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FORMULATION DES BASES DE LA MÉCANIQUE QUANTIQUE

Louis de Broglie (1892-1987) publie en 1923 trois notes dans les Comptes rendus de l’Académie des sciences (t. 177) : la première, sobrement titrée « Ondes et quanta » ; la deuxième sur la diffraction et les interférences des quanta de lumière ; la troisième sur les quanta, la théorie cinétique des gaz et le principe de Fermat. Les deux premières, présentées par Jean Perrin (1870-1942) à l’Académie en septembre 1923, initient ce qu’il est convenu d’appeler la « mécanique ondulatoire », précurseur de la mécanique quantique développée les années suivantes par de multiples physiciens.

Le prince de Broglie propose d’abord une analogie entre, d’une part, « l’atome de lumière » et l’onde électromagnétique qui lui est attachée et, d’autre part, un électron et son « onde fictive » associée ; il démontre qu’il est « presque nécessaire » pour que l’électron ait une trajectoire fermée stable, que l’onde ait une fréquence égale à son énergie divisée par la constante de Planck. Cette onde guide les déplacements de l’énergie et intervient donc dans la dynamique. Sans feinte modestie, de Broglie souligne que cette « nouvelle dynamique du point matériel est à l’ancienne dynamique [y compris les travaux d’Einstein sur ce sujet] ce que l’optique ondulatoire est à l’optique géométrique » et que « la synthèse proposée paraît le couronnement logique du développement comparé de la dynamique et de l’optique depuis le xviie siècle ».

De Broglie développera ses résultats dans sa thèse d’État de physique théorique, soutenue en 1924, sous la direction de Paul Langevin (1872-1946). Dans son introduction, il souligne que les résultats de Planck et Einstein l’amènent à postuler la proportionnalité du vecteur impulsion d’une particule au vecteur de propagation d’une onde. Les rayons formés par cette onde sont alors identiques aux trajectoires de cette particule et le principe de Fermat appliqué à l’onde est identique au principe de moindre action de Maupertuis appliqué à la particule. Dans sa conclusion, il note que les nouvelles idées qu’il a développées pourraient hâter la nécessaire synthèse des deux conceptions opposées du rayonnement : comme ondes, d’une part ; comme corpuscules, d’autre part. Il s’excuse du caractère encore vague des notions introduites et souligne le caractère provisoire de cette nouvelle théorie. Rapidement traduite en allemand, sa thèse aura une profonde influence sur les travaux du physicien autrichien Erwin Schrödinger (1887-1961), qui proposera en 1925 la célèbre équation décrivant l’évolution de la fonction d’onde d’une particule.

Le prix Nobel de physique récompensera en 1929 de Broglie pour « sa découverte de la nature ondulatoire des électrons ». Il sera élu membre de l’Académie des sciences en 1933.

— Bernard PIRE

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Écrit par

  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Bernard PIRE. FORMULATION DES BASES DE LA MÉCANIQUE QUANTIQUE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

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