thèse de de broglie

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tel-00006807, version 1 - 16 Sep 2004

FONDATION LOUIS

DE

BROGLIE

Cre en 1973 loccasion du cinquantenaire de la mcanique ondulatoire, dans le cadre de la Fondation de France, sous la prsidence dhonneur de Louis de

Broglie.Vice-Prsident : Michel CAZIN

Prsident dhonneur : Louis NEEL

Prsident : Ren THOMDirecteur :

Georges LOCHAKCORMIER-DELANOUE

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Prsident de lAssociation de Gestion : Christian

ANNALESRdacteurs

DE LA

FONDATION LOUIS

DE

BROGLIE

en

chef : DANIEL FARGUE, MICHEL KARATCHENTZEFF

ComitL. ACCARDI J. ANDRADE E SILVA A.O. BARUT A. BLAQUIRE R. BOUDET

scientifiqueJ. LAMEAU R. LEFEBVRE P. LOCHAK P. LONCKE P.W. MILONNI X. OUDET T.E. PHIPPS JR. A.F. RANADA G. DELLA RICCIA M. SACHS J. SALMON M. SURDIN J.P. TERLETSKY J. VASSALO-PEREIRA

C. CORMIER-DELANOUE O. COSTA DE BEAUREGARD S. DINER R. DUTHEIL E. GUNZIG R. JANCEL V.I. KHOZIAINOV S. KICHENASSAMY A. KOURBATOV

Directeur de la

publication : Michel CAZIN

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EDITORIAL

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ce numro, les Annales de la Fondation Louis de Broglie de couverture et de format. Cest lune des faons de marquer .Tanne du centenaire de la naissance de Louis de Broglie et une partie de chaque fascicule des Annales de cette anne sera consacre sa mmoire.

Avec

changent

Ce premier numro lui rend hommage en proposant une reproduction photographique de ldition originale de sa thse, parue en

1924.1

Cette rimpression a t faite avec la gracieuse autorisation des Editions Masson et des Annales de Physique que nous remercions ici trs vivement.

LA RDACTION

~

La Fondation Louis de Broglie publiera galement cette anne une rimpression de ce texte dans une dition de luxe qui comprendra de plus en annexe quelques documents historiques :autre-

les trois notes parues en 1923 aux Comptes Rendus de lAcadmie des Sciences dans lesquelles Louis de Broglie exposait lessentiel deses

ides,

-

-

-

le rapport de thse de Langevin, un extrait de la fameuse lettre dEinstein Langevin, la note de Louis de Broglie aux Comptes Rendus de lAcadmie des Sciences, publie en 1973, loccasion du cinquantenaire de la M-

canique Ondulatoire,

et

qui constitue

son

testament

scientifique.

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ANNALES============

DE ============

PHYSIQUEEXTRAIT

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RECHERCHES SUR LA THEORIE DES QUANTAPar M. Louis de BROGLIE

Annales de

Physique -

10e Srie

-

Tom III

-

Janvier-Fvrier 4925

MASSON & C",

DITEURS

f20, BOULEVARD ST-GBRMAlN. PARtS (Vt*)

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RECHERCHES SUR LA DES QUANTAPar M. LouisDE

THORIE

BROGLIE

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SOMMAIRE . - Lhistoire des thories optiques montre que la pense scientifique a longtemps hsit entre une conception dynamique et une conception ondulatoire de la lumire ; ces deux reprsentations sont donc sans doute moins en opposition quon ne lavait suppos et le dveloppement de la thorie des quantasemble confirmer cette conclusion. Guid par lide dune relation gnrale entre les notions de frquence et dnergie, nous admettons dans le prsent travail1 lexistence dun phnomne priodique dune nature encore prciser qui serait l~i tout morceau isol dnergie et qui dpendrait de sa masse propre par lquation de Plank-Einstein. La thorie de relativit conduit alors associer au mouvement uniforme de tout point matriel la propagation dune certaine onde dont la phase se dplace dans lespace plus vite que la lumire

(ch. I.)ce rsultat dans le cas du mouvement non amen admettre une proportionnalit entre le vecteur Impulsion dUnivers dun point matriel et un vecteur caractristique de la propagation de londe associe dont la composante de temps est la frquence. Le principe de Fermat appliqu londe devient alors identique au principe de moindre action appliqu au mobile. Les rayons de londe sont identiques aux trajectoires possibles du mobile (ch. II.) Lnonc prcdent appliqu au mouvement priodique dun lectron dans latome de Bohr permet de retrouver les conditions de stabilit quantiques comme expressions de la rsonance de londe sur la longueur de la trajectoire (ch III). Ce rsultat peut tre tendu au cas des mouvements circulaires du noyau et de llectron autour de leur centre de gravit commun dans latome

