основоположников квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике за 1929 год, член Французской академии наук (с 1933 года) и её непременный секретарь (с 1942 года), член Французской академии (с 1944 года).

Луи де Бройль является автором работ по фундаментальным проблемам квантовой теории. Ему принадлежит гипотеза о волновых свойствах материальных частиц (волны де Бройля, или волны материи), положившая начало развитию волновой механики. Он предложил оригинальную интерпретацию квантовой механики (теория волны-пилота,теория двойного решения), развивал релятивистскую теорию частиц с произвольным спином, в частности фотонов (нейтринная теория света), занимался вопросами радиофизики, классической и квантовой теориями поля, термодинамики и других разделов физики.

Происхождение и образование

Луи де Бройль принадлежал к известной аристократической фамилии Брольи, представители которой на протяжении нескольких веков занимали во Франции важные военные и политические посты. Отец будущего физика, Луи-Альфонс-Виктор (фр. Victor de Broglie; 1846-1906), 5-й герцог де Брольи, был женат на Полине д’Армай (Pauline d’Armaille), внучке наполеоновского генерала Филиппа Поля де Сегюра. У них было пятеро детей; помимо Луи, это: Альбертина (1872-1946), впоследствии маркиза де Луппе (Marquise de Luppé); Морис (1875-1960), впоследствии известный физик-экспериментатор; Филипп (1881-1890), умерший за два года до рождения Луи, и Полина, графиня де Панж (фр. Comtesse de Pange; 1888-1972), впоследствии известный литератор. Будучи самым младшим ребёнком в семье, Луи рос в относительном уединении, много читал, увлекался историей, в особенности политической. С раннего детства он отличался хорошей памятью и мог безошибочно прочесть отрывок из театральной постановки или назвать полный список министров Третьей республики. Ему прочили большое будущее на государственном поприще. Де Бройли проживали на своей вилле в Дьепе или в своих поместьях в Нормандии и Анжу. В 1901 году семья окончательно переехала в Париж, где отец стал членом Национальной ассамблеи.

Юный Луи де Бройль обучался дома под руководством частных учителей-священников - сначала отца Дюпюи (Dupuis), а затем отца Шане (Chanet). После смерти главы семьи в 1906 году старший брат Морис, ставший новым герцогом де Брольи, взял на себя заботу об образовании младшего, отправив того в престижный лицей Жансон-де-Сайи. Здесь Луи, унаследовавший титул князя (prince) Священной Римской империи, обучался три года и в 1909 году получил степени бакалавра (Baccalauréat) по философии и математике. Он хорошо учился по таким предметам как французский язык, история, физика, философия, показывал средние результаты по математике, химии и географии, слабо владел рисованием и иностранными языками. В восемнадцатилетнем возрасте Луи де Бройль поступил в Парижский университет, где поначалу изучал историю и право, однако вскоре разочаровался в этих дисциплинах и методах их преподавания. В то же время его не привлекала военная или дипломатическая карьера, обычная в его роду. По воспоминаниям Мориса де Бройля, во время этого кризиса размышления брата оказались направлены на нерешённые проблемы теоретической физики, тесно связанные с философией науки. Этому способствовали посещение курсов по «специальной математике», чтение трудов Анри Пуанкаре и изучение материалов первого Сольвеевского конгресса (1911), одним из секретарей которого работал Морис. В результате чтения записей дискуссий, происходивших на этой конференции, как писал спустя много лет сам Луи де Бройль, он «решил посвятить все свои силы выяснению истинной природы введённых за десять лет до этого в теоретическую физику Максом Планком таинственных квантов, глубокий смысл которых ещё мало кто понимал». Полностью обратившись к изучению физики, в 1913 году он окончил университет, получив степень лиценциата наук.

Служба в армии. Научная и педагогическая карьера

После окончания обучения Луи де Бройль в качестве простого сапёра присоединился к инженерным войскам для прохождения обязательной службы. Она началась в форте Мон-Валерьен (Mont Valérien), однако вскоре по инициативе брата он был прикомандирован к Службе беспроводных коммуникаций и работал на Эйфелевой башне, где находился радиопередатчик. Луи де Бройль оставался на военной службе в течение всей Первой мировой войны, занимаясь чисто техническими вопросами. В частности, совместно с Леоном Бриллюэном и братом Морисом он участвовал в налаживании беспроводной связи с подводными лодками. Князь Луи был демобилизован в августе 1919 года в звании унтер-офицера (adjudant). Впоследствии учёный с сожалением говорил о шести годах своей жизни, прошедших в отрыве от фундаментальных проблем науки, интересовавших его.

После демобилизации Луи де Бройль продолжил обучение на факультете точных наук с целью получения докторской степени. Здесь он посещал лекции Поля Ланжевена по теории относительности, которые произвели на него большое впечатление. Известно также, что молодой учёный регулярно приходил в Школу физики и химии, чтобы обсудить свои результаты и мысли с Ланжевеном и Леоном Бриллюэном. Одновременно князь Луи приступил к исследованиям в частной лаборатории своего брата Мориса. Научные интересы последнего касались свойств рентгеновских лучей и фотоэффекта; этой тематике были посвящены и первые работы Луи, написанные с братом или самостоятельно. В 1923 году младший де Бройль высказал свою знаменитую идею о волновых свойствах материальных частиц, давшую начало развитию волновой механики. После создания формализма этой теории учёный принял активное участие в обсуждении её интерпретации, предложив свой вариант. В последующие годы он продолжал разрабатывать различные вопросы квантовой теории. Характеризуя способ мышления де Бройля, его ученик и ближайший сотрудник Жорж Лошак (Georges Lochak) писал:

Для Луи де Бройля характерно интуитивное мышление посредством простых конкретных и реалистических образов, присущих трёхмерному физическому пространству. …отдавая себе отчёт в силе и строгости абстрактных рассуждений, он вместе с тем убеждён в том, что вся суть всё-таки в конкретных образах, всегда неясных и неустойчивых, без конца пересматриваемых и чаще всего отвергаемых как более или менее ложные. …мне представляется, что в творчестве де Бройля были два ключа. Первый из них - это, очевидно, История. Он столько её изучал, что, как он мне однажды сказал, прочитал, наверное, больше книг по истории, чем по физике… Эти занятия не были для него своего рода любопытством или увлечением культурного человека, они являлись одновременно движущей силой его духа и питательной почвой для его мыслей… Вторым ключом в его творчестве была наглядность… Для де Бройля понимать - значит наглядно представлять.

Ж. Лошак. Эволюция идей Луи де Бройля относительно интерпретации волновой механики // Л. де Бройль. Соотношения неопределённостей Гейзенберга и вероятностная интерпретация волновой механики (С критическими замечаниями автора). - М.: Мир, 1986. - С. 16, 21, 26.

