루이 드 브로이

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1. 개요
2. 생애
3. 과학적 업적
4. 과학 철학
5. 수상 및 영예
6. 저술
참조

1. 개요

루이 드 브로이는 프랑스의 귀족 가문 출신으로, 물질파 이론을 제창하여 파동 역학의 기초를 다진 물리학자이다. 그는 1929년 전자의 파동성을 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상했다. 드 브로이는 엑스선 연구를 통해 과학적 업적을 쌓았으며, 모든 물질이 파동의 성질을 가진다는 물질파 이론을 제시했다. 그의 이론은 에르빈 슈뢰딩거의 파동 역학 공식화에 영향을 미쳤으며, 1938년 막스 플랑크 메달을 받았다.

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루이 드 브로이 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
드 브로이 (1929년)
본명	루이 빅토르 피에르 레몽 (Louis Victor Pierre Raymond)
작위	브로이 공작
출생일	1892년 8월 15일
출생지	디에프, 노르망디, 프랑스 제3공화국
사망일	1987년 3월 19일
사망지	루브시엔, 일드프랑스, 프랑스
국적	프랑스
거주지	프랑스 등
학력 및 경력
모교	파리 대학교 (박사)
박사 학위 논문 제목	양자 이론에 관한 연구 (Recherches sur la théorie des quanta)
박사 학위 논문 URL	양자 이론에 관한 연구
박사 학위 취득 년도	1924년
박사 지도 교수	폴 랑주뱅
주요 지도 학생	베르나르 데스파냐 세실 드윗 모레트 알렉산드루 프로카 미오아라 무구르-샤흐터 마리 앙투아네트 토넬라 장피에르 비지에
직업	수학 물리학 이론물리학 양자역학
근무 기관	파리 대학교 앙리 푸앵카레 연구소
업적
주요 업적	드 브로이 관계 드 브로이파 드 브로이-봄 이론 파동-입자 이중성 전자 파동성 발견
영향을 준 인물	모리스 드 브로이 알베르트 아인슈타인 아서 콤프턴
영향을 받은 인물	에르빈 슈뢰딩거 데이비드 봄
수상
수상 내역	노벨 물리학상 (1929년) 막스 플랑크 메달 (1938년) 칼링가상 (1952년) 왕립학회 외국인 회원 (1953년)
서명
서명
관련 정보
가족	브로이 가문

2. 생애

루이 드 브로이는 루이 14세에 의해 작위를 받은 명문 귀족드 브로이 가문의 직계 후손으로, 프랑스 총리를 두 번 역임한 알베르 드 브로이의 손자이다. 1892년 프랑스 디에프에서 태어났으며, 아버지는 5대 당주 빅토르이다. 외증조모는 스타엘 부인이다.

소르본 대학교에서 역사학을 전공했으나, 형 모리스 드 브로이의 영향을 받아 물리학에 관심을 갖게 되었다. 제1차 세계 대전 당시 무선 통신 기술자로 에펠탑에 배속되어 종군했다. 전후에는 형과 함께 연구를 수행했으며, 소르본 대학교에서 물리학 박사 학위를 취득했다.

1926년부터 소르본 대학교에서 강의를 시작했고, 1928년 앙리 푸앵카레 연구소의 이론 물리학 교수가 되었다. 1929년 "전자의 파동성 발견"으로 노벨 물리학상을 수상했다. 1944년 프랑스 아카데미 회원이 되었고, 1960년 형의 사망으로 드 브로이 공작 작위를 계승했다. 1952년 유네스코에서 칼링가상을 수상했다. 1962년 앙리 푸앵카레 연구소를 퇴임, 1975년 헬름홀츠 메달을 수상했으며, 1987년 루브시앵에서 사망했다.

2. 1. 가문과 교육

루이 드 브로이는 프랑스의 명문 귀족 가문인 드 브로이 가문 출신이다. 그의 조상은 루이 14세 치하에서 프랑스 육군원수를 역임한 프랑스와 마리 드 브로이 공작 1세이다. 아버지 빅토르 드 브로이는 5대 드 브로이 공작이었으며, 어머니는 나폴레옹 장군의 손녀였다.^[54] 그는 프랑스 디에프에서 태어났으며, 어린 시절부터 뛰어난 기억력을 보였다. 그는 연극 작품의 발췌문을 정확하게 읽거나 프랑스 제3공화국 장관의 전체 목록을 열거할 수 있을 정도였다.^[55]

드 브로이는 초기에는 인문학 분야에서 경력을 쌓고자 역사학 학위를 받았으나,^[55] 이후 수학과 물리학에 관심을 돌려 물리학 학위를 받았다. 특히 17살 연상의 형인 모리스 드 브로이의 영향을 받아 물리학에 깊이 빠져들었다.

