Egy dologtalan arisztokrata a laboratóriumban

Broglie 5. hercegének, Victornak kisebbik fiaként 1892. augusztus 15-én Dieppeben látta meg a napvilágot. Úgy tűnt, hogy igazi nemesi pályát választ magának: történelemből szerzett diplomát. Aztán minden másként történt: bátyja, Maurice hatására – aki a modern fizika egyik legkiválóbb képviselője volt – érdeklődése a természettudományok felé fordult.

A huszadik század első harmada a fizika forradalmát hozta magával. Teljesen megváltozott a korábbi világkép, új módszereket kellett alkalmazni a tudományban. Ebben az időben már az atomok tulajdonságait tanulmányozták a kutatók, amelyeket soha sem lehet közvetlenül megfigyelni, hiszen nincs olyan műszer, amivel láthatók lehetnének. Emiatt Emy Noether hatására terjedt el az a módszer, hogy a megvizsgált folyamatokat szembesíteni kell a megmaradási törvényekkel, amennyiben egyikkel sem ellenkeznek, akkor nagy valószínűséggel meghatározhatók. Erre a legjobb példát a fény jellege szolgáltatta. Már az ókorban feltételezték, hogy a fény részecskékből áll, amelyek leválva az adott tárgyról, az ember szemébe jutva kialakítják a tárgy képét. Ezt a nézetet osztotta Isaaac Newton, a klasszikus fizika kialakítója is. Kortársa, Christian Huygens viszont bizonyítottnak látta, hogy hullámzásról van szó, tekintve, hogy keveredésre (interferencia) és elhajlásra képes. A vita évszázadokig eldöntetlen maradt, mígnem 1905-ben Albert Einstein bebizonyította, hogy mindkettejüknek igaza van: a fényt részecske hordozza, amit fotonnak nevezett el, viszont a fényforrásból érkező fotonok raja hullámfelületet alkot. Ez hamarosan a fény kettős jellegének elméleteként vonult be a fizikába. Broglie fiatal hercege számára ez a felismerés óriási impulzust adott a részecskék vizsgálatához. Különösen az elektron rejtélye nem hagyta nyugodni.

1910-ben hozta nyilvánosságra Ernest Rutherford az első használható atommodellt, amely a naprendszer kicsinyített mása volt: a pozitív töltésű atommag körül keringtek az apró elektronok. Bár évekig tartotta magát ez az elképzelés, valójában fizikai képtelenség volt. Annál az egyszerű oknál fogva, hogy a mozgó elektron elektromágneses hullámokat bocsát ki. Ha ezt teszi a villamos vezetőben, akkor szükségszerűen ugyanezt kell elkövetnie akkor is, amikor az atommag körül kering. Viszont ha sugárzást bocsát ki, akkor energiát kell vesztenie, ami azzal jár, hogy egy csavarvonal mentén bele kell zuhannia az atommagba. A környező világ persze ezt az elméletet nem igazolta: az anyagok nagyon is stabilak, az elektron nem sugároz ki semmilyen hullámot, emiatt nem is zuhan az atommagba. Broglie hercege ennek hatására tette fel a kérdést: vajon nem arról van szó, hogy az elektron maga is lehet hullám? Érdemes gondolatmenetét szó szerint idézni: „A múltban túl nagy figyelmet szenteltünk a fény hullámtermészetének, elhanyagoltuk részecske mivoltát, ezért álltunk értetlenül például a foto- vagy Compton effektus előtt. Nem követjük-e el ugyanezt a hibát fordított irányban az anyagi részecskékkel kapcsolatban? Nem hangsúlyozzuk-e azok részecske jellegét, mint egyedüli megjelenési formát, a hullámtermészet rovására? Hátha ezért nem tudjuk megmagyarázni a mikrofizika jelenségeit, mert túlságosan egyoldalú a szemléletünk? Tételezzük fel tehát az elektronoknál vagy az atomoknál is a hullámtulajdonságot.” Louis de Broglie a fején találta a szöget. Ugyanis Rutherford egyik legtehetségesebb tanítványa, Niels Bohr 1915-ben felállítja saját atommodelljét, amelyben kimondja, hogy az elektronok csak meghatározott pályákon keringhetnek a mag körül. De miért vannak egyáltalán „tiltott pályák”? Ha részecskének tekintjük az elektront, erre nincs magyarázat. Ha viszont hullámként van jelen az atommag körül, azonnal tisztán látunk: csak olyan pálya lehetséges a számára, amely a hullámhosszának megfelel, ellenkező esetben önmagával lépne kölcsönhatásba (interferálna), ráadásul megoldódik a fő rejtély: nem sugároz ki semmilyen elektromágneses sugárzást, hiszen nem részecskeként van jelen az atom körül, hanem hullámfelület alakjában. A fizika vonata ebben az időben már hihetetlenül felgyorsult. Einsteinnek alapvető felfedezéseit követően tizenhét évet kellett várni a Nobel-díjra. Broglie néhány év múltán, 1929-ben megkapta. Ugyanis doktori disszertációját öt évvel korábban, 1924-ben védte meg Kvantumelméleti kutatások címmel, amelyben megfogalmazta az elektron hullám-részecske kettősségének az elvét, amely szerint minden anyagi részecske rendelkezik egy hozzárendelt hullámmal. Ezzel a tettével Louis de Broglie egyesítette a fény és az anyag fizikáját, kialakítva az új tudományágat, amelyet ma hullámmechanika néven tanítanak.

Elméleti munkásságának gyakorlati haszna is megmutatkozott: az elektronmikroszkóp kifejlesztéséhez vezetett, amely sokkal nagyobb felbontással rendelkezik, mint hagyományos társa, tekintve, hogy az elektronnak a fotonénál sokkal kisebb a hullámhossza.

Mondani sem kell, hogy a Nobel-díj meghozta számára a társadalmi elismerést: 1933-ban megválasztották a Francia Tudományos Akadémia tagjának, 1942-ben pedig örökös titkárának. Az akadémia történetében egyedülálló módon a két testvér egymás mellett foglalhatott helyet: Maurice bátyja 1934-ben lett a „halhatatlanok társaságának” tagja.

Az UNESCO 1952-ben neki ítélte a tudomány népszerűsítéséért kiosztott első Kalinga-díjat, a londoni Royal Society 1953-ban választotta tagjainak sorába. A párizsi egyetemen harminc éven át volt az elméleti fizikai tanszék vezetője.

A modern fizika egyik legnagyobb alakját különféle társadalmi funkciókkal is elhalmozták: tanácsadója volt a Francia Atomenergia Főbizottságnak, megbízták a Henri Poincaré Intézet alkalmazott mechanikai központjának vezetésével. 1961-ben a Becsületrend Nagykeresztjének Lovagjává ütötték.

Kutatói tevékenységén kívül tudományfilozófiai munkákat is írt.

1960-ban elvesztette bátyját, aki nem hagyott örököst maga után, emiatt ő lett Broglie 7. hercege.

Louis Victor Pierre Raymond de Broglie húsz évvel ezelőtt, 1987. március 19.-én, kilencvenöt éves korában hunyt el, az Yvelines megyei Louveciennesben. Életét a tudománynak szentelte, meg sem házasodott. Hercegi címét unokaöccse, Victor-Francois örökölte, aki ezáltal Broglie 8. hercege lett. A tudományban nem akadt a családi hagyománynak folytatója.