В 1928 году Луи де Бройль начал свою преподавательскую деятельность на факультете естественных наук Парижского университета, а в 1933 году возглавил кафедру теоретической физики Института Анри Пуанкаре (фр. Institut Henri-Poincaré). Он руководил еженедельным семинаром и научной работой аспирантов, хотя с годами, по мере того, как он всё более удалялся от основного направления развития науки, учеников становилось всё меньше. На протяжении многих лет (до выхода в отставку в 1962 году) де Бройль читал курсы лекций по волновой механике, её различным аспектам и приложениям; многие из этих курсов были изданы в книжной форме. Отмечая превосходные качества этих книг, известный физик Анатоль Абрагам, однако, писал, что

…как лектор в аудитории он был скучен. Начиная точно в срок, он читал своим высоким голосом и до некоторой степени монотонно с больших листов, исписанных стенографическими значками. Он всегда останавливался точно в конце часа и немедленно уходил. Если кто-либо хотел задать вопрос, то запрашивал о встрече, которая всегда предоставлялась и во время которой, следует сказать, он прилагал большие усилия, чтобы разъяснить непонятное. Но мало кто шёл на этот шаг, и через некоторое время, вместо посещения лекций, предпочтение отдавалось изучению его прекрасно написанных книг.

В 1933 году Луи де Бройль почти единодушно (исключение составили лишь два голоса) был избран членом Французской академии наук. В 1942 году он стал её непременным секретарём (Secrétaire Perpétuel) и занимал эту должность до 1975 года, когда ушёл в отставку. Специально для него был учреждён пост почётного непременного секретаря (Secrétaire Perpétuel d’Honneur). 12 октября 1944 года де Бройль был избран членом Французской академии (его предшественником был математик Эмиль Пикар) и 31 мая 1945 года был торжественно принят в число сорока «бессмертных» своим собственным братом Морисом. В 1945 году он был назначен советником Комиссии по атомной энергии Франции. За его научно-популярные работы ЮНЕСКО присудила ему первую премию Калинги (1952). В 1973 году был основан Фонд Луи де Бройля (Fondation Louis de Broglie) для поддержки исследований фундаментальных проблем физики.

Луи де Бройль никогда не был женат, редко выезжал за границу. После смерти матери в 1928 году большой семейный дворец в Париже был продан, и Луи обосновался в небольшом доме на Rue Perronet в Нёйи-сюр-Сен, где уединённо прожил всю оставшуюся жизнь. Он никогда не владел автомобилем, предпочитая передвигаться пешком или на метро, никогда не ездил отдыхать и каждое лето проводил в Париже. В 1960 году, после смерти Мориса, не имевшего детей, Луи де Бройль унаследовал герцогский титул. Как свидетельствует Абрагам, де Бройль был человеком застенчивым, никогда не повышал голос и был со всеми вежлив. Он был неразговорчив, однако из-под его пера вышло большое число научных и научно-популярных сочинений. Учёный скончался в Лувесьене (Louveciennes) 19 марта 1987 года на 95-м году жизни.

Научная деятельность

Физика рентгеновского излучения и фотоэффекта

Первые работы Луи де Бройля (начало 1920-х годов) были выполнены в лаборатории его старшего брата Мориса и касались особенностей фотоэлектрического эффекта и свойств рентгеновских лучей. В этих публикациях рассматривалось поглощение рентгеновских лучей и содержалось описание этого явления с помощью теории Бора, применялись квантовые принципы к интерпретации спектров фотоэлектронов, давалась систематическая классификация рентгеновских спектров. Исследования рентгеновских спектров имели важное значение для выяснения структуры внутренних электронных оболочек атомов (оптические спектры определяются внешними оболочками). Так, результаты экспериментов, проведённых вместе с Александром Довийе (Alexandre Dauvillier), позволили выявить недостатки существовавших схем распределения электронов в атомах; эти трудности были устранены в работе Эдмунда Стонера. Другим результатом было выяснение недостаточности формулы Зоммерфельда для определения положения линий в рентгеновских спектрах; это расхождение было ликвидировано после открытия спина электрона. В 1925 и 1926 годах ленинградский профессор Орест Хвольсон выдвигал кандидатуру братьев де Бройль на Нобелевскую премию за работы по физике рентгеновских лучей.

Волны материи

Изучение природы рентгеновского излучения и обсуждение его свойств с братом Морисом, который считал эти лучи какой-то комбинацией волн и частиц, способствовали осознанию Луи де Бройлем необходимости построения теории, связывающей корпускулярные и волновые представления. Кроме того, он был знаком с работами (1919-1922) Марселя Бриллюэна, в которых предлагалась гидродинамическая модель атома и делалась попытка связать её с результатами теории Бора. Исходным пунктом в работе Луи де Бройля стала идея А. Эйнштейна о квантах света. В своей первой статье на эту тему, опубликованной в 1922 году, французский учёный рассмотрел излучение чёрного тела как газ световых квантов и, пользуясь классической статистической механикой, вывел в рамках такого представления закон излучения Вина. В следующей своей публикации он попытался согласовать концепцию световых квантов с явлениями интерференции и дифракции и пришёл к заключению о необходимости связать с квантами некоторую периодичность. При этом световые кванты трактовались им как релятивистские частицы очень малой массы.

Оставалось распространить волновые соображения на любые массивные частицы, и летом 1923 года произошёл решающий прорыв. Свои идеи де Бройль изложил в короткой заметке «Волны и кванты» (Ondes et quanta, представлена на заседании Парижской академии наук 10 сентября 1923 года), положившей начало созданию волновой механики. В этой работе учёный предположил, что движущаяся частица, обладающая энергией {\displaystyle E} E и скоростью {\displaystyle v} v, характеризуется некоторым внутренним периодическим процессом с частотой {\displaystyle E/h} E/h, где {\displaystyle h} h - постоянная Планка. Чтобы согласовать эти соображения, основанные на квантовом принципе, с идеями специальной теории относительности, де Бройль был вынужден связать с движущимся телом «фиктивную волну», которая распространяется со скоростью {\displaystyle c^{2}/v} c^{2}/v. Такая волна, получившая позднее название фазовой, или волны де Бройля, в процессе движения тела остаётся согласованной по фазе с внутренним периодическим процессом. Рассмотрев затем движение электрона по замкнутой орбите, учёный показал, что требование согласования фаз непосредственно приводит к квантовому условию Бора - Зоммерфельда, то есть к квантованию углового момента. В следующих двух заметках (доложены на заседаниях 24 сентября и 8 октября соответственно) де Бройль пришёл к выводу, что скорость частицы равна групповой скорости фазовых волн, причём частица движется вдоль нормали к поверхностям равной фазы. В общем случае траектория частицы может быть определена при помощи принципа Ферма (для волн) или принципа наименьшего действия (для частиц), что указывает на связь геометрической оптики и классической механики.

В статье, объединяющей результаты трёх заметок, Луи де Бройль писал, что, «быть может, каждое движущееся тело сопровождается волной и что разделение движения тела и распространения волны является невозможным». Следуя этим соображениям, учёный согласовал явления дифракции и интерференции с гипотезой световых квантов. Так, дифракция возникает при прохождении частицы света через отверстие, размер которого сравним с длиной фазовых волн. Более того, эти рассуждения, согласно де Бройлю, должны быть справедливы и для материальных частиц, например, электронов, что должно было стать экспериментальным подтверждением всей концепции. Свидетельства дифракции электронов были обнаружены к 1927 году, в первую очередь благодаря экспериментам Клинтона Дэвиссона и Лестера Джермера в США и Джорджа Паджета Томсона в Англии.