2. 2. 군 복무

제1차 세계 대전 발발 후, 드 브로이는 공병으로 입대하여 에펠탑에서 무선 통신 기술자로 복무했다.^[55]^[56]^[13]^[14] 그는 전쟁 기간 동안 레옹 브리유앙과 형 모리스 드 브로이와 함께 잠수함과의 무선 통신 구축 등 기술적인 문제 해결에 기여했으며, 1919년 소위로 제대했다.^[13]^[14] 드 브로이는 훗날 과학 연구에 전념하지 못했던 군 복무 기간을 아쉬워했다.^[13]^[14]

2. 3. 과학 및 교육 경력

소르본 대학교에서 1924년 박사 학위 논문 "양자 이론에 관한 연구(Recherches sur la théorie des quanta)"^[15]를 통해 물질파 이론을 제창했다. 이 논문에서 전자파 이론을 소개하고, 막스 플랑크와 알베르트 아인슈타인의 빛에 대한 연구를 바탕으로 물질의 파동-입자 이중성 이론을 제시했다. 이 연구는 "움직이는 모든 입자 또는 물체에는 연관된 파동이 있다"는 드 브로이 가설로 이어졌다.^[57] 드 브로이는 에너지(파동)와 물질(입자)의 물리학을 통합하는 새로운 물리학 분야인 "파동 역학"(mécanique ondulatoire)을 창시했다.

1926년부터 소르본 대학교에서 강의를 시작했으며, 1928년 앙리 푸앵카레 연구소의 이론 물리학 교수가 되었다. 1929년 "전자의 파동성 발견"으로 노벨 물리학상을 수상했다.^[16]

드 브로이의 이론은 에르빈 슈뢰딩거가 파동 역학을 공식화하는 기초가 되었다. 이후 드 브로이는 양자 역학 이론을 지배하는 완전히 확률론적 모델에 반대하여 파동 역학의 인과적 설명을 개발하기 위해 노력했다. 1950년대 데이비드 봄에 의해 다듬어진 이 이론은 드 브로이-봄 이론으로 알려졌다.

1933년 프랑스 과학 아카데미 회원이 되었고, 1942년부터 아카데미의 종신 서기관을 역임했다. 1944년 아카데미 프랑세즈 회원으로 선출되었다.^[59]^[60] 유네스코는 과학 지식 대중화에 대한 공로를 인정하여 1952년에 그에게 첫 칼링가 상을 수여했다. 1953년 왕립 학회의 외국인 회원으로 선출되었다.^[61]

1960년, 형 모리스 드 브로이의 사망으로 드 브로이 공작 작위를 계승했다. 1962년 앙리 푸앵카레 연구소를 퇴임하고, 1987년 루브시엔에서 사망했다.^[47]

3. 과학적 업적

루이 드 브로이는 1924년 논문 ''Recherches sur la théorie des quanta''(양자 이론에 관한 연구)에서 전자파 이론을 소개했다.^[57] 이 논문에는 막스 플랑크와 알베르트 아인슈타인의 빛에 대한 연구를 바탕으로 한 물질의 파동-입자 이중성 이론이 포함되어 있었고, 드 브로이 가설로 이어졌다. 드 브로이는 이 연구를 통해 에너지(파동)와 물질(입자)의 물리학을 통합하여 파동 역학이라는 새로운 분야를 개척했다. 그는 이 공로로 1929년 노벨 물리학상을 수상했다.

이후 드 브로이는 파동 역학의 인과적 설명을 개발하려 노력했으며, 이는 1950년대 데이비드 봄에 의해 다듬어져 드 브로이-봄 이론으로 알려졌다. 그는 현대 과학적 발견의 가치를 포함한 과학철학에 대해서도 저술했다.

드 브로이는 중성미자와 광자가 매우 작지만 0이 아닌 정지 질량을 갖는다고 주장했다.^[57] 또한 입자의 실제 질량은 일정하지 않고 가변적이며, 각 입자는 작용의 순환 적분에 해당하는 열역학적 기계로 나타낼 수 있다고 보았다. 1924년 논문의 두 번째 부분에서 그는 최소 작용의 기계적 원리를 페르마의 광학 원리와 동등하게 사용했다. 1934년에는 광자가 두 개의 디랙 중성미자의 융합과 같다는 이론을 제시하기도 했다.

