Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie

1.1. Latar Belakang Keluarga dan Keturunan

Louis de Broglie berasal dari keluarga bangsawan terkenal Wangsa Broglie, yang para anggotanya selama beberapa abad menduduki jabatan militer dan politik penting di Prancis. Ayah dari fisikawan masa depan ini, Louis-Alphonse-Victor, Adipati ke-5 de Broglie, menikah dengan Pauline d'Armaille, cucu dari Jenderal Napoleon Philippe Paul, comte de Ségur dan istrinya, seorang biografer, Marie Célestine Amélie d'Armaillé. Mereka memiliki lima anak; selain Louis, ada Albertina (1872-1946), yang kemudian menjadi Marquise de Luppé; Maurice de Broglie (1875-1960), yang kemudian menjadi fisikawan eksperimental terkenal; Philip (1881-1890), yang meninggal dua tahun sebelum kelahiran Louis; dan Pauline, Comtesse de Pange (1888-1972), yang kemudian menjadi penulis terkenal.

Louis lahir di Dieppe, Seine-Maritime. Sebagai anak bungsu dalam keluarga, Louis tumbuh dalam kesendirian relatif, banyak membaca, dan sangat menyukai sejarah, terutama politik. Sejak kecil, ia memiliki ingatan yang baik dan dapat secara akurat membaca kutipan dari sebuah produksi teater atau memberikan daftar lengkap menteri Republik Ketiga Prancis. Karena hal ini, ia diprediksi akan menjadi negarawan besar di masa depan.

1.2. Pendidikan Awal

Awalnya, de Broglie berniat meniti karier di bidang humaniora, dan menerima gelar pertamanya (licence ès lettres^{Bahasa Prancis}) dalam sejarah. Setelah itu, ia mengalihkan perhatiannya ke matematika dan fisika, dan menerima gelar (licence ès sciences^{Bahasa Prancis}) dalam fisika. Penelitian doktornya pada tahun 1924, berjudul Recherches sur la théorie des quanta (Penelitian tentang Teori Kuantum), memperkenalkan teori gelombang elektronnya.

1.3. Dinas Militer

Setelah lulus, Louis de Broglie bergabung dengan pasukan teknik untuk menjalani wajib militer. Awalnya di Benteng Mont Valérien, tetapi tak lama kemudian, atas inisiatif kakaknya, ia dipindahkan ke Dinas Komunikasi Nirkabel dan bekerja di Menara Eiffel, tempat pemancar radio berada. Louis de Broglie tetap dalam dinas militer sepanjang Perang Dunia I, menangani masalah-masalah teknis murni. Secara khusus, bersama dengan Léon Brillouin dan kakaknya Maurice, ia berpartisipasi dalam membangun komunikasi nirkabel dengan kapal selam. Louis de Broglie didemobilisasi pada Agustus 1919 dengan pangkat adjudant. Kemudian, ilmuwan itu menyesal harus menghabiskan sekitar enam tahun jauh dari masalah-masalah fundamental sains yang menarik baginya.

2.1. Penelitian Awal: Sinar-X dan Efek Fotolistrik

Karya-karya awal Louis de Broglie (awal 1920-an) dilakukan di laboratorium kakaknya, Maurice de Broglie, dan membahas fitur-fitur efek fotolistrik serta sifat-sifat sinar-X. Publikasi-publikasi ini meneliti penyerapan sinar-X dan menjelaskan fenomena ini menggunakan teori Bohr, menerapkan prinsip-prinsip kuantum pada interpretasi spektrum fotoelektron, dan memberikan klasifikasi sistematis spektrum sinar-X. Studi spektrum sinar-X ini penting untuk menjelaskan struktur kulit elektron internal atom (spektrum optik ditentukan oleh kulit luar).

Hasil eksperimen yang dilakukan bersama Alexandre Dauvillier, mengungkapkan kekurangan skema distribusi elektron yang ada dalam atom; kesulitan-kesulitan ini dihilangkan oleh Edmund Stoner. Hasil lain adalah penjelasan tentang ketidakcukupan rumus Sommerfeld untuk menentukan posisi garis dalam spektrum sinar-X; ketidaksesuaian ini dihilangkan setelah penemuan spin elektron. Pada tahun 1925 dan 1926, fisikawan Leningrad Orest Khvolson menominasikan saudara de Broglie untuk Hadiah Nobel atas karya mereka di bidang sinar-X.