Однако в 1924 году идеи Луи де Бройля о волновых свойствах частиц были лишь гипотезой. Он изложил свои результаты в развёрнутом виде в докторской диссертации «Исследования по теории квантов», защита которой состоялась в Сорбонне 25 ноября 1924 года. Экзаменационная комиссия, в которую входили четыре известных учёных - физики Жан Перрен, Шарль-Виктор Моген (фр. Charles Victor Mauguin), Поль Ланжевен и математик Эли Картан, по достоинству оценила оригинальность полученных результатов, однако едва ли могла понять всё их значение. Исключение составлял Ланжевен, который сообщил о работе де Бройля на Сольвеевском конгрессе в апреле 1924 года. По его предложению копия диссертации была послана Альберту Эйнштейну. Реакция последнего в письме Ланжевену была ободряющей: «Он приподнял угол великого занавеса (нем. Er hat einen Zipfel der grossen Schleiers gelüftet)». Интерес к этой работе Эйнштейна, который использовал её при обосновании своих соображений по квантовой статистике, привлёк внимание ведущих физиков к гипотезе де Бройля, однако мало кто в то время воспринимал её всерьёз. Следующий шаг был сделан Эрвином Шрёдингером, который, отталкиваясь от идей французского физика, в начале 1926 года разработал математический формализм волновой механики. Успехи теории Шрёдингера и экспериментальное открытие дифракции электронов привели к широкому признанию заслуг Луи де Бройля , свидетельством чего стало присуждение ему Нобелевской премии по физике за 1929 год с формулировкой «за открытие волновой природы электрона».

Интерпретация волновой механики. Ранние работы

После выхода основополагающих работ по теории волн материи Луи де Бройль опубликовал ещё ряд небольших статей, в которых развивал и уточнял свои идеи. Эти уточнения касались таких вопросов как релятивистская формулировка соотношения между энергией частицы и частотой волны, объяснение явлений интерференции и поглощения излучения атомами за счёт распространения фазовых волн и других. В своей диссертации он также применил свою теорию к описанию эффекта Комптона и статистического равновесия газов и к вычислению релятивистских поправок для атома водорода. Однако физический смысл фазовых волн оставался во многом не ясен. После появления в начале 1926 года работ Шрёдингера по волновой механике проблема интерпретации новой теории стала особенно острой. К концу 1927 года была в общих чертах сформулирована так называемая копенгагенская интерпретация, основой которой стали борновская вероятностная трактовка волновой функции, соотношения неопределённостей Гейзенберга и принцип дополнительности Бора. Луи де Бройль, независимо развивая свои идеи о волнах, связанных с частицами, пришёл к иной интерпретации, которая получила название теории двойного решения.

Впервые теория двойного решения была представлена в статье «Волновая механика и атомная структура вещества и излучения», опубликованной в Journal de Physique в мае 1927 года. В этой работе частицы были представлены как «движущиеся сингулярности» волнового поля, описываемого релятивистским уравнением типа уравнения Клейна - Гордона. Скорость сингулярности равна скорости частицы, а фаза определяется действием. Далее, воспользовавшись аналогией между классической механикой и геометрической оптикой (идентичность принципа наименьшего действия и принципа Ферма), автор показал, что скорость сингулярности в случае свободной частицы должна быть направлена вдоль градиента фазы. Непрерывные же решения волнового уравнения, согласно де Бройлю, ассоциируются со случаем ансамбля частиц и имеют обычный статистический смысл (плотность ансамбля в каждой точке). Такие решения можно также трактовать как плотность ансамбля возможных решений, определяемых набором начальных условий, так что квадрат амплитуды такой волны будет определять вероятность обнаружить частицу в данном элементе объёма (вероятность в классическом смысле, как свидетельство незнания полной картины). Следующим шагом стал так называемый «принцип двойного решения», согласно которому фазы сингулярного и непрерывного решений всегда равны. Этот постулат «предполагает существование двух синусоидальных решений уравнения, имеющих один и тот же фазовый коэффициент, причём одно решение представляет собой точечную сингулярность, а другое, напротив, имеет непрерывную амплитуду». Таким образом, частица-сингулярность будет двигаться вдоль градиента фазы (нормали к поверхностям равных фаз) непрерывной вероятностной волны.

Рассмотрев затем задачу о движении частицы во внешнем потенциале и перейдя к нерелятивистскому пределу, де Бройль пришёл к выводу, что наличие непрерывной волны связано с появлением в лагранжиане частицы дополнительного члена, который можно трактовать как малую добавку к потенциальной энергии. Эта добавка совпадает с так называемым «квантовым потенциалом», введённым Дэвидом Бомом в 1951 году. Обратившись к случаю многочастичной системы в нерелятивистском приближении, де Бройль задался вопросом, каков же смысл уравнения Шрёдингера, и дал на него следующий ответ: фаза решения уравнения Шрёдингера в конфигурационном пространстве, количество измерений которого определяется числом частиц, задаёт движение каждой частицы-сингулярности в обычном трёхмерном пространстве. Амплитуда же решения, как и ранее, характеризует плотность вероятности обнаружить систему в данном месте конфигурационного пространства. Наконец, в последнем разделе своей статьи де Бройль предложил другой взгляд на полученные результаты: вместо «принципа двойного решения», который трудно обосновать, можно постулировать существование двух объектов разной физической природы - материальной частицы и непрерывной волны, причём последняя направляет движение первой. Такая волна получила название «волны-пилота» (l’onde pilote). Впрочем, по мнению учёного, такая интерпретация могла быть лишь предварительной мерой.

В целом работа де Бройля не привлекла большого внимания научного сообщества. Копенгагенская школа считала невозможным разрешить фундаментальные трудности путём возврата к детерминизму классической механики. Тем не менее, Вольфганг Паули высоко оценил оригинальность идей французского учёного. Так, в письме Нильсу Бору от 6 августа 1927 года он писал: «…даже если эта статья де Бройля бьёт мимо цели (и я надеюсь, что это действительно так), она всё же очень богата идеями, очень чёткая и написана на гораздо более высоком уровне, чем ребяческие статьи Шрёдингера, который даже сегодня всё ещё думает, что может… упразднить материальные точки». Де Бройлю не удалось убедить коллег в справедливости своих представлений и во время пятого Сольвеевского конгресса (октябрь 1927 года), где он сделал доклад о своей предварительной теории волны-пилота, лишь вскользь затронув идею двойного решения. Исходя из требования согласования с классической механикой в соответствующем пределе, он постулировал фундаментальное уравнение движения в виде пропорциональности скорости частицы градиенту фазы вероятностной волны-пилота, описываемой уравнением Шрёдингера. Затем он рассмотрел ряд конкретных задач, в том числе случай системы многих частиц.