드 브로이는 물리학의 세 가지 원리인 페르마, 모페르튀이, 카르노의 원리들을 결합하여 고립된 입자의 숨겨진 열역학을 설명하려 했다. 이 작업에서 작용은 엔트로피와 반대되는 개념으로, 불확정성 원리를 작용의 극값 주변의 거리로 설명한다.

그는 1930년 에디션스 헤르만(Éditions Hermann)에서 출판한 책 시리즈 《과학 및 산업 뉴스(Actualités scientifiques et industrielles)》를 창간했다.^[58] 1933년 과학 아카데미 (프랑스)의 회원이 되었고, 1942년부터 아카데미의 상임 비서가 되었다. 1944년에는 아카데미 프랑세즈에 선출되었고, 유네스코는 과학 지식을 대중화한 공로를 인정하여 1952년에 칼링가 상을 수여했다. 1953년에는 왕립학회의 외국인 회원으로 선출되었다.

3. 1. 엑스선과 광전 효과 연구

루이 드 브로이는 1920년대 초, 그의 형인 모리스 드 브로이의 연구실에서 광전 효과와 X선의 성질에 대한 연구를 수행했다.^[13] 이 연구에서 그는 X선 흡수를 보어 이론을 사용하여 설명하고, 광전자 스펙트럼 해석에 양자 원리를 적용했으며, X선 스펙트럼의 체계적인 분류를 제시했다.^[13]

X선 스펙트럼 연구는 원자 내부 전자껍질의 구조를 밝히는 데 중요한 역할을 했다(광학 스펙트럼은 바깥쪽 껍질에 의해 결정됨). 알렉상드르 다뷔이유와 함께 수행한 실험 결과는 원자 내 전자 분포에 대한 기존 방식의 결점을 드러냈으며, 이러한 어려움은 에드먼드 스토너에 의해 해결되었다.^[24] 또한, X선 스펙트럼에서 선의 위치를 결정하는 데 사용되는 좀머펠트 공식의 불충분함을 밝혀냈는데, 이는 전자 스핀의 발견 이후 해결되었다. 1925년과 1926년에는 레닌그라드의 물리학자 오레스트 크볼손이 X선 분야에서의 업적으로 드 브로이 형제를 노벨상 후보로 추천하기도 했다.^[12]

3. 2. 물질파 이론

드 브로이는 알베르트 아인슈타인의 광자 이론과 아서 컴프턴의 컴프턴 효과 발견에 영향을 받아, 모든 물질이 파동의 성질을 가진다는 물질파 이론을 제창했다. 1923년 9월 10일 파리 과학 아카데미 회의에서 "파동과 양자"(Ondes et quanta^프랑스어)라는 짧은 노트를 통해 자신의 아이디어를 발표했다.^[26]

그는 드 브로이 방정식 (

\lambda = \frac{h}{p}

)을 통해 물질의 파장(λ)과 운동량(p) 사이의 관계를 정립했다. 여기서 h는 플랑크 상수이다.^[39]^[40] 이 방정식은 광자의 운동량 p를 p=

\tfrac{E}{c}

, 광자의 파장 λ를 λ=

\tfrac{c}{f}

(c는 진공 속의 광속)로 한 아인슈타인 방정식의 일반화이다.

드 브로이의 물질파 가설은 1927년 조지 패짓 톰슨, 클린턴 데이비슨과 레스터 저머에 의해 실험적으로 검증되었다. 애버딘 대학교의 조지 패짓 톰슨은 얇은 금속 다결정 필름에 전자빔을 통과시켜 간섭 패턴을 확인했고, 벨 연구소의 클린턴 데이비슨과 레스터 저머는 니켈 단결정 격자에 전자빔을 통과시켜 동일한 결과를 얻었다. 1928년에는 일본의 키쿠치 마사시도 운모 박막에 의한 전자선의 간섭 현상을 관찰했다.

드 브로이의 이론은 에르빈 슈뢰딩거가 파동 역학을 공식화할 때 기초가 되었다.