2.2. Gelombang Materi dan Dualitas Gelombang-Partikel

Mempelajari sifat radiasi sinar-X dan mendiskusikan sifat-sifatnya dengan kakaknya Maurice, yang menganggap sinar-sinar ini sebagai semacam kombinasi gelombang dan partikel, berkontribusi pada kesadaran Louis de Broglie akan perlunya membangun teori yang menghubungkan representasi partikel dan gelombang. Selain itu, ia akrab dengan karya-karya (1919-1922) Marcel Brillouin, yang mengusulkan model hidrodinamik atom dan mencoba menghubungkannya dengan hasil teori Bohr. Titik awal dalam karya Louis de Broglie adalah gagasan Albert Einstein tentang kuanta cahaya. Dalam artikel pertamanya tentang subjek ini, yang diterbitkan pada tahun 1922, ilmuwan Prancis itu menganggap radiasi benda hitam sebagai gas kuanta cahaya dan, menggunakan mekanika statistik klasik, menurunkan hukum radiasi Wien dalam kerangka representasi tersebut. Dalam publikasi berikutnya, ia mencoba mendamaikan konsep kuanta cahaya dengan fenomena interferensi dan difraksi dan sampai pada kesimpulan bahwa perlu untuk mengaitkan periodisitas tertentu dengan kuanta. Dalam kasus ini, kuanta cahaya diinterpretasikan olehnya sebagai partikel relativistik dengan massa yang sangat kecil.



#### Hipotesis de Broglie ####
Pada musim panas 1923, terobosan penting terjadi. De Broglie menguraikan gagasannya dalam catatan singkat "Gelombang dan kuanta" (Ondes et quanta^{Bahasa Prancis}, disajikan pada pertemuan Akademi Ilmu Pengetahuan Paris pada 10 September 1923), yang menandai dimulainya penciptaan mekanika gelombang. Dalam makalah ini dan tesis doktornya berikutnya, ilmuwan itu mengemukakan bahwa partikel bergerak dengan energi E dan kecepatan v dicirikan oleh beberapa proses periodik internal dengan frekuensi $E/h$ (kemudian dikenal sebagai frekuensi Compton), di mana $h$ adalah konstanta Planck. Untuk mendamaikan pertimbangan ini, berdasarkan prinsip kuantum, dengan gagasan relativitas khusus, de Broglie mengaitkan gelombang yang ia sebut "gelombang fase" dengan benda bergerak, yang merambat dengan kecepatan fase $c^2/v$. Gelombang semacam itu, yang kemudian menerima nama gelombang materi, atau gelombang de Broglie, dalam proses gerakan benda tetap dalam fase dengan proses periodik internal.

Setelah itu meneliti gerakan elektron dalam orbit tertutup, ilmuwan itu menunjukkan bahwa persyaratan untuk pencocokan fase secara langsung mengarah pada kondisi kuantum kondisi kuantisasi Bohr-Sommerfeld, yaitu, untuk mengkuantisasi momentum sudut. Dalam dua catatan berikutnya (dilaporkan pada pertemuan 24 September dan 8 Oktober, masing-masing), de Broglie sampai pada kesimpulan bahwa kecepatan partikel sama dengan kecepatan grup gelombang fase, dan partikel bergerak sepanjang normal ke permukaan fase yang sama. Secara umum, lintasan partikel dapat ditentukan menggunakan prinsip Fermat (untuk gelombang) atau prinsip aksi terkecil (untuk partikel), yang menunjukkan hubungan antara optik geometris dan mekanika klasik.

#### Pengaruh pada Mekanika Gelombang ####
Teori ini menjadi dasar mekanika gelombang. Itu didukung oleh Albert Einstein, dikonfirmasi oleh eksperimen difraksi elektron oleh George Paget Thomson dan Davisson dan Germer, dan digeneralisasi oleh karya Erwin Schrödinger. Pada tahun 1928, Kikuchi Seishi dari Jepang juga mengamati fenomena interferensi sinar elektron melalui film tipis mika.

Dari sudut pandang filosofis, teori gelombang-materi ini telah berkontribusi besar pada runtuhnya atomisme masa lalu. Awalnya, de Broglie berpikir bahwa gelombang nyata (yaitu, memiliki interpretasi fisik langsung) dikaitkan dengan partikel. Faktanya, aspek gelombang materi diformalkan oleh fungsi gelombang yang didefinisikan oleh persamaan Schrödinger, yang merupakan entitas matematika murni yang memiliki interpretasi probabilistik, tanpa dukungan elemen fisik nyata. Fungsi gelombang ini memberikan penampilan perilaku gelombang pada materi, tanpa membuat gelombang fisik nyata muncul. Namun, hingga akhir hidupnya de Broglie kembali ke interpretasi fisik langsung dan nyata dari gelombang-materi, mengikuti karya David Bohm. Teori de Broglie-Bohm saat ini adalah satu-satunya interpretasi yang memberikan status nyata pada gelombang materi dan mereproduksi prediksi teori kuantum.