Интерпретация волновой механики. Поздние работы

Причинная теория волны-пилота встретила прохладный приём у участников Сольвеевского конгресса, что отчасти было обусловлено её предварительным характером, который подчёркивал сам де Бройль. Большинство предпочитало более простую чисто вероятностную интерпретацию, и эта неблагоприятная реакция, по словам де Бройля, стала одной из причин отказа от развития своих оригинальных идей. Кроме того, он оказался не в состоянии дать ответ на некоторые важные вопросы, в частности разрешить проблемы измерения и «реальности» волновой функции. Он оказался в тупике и в результате тяжёлой внутренней борьбы перешёл к точке зрения своих оппонентов. В течение многих лет учёный в своих лекциях и сочинениях придерживался стандартной копенгагенской интерпретации. Новый повод для пересмотра взглядов возник в 1951 году с появлением работ американского физика Дэвида Бома, содержавших новую попытку построения квантовой теории со «скрытыми параметрами». Теория Бома по существу воспроизводит идеи теории волны-пилота в несколько иной формулировке (так, уравнение динамики частицы записано на языке не скорости, а ускорения, так что в ньютоновское уравнение вводится соответствующий «квантовый потенциал»). Бому удалось продвинуться гораздо дальше де Бройля в обосновании этих взглядов, в частности построить теорию измерений. Теория волны-пилота, которую с тех пор часто называют теорией де Бройля - Бома, по-видимому, позволяет непротиворечиво получать все результаты стандартной нерелятивистской квантовой механики. Она согласуется с неравенствами Белла и относится к нелокальным теориям со скрытыми параметрами. В настоящее время она часто рассматривается как альтернативная (хотя и редко используемая) формулировка квантовой теории.

Работы Бома побудили де Бройля вернуться к своим идеям четвертьвековой давности, однако объектом его изучения стала не «предварительная» теория волны-пилота, а более глубокая, по его мнению, теория двойного решения (его внимание к ней привлёк Жан-Пьер Вижье. Де Бройль не видел, каким образом можно согласовать свойства волновой функции с бомовским предположением о реальности физической волны, которую эта функция описывает. Он полагал, что это противоречие можно разрешить при помощи принципа двойного решения, который может придать волне объективный смысл, то есть сделать её элементом физической реальности. «Таким образом, в теории двойного решения неприемлемое представление о частице, которая „пилотируется“ неким распределением вероятностей осуществления событий, заменяется представлением о сингулярности, составляющей одно целое с физической волной, которая в каком-то смысле „ощупывает“ окружающее пространство и передаёт соответствующую информацию сингулярности, направляя её движение». Скорость веде́ния частицы волной при таком подходе является скрытым параметром, не поддающимся измерению. Несмотря на большие усилия, приложенные учёным для развития этой теории, в ней осталось много нерешённых трудностей. В частности, остался неразрешённым парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена.

Свои идеи де Бройль и его ученики использовали для разработки проблем движения сингулярностей и недеформируемых волновых пакетов (солитонных решений нелинейных уравнений), квантовой теории измерений, динамики частиц с переменной собственной массой, релятивистской термодинамики. Нелинейность, вводимая в волновое уравнение, призвана была объяснить не только локализацию энергии частицы на протяжённой волне, но и природу квантовых переходов. В начале 1960-х годов де Бройль сформулировал представление о скрытой термодинамике изолированных частиц, согласно которому в движение отдельной частицы вводится случайный элемент, обусловленный её взаимодействием со скрытой «субквантовой средой». Таким образом, квантовая частица напоминает коллоидную частицу, демонстрирующую броуновское движение из-за столкновений с невидимыми молекулами среды. Это позволяет, по мнению учёного, применять к движению одиночной частицы классические методы теории флуктуаций.

Волновая механика фотона и прочие работы

В начале 1930-х годов Луи де Бройль предпринял попытку найти релятивистское волновое уравнение для фотона, аналогичное по смыслу уравнению, выведенному Полем Дираком для электрона. Предположив, что фотон, обладающий спином 1, можно представить как связанную пару частиц со спином 1/2, французский учёный, отталкиваясь от уравнения Дирака, получил соответствующее волновое уравнение фотона. Волновая функция такого векторного фотона оказалась аналогичной максвелловской электромагнитной волны. При этом де Бройль вновь ввёл предположение о конечности массы фотона. Таким образом, в 1934 году ему удалось получить волновое уравнение для частицы со спином 1 и произвольной массой, которое в 1936 году было независимо выведено румынским физиком Александру Прока и носит название уравнения Прока. Хотя попытка проквантовать теорию оказалась неудачной (при переходе ко вторичному квантованию она перестаёт быть калибровочно инвариантной), это было первое уравнение, описывающее поведение векторных мезонов. Развитую де Бройлем теорию иногда называют «нейтринной теорией света», поскольку в качестве кандидата на роль дираковских частиц, из которых состоит фотон, фигурировало нейтрино.

В течение ряда последующих лет Луи де Бройль вместе с учениками занимался обобщением теории на частицы с произвольным спином, которые представлялись как сложные системы, состоящие из нужного числа элементарных частиц со спином 1/2. Множество публикаций учёного посвящено конкретным вопросам из различных разделов физики. Так, после начала Второй мировой войны де Бройлю был поручен сбор и обработка новой информации по радиофизике (распространение радиоволн, волноводы, рупорные антенны и так далее). После Второго компьенского перемирия французские военные инженеры уже не нуждались в этих сведениях, поэтому в 1941 году де Бройль опубликовал получившийся обзор в виде книги. С 1946 года учёный посвятил ряд публикаций и курсов лекций проблемам электронной оптики, термодинамики (в том числе релятивистской), теории атомного ядра, квантовой теории поля (попытки устранения бесконечности собственной энергии электрона за счёт введения взаимодействия с одним или несколькими мезонными полями).

Награды и членства

Премия Жюля Майера (Prix Jules Mahyer) Французской академии наук (1926)
Премия Беккереля (Prix Becquerel) Французской академии наук (1927)
Нобелевская премия по физике (1929)
Медаль Анри Пуанкаре (Médaille Henri Poincaré) Французской академии наук (1929)
Гран-при Альберта I Монакского (1932)
Медаль Макса Планка (1938)
Премия Калинги (1952)
Гран-при Общества инженеров Франции (1953)
Золотая медаль Национального центра научных исследований (1955)
Большой крест Ордена Почётного легиона (1961)
Большая золотая медаль SEP (1962)
Медаль Гельмгольца (1975)
Командор Ордена Академических пальм
Офицер бельгийского Ордена Леопольда

Иностранный член 18 академий наук мира, в том числе Шведской королевской академии наук (1938), Национальной академии наук США (1948), Лондонского королевского общества (1953), Академии наук СССР (1958).

Почётный доктор университетов Варшавы, Бухареста, Афин, Лозанны, Квебека и Брюсселя.

Французский физик, лауреат Нобелевской премии (1929 г.), один из создателей квантовой механики, автор идеи о волновых свойствах материи (волны де Бройля). Автор работ по релятивистской квантовой механике, строению ядра, распространению волн в волноводах.