Pour

gnraliseron

uniforme,

est

ides gnrales au quantum de lumire conu par Einstein mne de nombreuses concordances trs intressantes. Elle permet desprer malgr les difficults qui subsistent, la constitution dune optique la fois atomistique et ondulatoire tablissant une sorte de correspondance statistique

dhydrogne (ch. IV). Lapplication de ces

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entre londe

lie au grain dnergie lumineuse et londe lectromagntique de Maxwell (ch. V.) En particulier, ltude de la diffusion des rayons X et y par les corps amorphes nous sert montrer combien une conciliation de ce genre est aujourdhui dsirable (ch. VI ) Enfin, lintroduction de la notion donde de phase dans la mcanique statistique conduit justifier lintervention des quanta dans la thorie dynamique des gaz et retrouver les loisdu rayonnement noir comme traduisant la distribution de lnergie entre les atomes dans un gaz de quanta de lumire.

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INTRODU.CTIONI.-

HISTORIQUEau

Du XVr

XX~ sicle.

La science moderne est ne la fin du xvie sicle la suite du renouveau intellectuel d la Renaissance. Tandis que lAstronomie de position devenait de jour en jour plus prcise, les sciences de lquilibre et du mouvement, la statique et la dynamique se constiturent lentement. On sait que ce fut Newton qui le premier fit de la Dynamique un corps de doctrine homogne et par sa mmorable loi de la gravitation universelle ouvri-t la nouvelle science un champ norme dapplications et de vrifications. Pendant les XVIIIe et xIxe sicles un grand nombre de gomtres, dastronomes et de physiciens dvelopprent les principes de Newton et la Mcanique parvint tel degr de beaut et dharmonie rationnelle quon en oublia presque son caractre de science physique. On parvint, en particulier, faire dcouler toute cette science dun seul principe, le principe de moindre action nonc dabord par Maupertuis, puis dune autre manire par Hamilton et dont la forme mathmatique est remarquablement lgante et condense. Par son intervention en Acoustique, en Hydrodynamique, en Optique, en Capillarit, la Mcanique parut un instant rgner sur tous les domaines. Elle eut un peu plus de peine absorber une nouvelle branche de la science ne au

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sicle : la Thermodynamique. Si lun des deux grands principes de cette science, celui de la conservation de lnergie, se laisse facilement interprter par les conceptions de la Mcanique, il nest pas de mme du second, celui de laugmentation de lentropie Les travaux de Clausius et de Boltzmann sur lanalogie des grandeurs thermodynamiques avec certaines grandeurs intervenant dans les mouvements priodiques, travaux qui lheure actuelle reviennent tout fait lordre du jour, ne parvinrent pas rtablir compltement laccocd des deux points de vue. Mais ladmirable thorie cintique des gaz de Maxwell et Boltzmann et la doctrine plus gnrale dite Mcanique statistique de. Boltzmann et Gibbs montrrent que la Dynamique, si on la complte par des considrations de probabilit, permet linterprtation des notions fondamentales de la thermodyna-

mique.Ds le XVIIe sicle, la science de la lumire, loptique, avait attir lattention des chercheu-rs. Les phnomnes les plus usuels (propagation rectiligne, rflexion, rfraction), ceux qui forment aujourd hui notre optique gomtrique, furent naturellement les premiers connus. Plusieurs savants, notamment .Descartes et Huyghens travaillrent en dmler les lois et Fermt les rsuma par un principe synthtique qui porte son nom et qui, nonc dans notre langage mathmatique actuel, rappelle par sa forme le principe de moindre action. Huyghens avait pench vers une thorie ondulatoire de la lumire, mais Newton sentant dans les grandes lois de loptique gomtrique, une analogie profonde avec la dynamique du point matriel dont il tait le crateur, dveloppa une thorie corpusculaire de la lumire dite thorie de lmission et parvint mme rendre compte laide dhypothses un peu artificielles de phnomnes maintenant classs dans loptique ondulatoire .(anneaux de Newton). Le dbut du xixe sicle vit une raction contre les ides de Newton en faveur de celles dHuyghens. Les expriences

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dinterfrence dont les premires sont dues Young, taient difficiles sinon impossibles interprter du point de vue corpusculaire. Fresnel dveloppa alors son admirable thorie lastique de la propagation des ondes lumineuses et ds tors le crdit de la conception de Newton alla sans cesse en diminuant. Un des grands succs de Fresnel fut dexpliquer la propagation rectiligne de la lumire dont linterprtation tait si intuitive dans la thorie de lmission. Quand deux thories fondes sur des ides qui nous paraissent entirement diffrentes, rendent compte avec la mme lgance dune mme vrit exprimentale, on peut toujours se demander si lopposition des deux points de vue est bien relle et nest pas due seulement linsuffisance de nos efforts de synthse. Cette question, on ne se la posa pas lpoque de Fresnel et la notion de corpuscule de lumire fut considre c