2.3. Teori dan Konsep Lainnya

Louis de Broglie juga mengembangkan berbagai teori dan ide ilmiah lainnya yang memperluas pemahaman fisika kuantum dan alam semesta.

#### Teori Gelombang Pilot dan Teori De Broglie-Bohm ####
Dalam tesisnya tahun 1924, de Broglie mengajukan bahwa elektron memiliki "jam internal" yang merupakan bagian dari mekanisme di mana gelombang pilot memandu partikel. Konsep gelombang pilot ini kemudian disempurnakan oleh David Bohm pada tahun 1950-an, yang menghasilkan teori de Broglie-Bohm. Teori ini menawarkan interpretasi kausal terhadap mekanika gelombang, berlawanan dengan model yang sepenuhnya probabilistik yang mendominasi teori mekanika kuantum.

#### Konjektur Jam Internal Elektron ####
De Broglie berhipotesis bahwa elektron memiliki jam internal yang membentuk bagian dari mekanisme di mana gelombang pilot memandu partikel. Kemudian, David Hestenes mengusulkan hubungan dengan zitterbewegung yang disarankan oleh Erwin Schrödinger. Meskipun upaya untuk memverifikasi hipotesis jam internal dan mengukur frekuensi jam sejauh ini belum konklusif, data eksperimen terbaru setidaknya kompatibel dengan konjektur de Broglie.

#### Teori Lainnya ####
Menurut de Broglie, neutrino dan foton memiliki massa diam yang tidak nol, meskipun sangat rendah. Bahwa foton tidak sepenuhnya tanpa massa dipaksakan oleh koherensi teorinya. Kebetulan, penolakan hipotesis foton tanpa massa ini memungkinkannya meragukan hipotesis ekspansi alam semesta. Selain itu, ia percaya bahwa massa sejati partikel tidak konstan, tetapi bervariasi, dan bahwa setiap partikel dapat direpresentasikan sebagai mesin termodinamika yang setara dengan integral siklik aksi.

Dalam bagian kedua tesisnya tahun 1924, de Broglie menggunakan kesetaraan prinsip mekanik aksi terkecil dengan prinsip optik Fermat: "Prinsip Fermat yang diterapkan pada gelombang fase identik dengan prinsip Maupertuis yang diterapkan pada benda bergerak; lintasan dinamis yang mungkin dari benda bergerak identik dengan sinar gelombang yang mungkin." Kesetaraan terakhir ini telah ditunjukkan oleh William Rowan Hamilton seabad sebelumnya, dan diterbitkan olehnya sekitar tahun 1830, untuk kasus cahaya.

Jauh dari mengklaim untuk membuat "kontradiksi menghilang" yang menurut Max Born dapat dicapai dengan pendekatan statistik, de Broglie memperluas dualitas gelombang-partikel ke semua partikel (dan ke kristal yang mengungkapkan efek difraksi) dan memperluas prinsip dualitas ke hukum alam. Karya terakhirnya membuat satu sistem hukum dari dua sistem besar termodinamika dan mekanika:
"Ketika Boltzmann dan para penerusnya mengembangkan interpretasi statistik mereka tentang Termodinamika, seseorang dapat menganggap Termodinamika sebagai cabang Dinamika yang rumit. Tetapi, dengan ide-ide saya saat ini, Dinamika lah yang tampaknya menjadi cabang Termodinamika yang disederhanakan. Saya pikir, dari semua ide yang telah saya perkenalkan dalam teori kuantum dalam beberapa tahun terakhir ini, ide itulah yang, sejauh ini, paling penting dan paling mendalam."

Gagasan itu tampaknya cocok dengan dualitas kontinu-diskontinu, karena dinamikanya bisa menjadi batas termodinamikanya ketika transisi ke batas kontinu diasumsikan. Ini juga dekat dengan gagasan Gottfried Wilhelm Leibniz, yang mengemukakan perlunya "prinsip arsitektonik" untuk melengkapi sistem hukum mekanika. Namun, menurutnya, ada lebih sedikit dualitas, dalam arti oposisi, daripada sintesis (satu adalah batas dari yang lain) dan upaya sintesis konstan menurutnya, seperti dalam rumus pertamanya, di mana anggota pertama berkaitan dengan mekanika dan yang kedua dengan optik:
$m\; c^2\; =\; h\; \backslash nu$

Teori ini, yang berasal dari tahun 1934, memperkenalkan gagasan bahwa foton setara dengan fusi dua neutrino Dirac. Ide terakhir de Broglie adalah termodinamika tersembunyi dari partikel-partikel terisolasi. Ini adalah upaya untuk menyatukan tiga prinsip fisika terjauh: prinsip Fermat, Maupertuis, dan Carnot. Dalam karya ini, aksi menjadi semacam kebalikan dari entropi, melalui persamaan yang menghubungkan dua dimensi universal tunggal dari bentuk:
$\{\backslash text\{action\}\backslash over\; h\}\; =\; -\{\backslash text\{entropy\}\backslash over\; k\}$
Sebagai konsekuensi dari dampaknya yang besar, teori ini mengembalikan prinsip ketidakpastian ke jarak di sekitar ekstremum aksi, jarak yang sesuai dengan pengurangan entropi.