94. «Несмотря на некоторую произвольность деления непрерывного исторического процесса на четко ограниченные отрезки, в истории науки, однако, можно выделить более или менее длительные периоды, во время которых, несмотря на непрекращающийся прогресс науки, основные тенденции науки, а также используемые ею теоретические представления остаются примерно одними и теми же. Эти эпохи относительной стабильности отделены друг от друга краткими периодами кризисов, во время которых под давлением фактов, ранее мало известных или вовсе неизвестных, ученые вдруг ставят под сомнение все принципы, казавшиеся до этого вполне незыблемыми, и через несколько лет находят совершенно новые пути. Такие неожиданные перевороты всегда характеризуют решающие этапы в прогрессивном развитии наших знаний».

[20 , 9].

95. «По-видимому, уже давно существует согласие по поводу роли, которую играют эксперимент и теория в естественных науках. Эксперимент, неотъемлемая основа любого прогресса этих наук, эксперимент, из которого мы всегда исходим и к которому мы всегда возвращаемся, – лишь он один может служить нам источником знаний о реальных фактах, которые стоят выше любой теоретической концепции, любой предвзятой идеи. Но эксперимент не должен сводиться к простому, пассивному наблюдению. Он должен всякий раз, когда это возможно, активно вмешиваться в реальность, изменяя условия возникновения явлений, вопрошая природу строго определенным образом, так, чтобы видеть, каков будет ее ответ. Что касается теории, то ее задача состоит в классификации и синтезе полученных результатов, расположении их в разумную систему, которая не только позволяет истолковывать известное, но также по мере возможности предвидеть еще неизвестное». [20 , 162].

97 . «Когда физическая теория добивается получения связного математического представления об известных явлениях, она стремится к тому, чтобы предсказать новые явления. Иногда эти предсказания подтверждаются дальнейшими экспериментальными исследованиями и теория, выдержав, таким образом, испытание, укрепляется. Иногда – и можно сказать, что с течением времени это всегда в конце концов происходит, ─ либо эксперимент не подтверждает одного из предсказаний теории, либо вдруг в ходе эксперимента обнаруживается зачастую, независимо от воли исследователей, новый факт, который не согласуется с теорией. Тогда нужно доделать или переделать воздвигнутое ранее здание теории. Но, и это существенно, такая переделка, поскольку она всегда должна производиться с учетом всех накопленных ранее фактов, должна быть осуществлена так, чтобы включить тем или иным образом, и зачастую в качестве первого приближения, в новую теорию предыдущую теорию и всю совокупность уравнений, на которых она зиждется, хотя их истолкование может измениться. Таким образом, новая теория должна признать все точные предсказания старой теории, но, отличаясь от нее в некоторых пунктах, она должна строго предвидеть наблюдаемые факты, в том числе и те, которые старая теория не в состоянии предвидеть. Путем таких последовательных включений развивается теоретическая физика; не отрицая ни одного из своих предыдущих успехов, она охватывает все время изменяющимся и расширяющимся синтезом возрастающее число экспериментальных фактов».

[20 , 163 – 164].

98. «Данные наших чувств могут служить для построения научной теории лишь после того, как они будут нами соответствующим образом истолкованы, а в это истолкование обязательно вмешиваются некоторые представления нашего ума, то есть теоретические идеи. А это говорит о том, что нельзя совершенно четко отделить эксперимент от теории и считать, что экспериментальный факт является данным, не зависящим от любого истолкования. Соотношение между экспериментом и теорией является более тонким и более сложным: экспериментальные наблюдения получают научное значение только после определенной работы нашего ума, который, каким бы он ни был быстрым и гибким, всегда накладывает на сырой факт отпечаток наших стремлений и наших представлений». [20 , 165].

99 . «Дедуктивное рассуждение исходит из априорных представлений и постулатов и пытается извлечь из них с помощью логических правил, которым подчиняется наше мышление, следствия; эти следствия затем можно сопоставить с фактами. Математический язык предоставляет в распоряжение дедукции точный инструмент, в котором она нуждается для совершения, по возможности безошибочного, перехода от посылок к выводам. Исходя в начале рассуждения из абстрактных формул, в которых физические величины представлены символами, ученый, использующий дедуктивное рассуждение, преобразует по правилам логики свои уравнения и приходит к окончательным соотношениям, которые он хочет проверить. Тогда он должен заменить символы цифрами, для того чтобы получить численные результаты, которые можно сравнить с экспериментом; рассуждение уступает место расчету. Такова схема дедуктивного рассуждения в том виде, в каком оно используется во всех науках, достаточно точных, достаточно разработанных для того, чтобы в них можно было применять математический аппарат…

Индуктивное рассуждение значительно сложнее для определения и анализа. Опираясь на аналогию и интуицию, взывая скорее к уму проницательному, чем к уму, так сказать, геометрическому, оно стремится угадать то, что еще не известно, так, чтобы установить новые принципы, которые могут служить основой для новых дедукций. Отсюда видно, насколько индуктивное рассуждение смелее и рискованнее, чем дедуктивное рассуждение; дедукция – это безопасность, по крайней мере, с первого взгляда; индукция – это риск. Но риск – необходимое условие любого подвига, и поэтому индукция, поскольку она стремится избежать уже проторенных путей, поскольку она неустрашимо пытается раздвинуть уже существующие границы мысли, является истинным источником действительно научного прогресса.

Сила строгой дедукции в том, что она может идти почти абсолютно уверенно и точно по прямой дороге; но слабость ее состоит в том, что, исходя из совокупности постулатов, рассматриваемых ею как несомненные, она может извлечь из них лишь то, что в них уже содержится. В завершенной науке, основные принципы которой были бы полными и определенными, дедукция была бы единственно приемлемым методом. Но в неполной, еще создающейся и развивающейся науке, какой по необходимости является человеческая наука, дедукция может служить лишь для проверки и применений, конечно, очень важных, но не открывающих действительно новых глав науки. Великие открытия, скачки научной мысли вперед создаются индукцией, рискованным, но истинно творческим методом. Новые эры в науке всегда начинались с изменений, вносимых в представления и постулаты, ранее служившие основой для дедуктивного рассуждения.

Из этого, конечно, не нужно делать вывод о том, что строгость дедуктивного рассуждения не имеет никакой ценности. На самом деле лишь она мешает воображению впасть в заблуждение, лишь она позволяет после установления индукцией новых исходных пунктов вывести следствия и сопоставить выводы с фактами. Лишь одна дедукция может обеспечить проверку гипотез и служить ценным противоядием против не в меру разыгравшейся фантазии. Но, захваченная в плен своей же строгостью, дедукция не может выйти из рамок, в которые она с самого начала заключена, и, следовательно, она не может дать ничего существенно нового». [20 , 177-179].

100. «…почему при изложении научных теорий, не считая, может быть, области чистой математики, метод, называемый «аксиоматическим», удовлетворителен для нашего ума и в то же время менее плодотворен практически. Многие видные умы, особенно восприимчивые к логической красоте способа изложения, предпринимали большие усилия, чтобы изложить надежно установленные физические теории в аксиоматической форме. Разумеется, подобные усилия не являются бесполезными; они позволяют в значительной степени уточнить исходные представления и постулаты, лучше обнажить весь формальный костяк теории и строже определить область ее применения и смысл следствий, который можно из нее извлечь. Вся беда, однако, заключается в том, что не успевает завершиться работа, зачастую длительная и кропотливая, по аксиоматизации науки, как теория оказывается недостаточной для экспериментальных фактов и возникает необходимость расширить, а иногда и полностью пересмотреть ее основы…

Нельзя сказать, что строгие аксиоматические теории являются бесполезными, но, вообще говоря, они почти не способствуют наиболее замечательным успехам науки. И глубокая причина этого в том, что аксиоматический метод действительно стремится устранить индуктивную интуицию – единственный метод, который может помочь выйти за пределы уже известного; аксиоматический метод может быть хорошим методом классификации или преподавания, но он не является методом открытия». [20 , 179].

