Louis de Broglie (prononcer breuil [bʁœj]) est issu de la maison de Broglie qui a donné à la France de nombreux maréchaux, hommes politiques, diplomates et académiciens.

Après des études d'histoire et de droit, il est initié aux travaux de la physique moderne par son frère, Maurice, qui fut secrétaire de la Conférence Solvay de 1911. Affecté durant la guerre de 1914 à l'émetteur de radio de la tour Eiffel, il expérimente pendant cinq ans de façon concrète les phénomènes électromagnétiques.

En 1924, il acquiert la célébrité par sa théorie des ondes de matière, à l'occasion de sa thèse de doctorat soutenue devant un jury comprenant Paul Langevin et Jean Perrin. Cette thèse, qu'Einstein notait : "mathématique d'une élégance admirable… soulève un coin du voile", lui vaudra le prix Nobel de physique en 1929 ("découverte de la nature ondulatoire de l’électron"). En 1933, il obtient la chaire de physique théorique de l'Institut Henri-Poincaré et est élu plus jeune membre de l'Académie des sciences (dont il devint secrétaire perpétuel en 1942), et en 1933 il est élu membre de l'Académie française.

Ses différents travaux sur la nature des particules de matière font de lui le physicien le plus original et, peut-être, le plus profond du XX^e siècle. Son œuvre est en tout cas énorme : il a écrit deux cents mémoires et quarante-cinq livres. Dont des ouvrages de haute vulgarisation (Matière et Lumière, Sur les sentiers de la science, Certitudes et incertitudes de la science).

[modifier] Principales théories

[modifier] Matière et dualisme onde-corpuscule

« L'idée fondamentale de [ma thèse de 1924] était la suivante : « Le fait que, depuis l'introduction par Einstein des photons dans l'onde lumineuse, l'on savait que la lumière contient des particules qui sont des concentrations d'énergie incorporée dans l'onde, suggère que toute particule, comme l'électron, doit être transportée par une onde dans laquelle elle est incorporée »… Mon idée essentielle était d'étendre à toutes les particules la coexistence des ondes et des corpuscules découverte par Einstein en 1905 dans le cas de la lumière et des photons. » « À toute particule matérielle de masse m et de vitesse v doit être "associée" une onde réelle » reliée à la quantité de mouvement par la relation :

<math>\lambda = \frac{h}{p} = \frac {h}{{m}{v}} \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}</math>

où <math>\lambda</math> est la longueur d'onde, <math>h</math> la constante de Planck, <math>p</math> la quantité de mouvement, <math>m</math> la masse au repos, et <math>v</math> sa vitesse.

Cette théorie posait les bases de la mécanique ondulatoire. Elle fut soutenue par Einstein, confirmée par les expériences de diffraction des électrons de Davisson et Germer, et surtout généralisée par les travaux de Schrödinger.

Cependant cette généralisation était statistique et n'était pas approuvée par de Broglie, qui disait « que la particule doit être le siège d'un mouvement périodique interne et qu'elle doit se déplacer dans son onde de façon à rester en phase avec elle, [fait] ignoré des physiciens quantistes actuels [qui ont] le tort de considérer une propagation d'onde sans localisation de particule, ce qui était tout à fait contraire à mes idées primitives. »

Notons que, du point de vue philosophique, cette théorie des ondes de matière est ce qui a le plus contribué à ruiner l'atomisme de jadis, et que dans sa plus grande généralisation, elle pourrait fonder le vieux principe de l'identité de l'âme et du corps.

[modifier] Non nullité et variabilité de la masse

Point important, chez de Broglie le neutrino et le photon ont tous deux une masse au repos non nulle quoique très faible. La masse non tout à fait nulle du photon s'impose par la cohérence de sa théorie. Accessoirement ce rejet de l'hypothèse d'un photon de masse nulle lui permettait de douter de l'hypothèse de l'expansion de l'univers.