3. 3. 기타 과학적 업적

드 브로이는 중성미자와 광자가 매우 작지만 0이 아닌 정지 질량을 갖는다고 주장했다.^[57] 광자가 질량이 아주 크지 않다는 것은 그의 이론의 일관성에 의해 부과되었다. 덧붙여서, 질량이 없는 광자 가설에 대한 이러한 거부는 그로 하여금 우주 팽창 가설을 의심하게 만들었다.

또한 그는 입자의 실제 질량은 일정하지 않고 가변적이며 각 입자는 작용의 순환 적분에 해당하는 열역학적 기계로 나타낼 수 있다고 믿었다.

1924년 논문의 두 번째 부분에서 드 브로이는 최소 작용의 기계적 원리를 페르마의 광학 원리와 동등하게 사용했다. "위상파에 적용된 페르마의 원리는 움직이는 물체에 적용된 모페르투이의 원리(Maupertuis's principle)와 동일하다. 움직이는 물체는 파동의 가능한 광선과 동일합니다." 이 동등성은 1세기 전에 해밀턴에 의해 지적되었고 원자 현상의 기술에 관련된 물리학의 기본 원리에 대한 어떠한 경험도 증명하지 못한 시대인 1830년경에 그가 출판했다.

그의 마지막 작업까지 그는 20세기 초 막스 플랑크가 (그의 엔트로피의 차원과 함께) 유일하게 보편적인 통일성을 보여주었던 작용의 차원을 가장 추구한 물리학자로 보였다.

1934년에 시작된 이 이론은 광자가 두 개의 디랙 중성미자의 융합과 같다는 생각을 도입한다. 현재는 대다수의 물리학자들에 의해 받아들여지지 않는다.

드 브로이의 최종 아이디어는 고립된 입자의 숨겨진 열역학이었다. 물리학의 가장 먼 세 가지 원리인 페르마(Fermat), 모페르튀이(Maupertuis), 카르노_Carnot의 원리들을 결합하려는 시도이다.

이 작업에서 작용은 다음 방정식과 같이 일종의 엔트로피와 반대가 된다.

:

{\text{작용}\over h} = -{\text{엔트로피}\over k}

그 영향으로, 이 이론은 불확정성 원리를 작용의 극값(extrema of action) 주변의 거리, 즉 '엔트로피 감소'에 해당하는 거리로 되돌린다.

4. 과학 철학

드 브로이는 현대 과학적 발견의 가치를 포함한 과학철학에 대해 생각하고 저술했다.^[58] 그는 양자 역학의 확률론적 해석에 반대하며, 인과적 설명을 개발하려고 노력했다.^[57] 그의 후기 연구는 데이비드 봄에 의해 발전되어 드 브로이-봄 이론으로 알려졌다.^[57]

막스 보른이 통계적 접근을 통해 "모순을 사라지게 하는 것"을 주장하는 것과는 별개로, 드 브로이는 파동-입자 이중성을 모든 입자(및 회절의 효과를 나타내는 결정)로 확장하고 이중성의 원리를 자연의 법칙으로 확장했다.

그의 마지막 작업은 열역학 및 역학의 두 가지 큰 시스템에서 단일 법칙 시스템을 만들었다. 그는 볼츠만과 그의 연속자들이 열역학에 대한 통계적 해석을 개발했을 때 열역학을 역학의 복잡한 분야로 간주할 수 있었다고 생각했다. 그러나 그의 실제 아이디어로 볼 때 열역학의 단순화된 분기인 것처럼 보이는 것은 역학이라고 그는 생각했다. 그는 지난 몇 년 동안 양자 이론에 도입한 모든 아이디어 중에서 가장 중요하고 가장 심오한 것은 바로 그 아이디어라고 생각했다.

그 아이디어는 연속-불연속 이중성과 일치하는 것 같다. 연속 한계로의 전환이 가정될 때 그것의 역학이 열역학의 한계가 될 수 있기 때문이다. 그는 역학 법칙 체계를 완성하기 위해서는 "건축학적 원리(architectonic principles)"가 필요하다고 주장한 라이프니츠의 주장과도 가깝다고 했다.

그러나, 그에 따르면, 대립의 의미에서 종합보다 덜 이중성이 있으며 (하나는 다른 하나의 한계임) 종합의 노력은, 첫 번째 변은 역학에 관계하고 두 번째 것은 광학에 관련되는 그의 첫 번째 공식에서와 같이, 그에 따르면 일정하다.