101 . «…Не заставит ли нас такой рост наших знаний, происходящий все возрастающими темпами, полагать, что вскоре мы раскроем все секреты физического мира? Думать так означало бы впасть в большую ошибку, так как каждый успех наших знаний ставит больше проблем, чем решает, и в этой области каждая новая открытая земля позволяет предполагать о существовании еще неизвестных нам необъятных континентов».

[20 , 181].

102. «В самом начале человечество с любопытством, вниманием и иногда с беспокойством наблюдало окружающую его природу: оно пыталось выяснить причины и связи наблюдаемых явлений. Но в начале своего развития человечество не имело ни родителей, ни учителей, которые научили бы его, и часто оно верило, что находит в мифах, иногда поэтических, но всегда обманчивых, объяснение (в действительности не имеющее большой ценности) фактов, которые оно пыталось понять. Затем через несколько веков человечество достигло юношеского возраста и освободилось от своих первоначальных заблуждений. Поскольку его любопытство могло отныне опираться на более твердый разум и на более острый критический ум, оно могло продолжать исследование явлений с помощью более надежных и более строгих методов.

Так родилась современная наука, дочь удивления и любопытства, которые всегда являются ее скрытыми движущими силами, обеспечивающими ее непрерывное развитие. Каждое открытие открывает перед нами новые горизонты, и, обозревая их, мы испытываем новое удивление и нас охватывает новое любопытство. А поскольку неизвестное всегда бесконечно расстилается перед нами, то ничто, видимо, не может прервать этого непрерывного последовательного развития, которое, удовлетворяя наше былое любопытство, сразу же возбуждает новое, в свою очередь порождающее новые открытия». [20 , 289 – 290].

103. «Когда ученый пытается понять категорию явлений, он начинает с допущения, что эти явления подчиняются законам, которые нам доступны, поскольку они понятны для нашего разума. Отметим, что это допущение не является очевидным и безусловным постулатом. В самом деле, этот постулат сводится к допущению рациональности физического мира, к признанию, что существует нечто общее между структурой материальной вселенной и законами функционирования нашего разума. На основе этой гипотезы, которую мы выдвинули, естественно не всегда сознавая всю смелость такого допущения, мы пытаемся найти разумные соотношения, которые, согласно ей, должны существовать между чувственными данными». [20 , 291].

104. «Люди, которые сами не занимаются наукой, довольно часто полагают, что науки всегда дают абсолютно достоверные положения; эти люди считают, что научные работники делают свои выводы на основе неоспоримых фактов и безупречных рассуждений и, следовательно, уверенно шагают вперед, причем исключена возможность ошибки или возврата назад. Однако состояние современной науки, так же как и история наук в прошлом, доказывает, что дело обстоит совершенно не так. Не только каждый исследователь имеет свои личные представления и свою собственную манеру подхода к проблемам, но, кроме того, очень часто ставится под вопрос ценность констатируемых фактов и, более того, их истолкование. Теории развиваются и часто даже меняются коренным образом; в этой области, так же как и во многих других, имеются «моды», уже проходящие, и «моды», еще только возникающие. Разве это было бы возможно, если бы основы науки были чисто рациональными? Это служит надежным доказательством того, что на прогресс науки влияют и иные факторы, а не только безупречная констатация или строгие силлогизмы; это имеет место даже в таких науках, которые благодаря своей строгости или мнимой простоте, например механика или физика, видимо, особенно хорошо приспособлены для использования абстрактных схем и математических рассуждений.

Действительно, в основе всех научных теорий, стремящихся предложить нам картину мира или метод предвидения явлений, имеются понятия и представления, иногда конкретные, а иногда абстрактные, к которым любой исследователь испытывает большую или меньшую симпатию и к которым он более или менее быстро приспосабливается. Это замечание наглядно свидетельствует о неизбежном влиянии на научное исследование индивидуальных особенностей, имеющих не только рациональный характер. При более внимательном исследовании этого вопроса легко заметить, что как раз эти элементы имеют важное значение для прогресса науки. Я, в частности, имею в виду такие сугубо личные способности, столь различные у разных людей, как воображение и интуиция.

Воображение, позволяющее нам представить сразу часть физического мира в виде наглядной картины, выявляющей некоторые ее детали, интуиция, неожиданно раскрывающая нам в каком-то внутреннем прозрении, не имеющем ничего общего с тяжеловесным силлогизмом, глубины реальности, являются возможностями, органически присущими человеческому уму; они играли и повседневно играют существенную роль в создании науки. Конечно, ученый рисковал бы впасть в заблуждение, если бы он в ходе своей работы переоценил значение воображения и интуиции; он в конце концов отказался бы от концепции рациональности вселенной, которая, как мы говорили, является основным постулатом науки, и постепенно возвратился бы к мифическим объяснениям, характерным для донаучной фазы человеческого мышления. Тем не менее, воображение и интуиция, используемые в разумных пределах, остаются необходимыми вспомогательными средствами ученого в его движении вперед.

Конечно, постулат о рациональности вселенной, если его принять без ограничений, привел бы к утверждению о том, что следствием применения строгой системы рассуждений к наблюдаемым фактам должно быть точное и полное описание физического мира. Но это верно лишь в идеальном случае; систему рассуждений, о которой только что шла речь, нельзя фактически построить, потому что физический мир характеризуется крайней сложностью, бросающей вызов нашему пониманию; потому что мы познаем, конечно, лишь ограниченную часть физических явлений; потому что рациональность вселенной, если она действительно полная, может быть исчерпывающе раскрыта лишь разумом, бесконечно более обширным, чем наш. Очень часто нам приходится переходить от одного рассуждения к другому посредством акта воображения или интуиции, который сам по себе не является полностью рациональным актом…

Однако нельзя недооценивать необходимой роли воображения и интуиции в научном исследовании. Разрывая с помощью иррациональных скачков…жесткий круг, в который нас заключает дедуктивное рассуждение, индукция, основанная на воображении и интуиции, позволяет осуществить великие завоевания мысли; она лежит в основе всех истинных достижений науки. И именно поэтому человеческий ум, как мне кажется, способен в конечном итоге взять верх над всеми машинами, которые вычисляют или классифицируют лучше, чем он, но не могут ни воображать, ни предчувствовать.

Таким образом (поразительное противоречие!), человеческая наука, по существу рациональная в своих основах и по своим методам, может осуществлять свои наиболее замечательные завоевания лишь путем опасных внезапных скачков ума, когда проявляются способности, освобожденные от тяжелых оков строгого рассуждения, которые называют воображением, интуицией, остроумием». [20 , 292 – 295].