Également il considère que la masse propre des particules n'est pas constante mais variable, chaque corpuscule pouvant se représenter comme une machine thermodynamique équivalant à une intégrale cyclique d'Action.

[modifier] Généralisation du principe de la moindre action

Dans la seconde partie de sa thèse de 1924, de Broglie a démontré l'équivalence du principe mécanique de la moindre action avec le principe optique de Fermat : « Le principe de Fermat appliqué à l'onde de phase est identique au principe de Maupertuis appliqué au mobile ; les trajectoires dynamiques possibles du mobile sont identiques aux rayons possibles de l'onde ».

Jusqu'à ses derniers travaux, il paraît être le physicien qui a le plus poursuivi cette dimension d'Action dont Max Planck, au début du XX^e siècle, avait montré qu'elle est finalement la seule unité universelle (avec sa dimension d'entropie).

[modifier] Dualité des lois de la nature

Loin de prétendre faire « disparaître la contradiction » comme Max Born croyait y parvenir avec l'artifice statistique, de Broglie a non seulement étendu la dualité onde-corpuscule à tous les corpuscules (et même aux cristaux qui révèlent des effets de diffraction), mais aussi étendu le principe de dualité aux lois de la nature.

Ses derniers travaux font de la Thermodynamique et de la Mécanique deux grands systèmes de lois, à l'œuvre en même temps, et qu'il réunit en un seul système : « Quand Boltzmann et ses continuateurs ont développé leur interprétation statistique de la Thermodynamique, on a pu considérer la Thermodynamique comme une branche compliquée de la Dynamique. Mais, avec mes idées actuelles, c'est la Dynamique qui apparaît comme une branche simplifiée de la Thermodynamique. Je pense que, de toutes les idées que j'ai introduites en théorie quantique dans ces dernières années, c'est cette idée-là qui est, de beaucoup, la plus importante et la plus profonde. »

Cette conception paraît correspondre à la dualité continu–discontinu, sa Dynamique pouvant être la limite de sa Thermodynamique quand des enchaînements aux limites continues sont postulés. Elle est aussi proche de celle de Leibniz, qui posait la nécessité de "principes architectoniques" pour compléter le système des lois mécaniques.

Cependant il y a chez lui moins dualité, au sens d'opposition, que synthèse (l'un est la limite de l'autre) et l'effort de synthèse est constant chez lui, déjà dans sa toute première formule, où le premier membre appartient à la mécanique et le second à l’optique :

[modifier] Théorie neutrinienne de la lumière

Cette théorie, qui date de 1934, introduit l'idée que le photon serait équivalent à la fusion de deux neutrinos de Dirac.

Elle montre que le mouvement du centre de gravité de ces deux particules obéit aux équations de Maxwell — ce qui implique que le neutrino et le photon ont tous deux une masse au repos non nulle quoique très faible.

[modifier] La thermodynamique cachée

La dernière grande idée de de Broglie est la Thermodynamique cachée de la particule isolée. C’est une tentative de réunir les trois grands principes extrêmaux de la physique : les principes de Fermat, de Maupertuis et de Carnot.

Dans ces travaux ultimes, l'Action devient une sorte d'opposé de l'entropie, par une équation qui relie des deux seuls dimensions universelles, de la forme :

<math>{Action\over h} = -{Entropie\over k}</math>

Conséquence de grande portée, cette théorie rapporte l'indétermination quantique à des écarts autour des extrema de l'Action, écarts correspondant à des diminutions de l'entropie.

[modifier] Académie française

Il fut élu à l'Académie française, le 12 octobre 1944, au fauteuil 1, succédant à Émile Picard (mort le 11 décembre 1941, et auquel les académiciens ne donnèrent pas de successeur tant que dura l'occupation de la France par les Allemands). Sa réception officielle eut lieu le 31 mai 1945, donnant l'occasion d'une scène inédite depuis trois siècles : l'accueil d'un académicien par son propre frère (le duc Maurice de Broglie). Après sa disparition, il fut remplacé, le 24 mars 1988, par Michel Debré.