: $m c^2 = h \nu$

5. 수상 및 영예

연도	수상 및 영예
1929년	노벨 물리학상^[16]
1929년	앙리 푸앵카레 메달
1932년	알베르 1세 상
1938년	막스 플랑크 메달
1938년	왕립 스웨덴 과학한림원 펠로우
1939년	미국 철학 학회 국제 회원^[32]
1944년	아카데미 프랑세즈 펠로우
1948년	미국 국립 과학 아카데미 국제 회원^[33]
1952년	유네스코 칼링가 상
1953년	왕립 학회 펠로우^[70]^[34]
1958년	미국 예술 과학 아카데미 국제 명예 회원^[35]
1961년	레지옹 도뇌르 훈장 대십자 훈장
1975년	헬름홀츠 메달

6. 저술

''Recherches sur la théorie des quanta'' (양자 이론 연구), 논문, 파리, 1924, Ann. de Physique (10) '''3''', 22 (1925).^[15]
''Introduction à la physique des rayons X et gamma'' (X선 및 감마선 물리학 서론), 모리스 드 브로이와 공저, Gauthier-Villars, 1928.
Ondes et mouvements|파동과 운동^프랑스어 [https://gutenberg.beic.it/webclient/DeliveryManager?pid=3903635] 1926.
''Rapport au 5ème Conseil de Physique Solvay'' (제5차 솔베이 물리학 회의 보고서), 브뤼셀, 1927.
Mecanique ondulatoire|파동역학^프랑스어 [https://gutenberg.beic.it/webclient/DeliveryManager?pid=3937499] 1928.
Recueil d'exposés sur les ondes et corpuscules|파동과 입자에 관한 논문집^프랑스어 [https://gutenberg.beic.it/webclient/DeliveryManager?pid=3898660] 1930.
''Matière et lumière'' (물질과 빛), 파리: Albin Michel, 1937.
''La Physique nouvelle et les quanta'' (새로운 물리학과 양자), Flammarion, 1937.
''Continu et discontinu en physique moderne'' (현대 물리학에서의 연속과 불연속), 파리: Albin Michel, 1941.
''Ondes, corpuscules, mécanique ondulatoire'' (파동, 입자, 파동역학), 파리: Albin Michel, 1945.
''Physique et microphysique'' (물리학과 미시물리학), Albin Michel, 1947.
''Vie et œuvre de Paul Langevin'' (폴 랑주뱅의 생애와 업적), 프랑스 과학 아카데미, 1947.
''Optique électronique et corpusculaire'' (전자 및 입자 광학), Herman, 1950.
''Savants et découvertes'' (과학자와 발견), 파리, Albin Michel, 1951.
''Une tentative d'interprétation causale et non linéaire de la mécanique ondulatoire: la théorie de la double solution'' (파동역학의 원인적 비선형 해석 시도: 이중 해법 이론). 파리: Gauthier-Villars, 1956.
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''Nouvelles perspectives en microphysique'' (미시물리학의 새로운 전망), Albin Michel, 1956.
''Sur les sentiers de la science'' (과학의 길 위에서), 파리: Albin Michel, 1960.
''Introduction à la nouvelle théorie des particules de M. 장-피에르 비지에 et de ses collaborateurs'' (장-피에르 비지에와 그의 동료들의 새로운 입자 이론 소개), 파리: Gauthier-Villars, 1961.
* 영어 번역: ''Introduction to the Vigier Theory of elementary particles'' (비지에의 기본 입자 이론 소개), 암스테르담: Elsevier, 1963.
''Étude critique des bases de l'interprétation actuelle de la mécanique ondulatoire'' (현대 파동역학 해석의 기초에 대한 비판적 연구), 파리: Gauthier-Villars, 1963.
* 영어 번역: ''The Current Interpretation of Wave Mechanics: A Critical Study'' (현대 파동역학 해석: 비판적 연구), 암스테르담, Elsevier, 1964.
''Certitudes et incertitudes de la science'' (과학의 확실성과 불확실성), 파리: Albin Michel, 1966.
루이 아르망, 피에르 앙리 시몽 등과 공저. ''알베르트 아인슈타인''. 파리: Hachette, 1966.
* 영어 번역: ''Einstein''. Peebles Press, 1979.^[36]
''Recherches d'un demi-siècle'' (반세기의 연구), Albin Michel, 1976.
''Les incertitudes d'Heisenberg et l'interprétation probabiliste de la mécanique ondulatoire'' (하이젠베르크의 불확정성 원리와 파동역학의 확률적 해석), Gauthier-Villars, 1982.

참조

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