105. «Философы и ученые древности были подчас прекрасными наблюдателями, особенно в астрономии, в естественной истории и медицине, но они не умели ставить и проводить экспериментальные исследования в том смысле, в каком мы их сегодня понимаем. Они занимались больше самонаблюдением и исследованием структуры рассуждения, чем строгой констатацией явлений природы, зачастую их привлекал блеск весьма общих теорий, не имеющих прямой связи с физической реальностью, и тонкая игра чисто словесных аргументов». [20 , 299].

106. «…открытие – малое или большое – является результатом интуитивной догадки, опирающейся чаще всего на аналогии и сопоставления, результатом отступления исследователя от обычного хода его рассуждений, позволяющего исследователю неожиданно увидеть тот путь, на который он должен вступить; в случае великих открытий все это называется «гениальным прозрением». [20 , 304].

107. «…прозрение, более или менее гениальное, смотря по обстоятельствам, приводящее к открытию, является результатом неосознанной работы ума исследователя, делающего различные сопоставления и проводящего аналогии, сравнивающего, если можно так сказать, различные дороги, по которым он может пойти. Но для того чтобы делать, даже бессознательно, сопоставления, нужно быть знакомым с представлениями и фактами, подлежащими сопоставлению, а для того чтобы сравнивать пути, по которым можно идти, нужно, чтобы они уже были исследованы. Итак, открытие предполагает (обратное было бы совершенно безнравственно) длительный подготовительный период исследований, сбора фактов и размышлений. В этом смысле можно было бы сказать: «Гений – это долготерпение», – но точнее было бы сказать: «Предварительным условием всякого открытия является длительный и терпеливый труд», поскольку оно может возникнуть лишь на хорошо подготовленной почве. Как иногда говорят, эти вещи приходят лишь к тем, кто их заслужил». [20 , 305].

108. «Первым впечатлением, которое можно вынести из истории наук, … является впечатление о солидарности сменяющих друг друга поколений исследователей в работе по возведению здания науки. Каждое поколение получает в наследство от своих предшественников посредством устного или письменного обучения совокупность знаний, дающую ему возможность в свою очередь приступить к созидательной работе, которая позволит ему обогатить свои знания и передать впоследствии приумноженное наследство тем, кто за ним последует. Так от поколения к поколению возрастает совокупность фактов, установленных путем наблюдений или эксперимента, и совокупность представлений или теорий, служащих для их истолкования или предвидения новых фактов. Таким образом, по мере своего развития наука снабжает себя средствами, в которых она нуждается, с одной стороны, создавая или совершенствуя необходимые ей измерительные приборы и установки, с другой стороны, создавая новые представления и разрабатывая новые методы рассуждений или расчета. Таким образом, наука непрерывно кует новое материальное и духовное оружие, позволяющее ей преодолевать встающие на пути ее развития трудности, открывать для исследования неразведанные области». [20 , 308].

109. «Прогресс науки нельзя сравнивать с круговым движением, которое нас все время возвращает в одну и ту же точку; скорее он сравним с движением по спирали; движение по спирали периодически приближает нас к некоторым уже пройденным стадиям, но не следует забывать, что число витков спирали бесконечно и что витки увеличиваются и поднимаются вверх.

Впрочем, было бы неправильно говорить, как иногда говорят пессимистически настроенные умы, что научные теории последовательно терпят крах. Когда какой-либо теории действительно удалось правильно истолковать одну область физической реальности, то установленные ею соотношения, обоснованные ею методы точного предвидения всегда оказываются, надлежащим образом перенесенные и переистолкованные, в сменяющих ее новых теориях». [20 , 310].

110 . «История наук показывает нам науку в процессе постоянного развития, науку, непрерывно перерабатывающую и пересматривающую накопленные знания и их истолкование; она показывает нам прошлое, которое, несмотря на многие недостатки, подготавливает настоящее. Но мы никогда не должны забывать, что наша современная наука является лишь временной ступенью научного прогресса, что она сама, несомненно, изобилует недостатками и ошибками и что ее роль с этой точки зрения заключается как раз в подготовке будущего. Величайшей ошибкой, которую, кстати, очень легко допустить, было бы мнение о том, что современные представления науки являются окончательными…Мы никогда не должны забывать (история наук это доказывает), что каждый успех нашего познания ставит больше проблем, чем решает, и что в этой области каждая новая открытая земля позволяет предполагать о существовании еще неизвестных нам необъятных континентов». [20 , 317].

ХХХ . «Исследование и преподавание почти неотделимы друг от друга и чаще всего страдают от взаимной разобщенности. Исследование питает преподавание, а преподавание, необходимое для того, чтобы факел науки переходил от предыдущего поколения к последующему, укрепляет исследование». [20, 344].

111 . «Можно понять, какое существенное влияние было оказано на само направление развития человеческих знаний в тот день, когда кванты исподтишка вошли в науку. В тот самый день величественное и грандиозное здание классической физики было потрясено до самого основания, хотя никто тогда еще и не отдавал себе ясного отчета в этом. В истории науки немного было подземных толчков, сравнимых по силе с этим». [21 , 7].

000. «Существование кванта действия обнаружило совершенно непредвиденную связь между геометрией и динамикой: оказывается, что возможность локализации физических процессов в геометрическом пространстве зависит от их динамического состояния. Общая теория относительности уже научила нас рассматривать локальные свойства пространства-времени в зависимости от распределения вещества во Вселенной. Однако существование квантов требует гораздо более глубокого преобразования и больше не позволяет нам представлять движение физического объекта вдоль определенной линии в пространстве-времени (мировой линии). Теперь нельзя определить состояние движения, исходя из кривой, изображающей последовательные положения объекта в пространстве с течением времени. Теперь нужно рассматривать динамическое состояние не как следствие пространственно-временной локализации, а как независимый и дополнительный аспект физической реальности». [21, 187-188].

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.

(1892 г. – 1987 г.)

Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль родился во французском городе Дьепп 15 августа 1892 года. Он был младшим из трех детей герцога Виктора де Бройля и урожденной Полин де ля Форест д’Армайль. Отец будущего ученого происходил из старинного аристократического рода Брольи – так произносилась их фамилия в Пьемонте (область на северо-западе Италии), откуда в середине XVII века переселился во Францию генерал Франсуа-Мари граф де Брольи. На протяжении столетий де Бройли служили Франции на военном и дипломатическом поприще. Среди них были маршалы и военные министры, князья и принцы. Чаще они были в фаворе, но иногда попадали в немилость и даже на гильотину – именно так в 1794 году закончил свою жизнь Клод Виктор принц де Брольи, осужденный революционным трибуналом.

С детства Луи проявлял большой интерес к истории. Спустя много лет он признался одному из своих учеников, что в своей жизни он прочел больше книг по истории, чем по физике. Физик по призванию, он получил блестящее гуманитарное образование. После окончания парижского лицея Жансон-де-Сайи Луи продолжил обучение на факультете искусств и литературы в Сорбонне. Он изучал историю ив 1910 году получил степень бакалавра. Старший брат Луи, Морис де Бройль, был физиком-экспериментатором и, по всей видимости, это сыграло не последнюю роль в том, что Луи отказался от карьеры историка и обратился к изучению точных наук в том же Парижском университете. По словам самого де Бройля, кроме физики он увлекался «философией, обобщениями и книгами Пуанкаре», знаменитого французского математика. В 1913 году Луи получил степень бакалавра на факультете естественных наук.