3.1. Pengajaran dan Kegiatan Penelitian

Dari tahun 1926, de Broglie mulai mengajar di Universitas Sorbonne. Pada tahun 1928, ia menjadi profesor fisika teoritis di Institut Henri Poincaré. Selain pekerjaan ilmiah yang ketat, de Broglie juga memikirkan dan menulis tentang filsafat sains, termasuk nilai penemuan ilmiah modern. Pada tahun 1930, ia mendirikan seri buku Actualités scientifiques et industrielles yang diterbitkan oleh Éditions Hermann.

3.2. Aktivitas Akademi

De Broglie menjadi anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis pada tahun 1933, dan menjabat sebagai sekretaris abadi akademi tersebut sejak tahun 1942. Ia diminta untuk bergabung dengan Le Conseil de l'Union Catholique des Scientifiques Français (Dewan Persatuan Ilmuwan Katolik Prancis), tetapi ia menolak karena ia tidak religius.

Pada tahun 1941, ia diangkat menjadi anggota Dewan Nasional Prancis Vichy. Pada 12 Oktober 1944, ia terpilih menjadi anggota Académie française, menggantikan matematikawan Émile Picard. Karena kematian dan pemenjaraan anggota Académie selama pendudukan dan dampak perang lainnya, Académie tidak dapat memenuhi kuorum dua puluh anggota untuk pemilihannya; namun, karena keadaan luar biasa, pemilihannya yang bulat oleh tujuh belas anggota yang hadir diterima. Dalam sebuah peristiwa unik dalam sejarah Académie, ia diterima sebagai anggota oleh kakaknya sendiri, Maurice, yang telah terpilih pada tahun 1934.

UNESCO menganugerahinya Penghargaan Kalinga pertama pada tahun 1952 atas karyanya dalam mempopulerkan pengetahuan ilmiah, dan ia terpilih sebagai Anggota Asing Royal Society pada 23 April 1953. Pada tahun 1945, de Broglie dianugerahi jabatan sebagai penasihat Komisi Tinggi Energi Atom Prancis atas upayanya untuk mendekatkan industri dan sains. Ia mendirikan pusat mekanika terapan di Institut Henri Poincaré, tempat penelitian optik, sibernetika, dan energi atom dilakukan. Ia menginspirasi pembentukan International Academy of Quantum Molecular Science dan merupakan anggota awal.

4.1. Hadiah Nobel Fisika

Pada tahun 1929, Louis de Broglie dianugerahi Hadiah Nobel Fisika "atas penemuan sifat gelombang elektronnya". Penghargaan ini diberikan setelah perilaku materi yang menyerupai gelombang pertama kali didemostrasikan secara eksperimental pada tahun 1927, memvalidasi hipotesisnya yang revolusioner.

4.2. Penghargaan dan Keanggotaan Lainnya

De Broglie menerima berbagai penghargaan dan kehormatan sepanjang kariernya, termasuk:

• 1929: Medali Henri Poincaré
• 1932: Penghargaan Albert I dari Monako
• 1938: Medali Max Planck
• 1938: Anggota, Royal Swedish Academy of Sciences
• 1939: Anggota Internasional, American Philosophical Society
• 1944: Anggota, Académie française
• 1948: Anggota Internasional, National Academy of Sciences Amerika Serikat
• 1952: Penghargaan Kalinga
• 1953: Anggota, Royal Society
• 1958: Anggota Kehormatan Internasional American Academy of Arts and Sciences
• 1961: Gelar Ksatria Salib Agung dalam Légion d'honneur
• 1975: Medali Helmholtz

5.1. Pewarisan Gelar Adipati

Louis tidak pernah menikah. Pada tahun 1960, ia menjadi Adipati ke-7 de Broglie setelah kematian kakaknya, Maurice, Adipati ke-6 de Broglie, yang juga seorang fisikawan, tanpa pewaris.

5.2. Kematian

Louis de Broglie meninggal pada 19 Maret 1987 di Louveciennes pada usia 94 tahun. Pemakamannya diadakan pada 23 Maret 1987 di Gereja Saint-Pierre-de-Neuilly. Setelah kematiannya, ia digantikan sebagai adipati oleh sepupu jauhnya, Victor-François, Adipati ke-8 de Broglie.