Сразу же после окончания университета Луи де Бройль был призван на военную службу и зачислен во французский инженерный корпус. Во время Первой мировой войны он был радистом на станции беспроволочного телеграфа при Эйфелевой башне. Когда же война закончилась, Луи возобновил свои занятия физикой в научно-исследовательской лаборатории, созданной его братом Морисом. Предметом его изучения стали высокочастотные излучения.

Что же это было за время в истории физики? В конце XIX века были сделаны такие открытия, как рентгеновское излучение и радиоактивность, был открыт электрон. В 1900 году Макс Планк высказал предположение о том, что электромагнитное излучение состоит из неделимых порций – квантов, вопреки господствовавшему в то время представлению о том, что свет распространяется непрерывными волнами. Были заложены основы квантовой теории. «…Несмотря на всю важность и значительность прогресса, произошедшего в физике за последние века, ученые были не в состоянии глубоко понять истинную природу явлений, пока они ничего не знали о существовании квантов… В тот день, когда кванты вошли в науку, величественное и грандиозное здание классической физики было потрясено до самого основания… В истории науки не много было подземных толчков, сравнимых по силе с этим», – так написал в одной из своих книг Луи де Бройль о значении идей Планка. В 1905 году Альберт Эйнштейн, используя квантовую теорию, предложил объяснение фотоэлектрического эффекта, тем самым расширив область применения этой теории и подтвердив ее справедливость. Оказалось, что свет, обладающий волновыми свойствами, в ряде явлений проявляет себя как поток частиц. В 1913 году Нильс Бор предложил модель атома, которая подтвердила предположение о двойственной природе света.

Живо интересуясь новейшими достижениями физической науки, Луи де Бройль высказал настолько неожиданную идею, что некоторые ученые сочли ее чуть ли не безумной. В 1924 году он представил к защите докторскую диссертацию «Исследования по квантовой теории», в которой выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Если волны могут вести себя как частицы, то и частицы могут вести себя как волны – предположил де Бройль. Электроны, нейтроны, атомы и молекулы, как и фотоны, обладают и корпускулярными, и волновыми свойствами. Позже в одной из статей французский ученый так писал о своих рассуждениях: «Я старался представить себе корпускулу как очень маленькое нарушение, включенное в волну, а это привело меня к тому, чтобы рассматривать корпускулу как своего рода маленькие часы, фазы которых всегда должны быть согласованы с фазой той волны, с которой они объединены…» Поскольку это было лишь теоретическое измышление, не имевшее экспериментальной основы, члены ученого совета Парижского университета, где проходила защита, отнеслись к работе с большой долей скептицизма. И лишь поддержка Эйнштейна, на которого работа молодого ученого произвела большое впечатление, позволила получить де Бройлю докторскую степень. На статьи де Бройля обратил внимание и Эрвин Шрёдингер. Позже идеи французского физика пригодились ему для создания волновой механики.

Прошло всего четыре года, и волновые свойства материи (так называемые волны де Бройля) получили экспериментальное подтверждение. Американские физики, сотрудники лаборатории «Белл-телефон», обнаружили, что электроны и протоны, подобно свету и рентгеновским лучам, могут благодаря связанной с ними волне испытывать дифракцию. В 1933 году идеи де Бройля нашли практическое применение – Э. Руска создал электронный микроскоп, основой которого были магнитные линзы.

В 1929 году Луи де Бройль был удостоен Нобелевской премии по физике «за открытие волновой природы электронов». На церемонии награждения, представляя лауреата, член Шведской королевской академии наук К. В. Озен заметил: «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 этом же году Луи де Бройль получил от Французской академии наук медаль Анри Пуанкаре.

В одной из своих работ Луи де Бройль писал: «Я начал заниматься квантами, когда мне было около двадцати лет, и продолжал изучать их в течение четверти века. И все же я должен честно признаться, что если за все это время я и добился несколько более глубокого понимания некоторых сторон этого вопроса, то я не могу еще с полной уверенностью сказать, что таится под маской, скрывающей подлинное лицо квантов…» Кроме научной работы Луи де Бройль активно вел преподавательскую деятельность. В 1928 году он прочел несколько курсов лекций в Сорбонне и Гамбургском университете, в том же году возглавил кафедру теоретической физики в Институте имени Анри Пуанкаре, где он организовал центр по изучению современной теоретической физики.

В 1933 году ученый был избран действительным членом Французской академии наук, а в 1942 году стал одним из ее постоянных секретарей. В следующем году он основал при Институте имени Анри Пуанкаре отдел исследований по прикладной механике. Интерес ученого к вопросам практического приложения науки нашел свое отражение в его работах, посвященных ускорителям заряженных частиц, волноводам, атомной энергии, кибернетике.

В 1936 году вышла в свет книга де Бройля «Революция в физике», которая впоследствии неоднократно переиздавалась в течение долгих лет во многих странах мира. Секрет такого успеха в том, что это одна из немногих книг, где довольно полно и популярно изложена квантовая теория. В предисловии к русскому изданию говорится, что «…это образец лучшего стиля популярной литературы, где автор никогда не впадает в дурной тон снисходительного отношения к читателю, которое выражается в том, что очень примитивно при помощи объяснений «на пальцах» и вульгарных «картинок» предположительно «малоразвитому» читателю пытаются объяснить некие высокие и недоступные материи. Напротив, это серьезная беседа о серьезных и трудных вещах…» И далее «Популярной книгу делает главным образом то, что при изложении совершенно не употребляется математический аппарат, и от читателя не требуется никаких специальных знаний. От него требуется только общая культура и добрая воля, которая стимулируется непосредственным интересом к предмету». Действительно, Луи де Бройлю было присуще умение ясно и достаточно просто изложить сложные вопросы, наметить рациональную связь идей. Его литературный талант не остался незамеченным – в 1945 году он был удостоен избрания во Французскую академию, был почетным президентом Французской ассоциации писателей-ученых, в 1952 году получил первую премию Калинга за высокое качество научных работ.

В 1945 году Луи де Бройль был назначен техническим советником созданной французским правительством Высшей комиссии по атомной энергии.

Заслуги французского ученого были признаны во всем мире. Он получил почетные степени многих университетов, был членом Лондонского королевского общества, американской Национальной академии наук, Американской академии наук и искусств.

Личная жизнь Луи де Бройля, революционера в физике, была небогата событиями. Он жил в одном и том же городе, Париже, работал в одном и том же учебном заведении, занимался одним и тем же делом – теоретической физикой. Де Бройль никогда не был женат. Его увлечениями было чтение, игра в шахматы, пешие прогулки. В 1960 году после смерти старшего брата Луи унаследовал герцогский титул. Скончался знаменитый ученый в парижской больнице 19 марта 1987 года в возрасте 94 лет.