L.V.德布罗意教授 1929年获物理学奖

  “如果你是一位爱好文学的物理学者,也许你能获诺贝尔奖。”

  我是在大学上物理课时,听老师讲过德布罗意著名的物质二重性理论的,即一切微观粒子都像光一样具有波粒二象性。我至今都还记得自己当时听到这一理论后惊讶地瘫坐在椅子上的情景。试想一下,当你在砧板上准备切鱼时,这条鱼突然化成波,在你眼前消失了,这不是科幻世界的一幕吗?据说,如果把鱼切小,小到可以进入微观世界甚至更小的世界中去观察,我们会发现这条鱼就具有波粒二象性。这一切与其说是物理的世界,还不如说是文学的世界、哲学的世界。

德布罗意出生于贵族家庭。按当时的习惯幼儿时,他不去学校,而是请家庭教师在家里教他念书。大学时代他攻读历史,毕业时获文学学位。由于出身高贵,毕业后不必求职工作,而是闲居在家。

  一天,他无意中看到学物理的哥哥忘在家中的一份学术会议记录。这份材料是哥哥参加在比利时布鲁塞尔召开的关于“光量子理论”的学术会议时记下来的。会议记录一下子吸引住了德布罗意,使他忘掉了周围的一切。

  他受到如此强烈的冲击。因为他知道了一位叫爱因斯坦的人提出了“光即是波长也是粒子”的光量子理论。他想:“光是波,这不难理解,就像雨后的彩虹,由于各色光的波长不一样,它们遇到水珠后产生的折射率也不相同,使原本混在一起的各色光产生错位,形成我们看到的七色彩虹。然而将光看作是粒子,也就是一种物质,这太让人不能理解了。看来要想了解其中的奥秘,只有再上大学,去学物理!”

德布罗意果真再上大学攻读物理学。学习期间他了解到,波动不是粒子,但光是波动,并且是粒子,这一学说已通过实验得到确认。他想:“那么波动(非粒子)和粒子是互相矛盾的,应该怎样理解这个矛盾呢?”这虽然是个物理问题,但对德布罗意来说也是一个哲学问题。他对做实验没有兴趣,也不喜欢理论物理中常用的数学,因此他采用哲学的思维方式来思考这一矛盾。

  他苦思冥想,累得迷迷糊糊、似睡非睡。突然,他醒悟到:矛盾就是一种存在,应该原封不动地接受它。如果认定只有光才有这种二象性,当然就会产生为什么光具有这种二象性的疑问。包括自己在内的许多人都拼命要解答这个问题。但是,如果这种二象性不仅仅是光,而是万物的共性,把光作为万物中的一部分来考虑,那会怎么样呢?

德布罗意把任何物质都具有波粒二重性的理论作为自己在巴黎大学的博士论文提交给学校。然而巴黎大学却把这篇论文看作是贵族子弟的想入非非,认为从哲学角度看,这篇论文有着难以衡量的大胆设想和推理,但大学无法判断其价值,因此不能授予学位。这实际上是婉言拒绝了他的论文。

  虽然没有获博士学位,但德布罗意自认为已经解决了光的二重性难题,从此离开了纯物理学研究,转而成为科学评论家。

  当时,谁也没有继续追究德布罗意的物质二重性理论,直到薛定谔研究出被动方程式。这个方程式能够正确表现构成物质的原子内的电子状况。以后又有其他人也通过实验证明了物质粒子也存在波的性质。

 

粒波二象性的实证 德布罗意 提出的物质波理论是在该论文发表后的第4年才得到证实的。先是戴维逊偶然发现了电子遇到镍电极时产生的衍射现象,后来,G.P.汤姆逊观测了电子射线的衍射干涉现象后,得到与德布罗意相同的理论公式。

  另一方面,使德布罗意苦恼万分的光的粒子性又是如何证实的呢?它是通过光电效应得到证实的。当光落在金属表面时,会产生电子飞起来的现象,这是1888年哈尔亘克斯发现的。因其可以显示光的粒子性,所以很出名。如果只把光作为波来考虑,就无法解释上述发现。顺便说一下,正式提出光具有波、粒二象性即光量子理论 的是爱因斯坦(1905年)。

德布罗意的博士论文虽然没有使他获得博士头衔,却使他荣获1929年诺贝尔物理学奖。

德布罗意为什么能想到万物皆有二重性并获诺贝尔奖呢?

  从整个过程看,他思索探求达到了痴迷忘我的境地,最后,把矛盾着的现象作为矛盾的存在接受了。其实,时至今日,人们仍然认为尖端物理学领域实际上是哲学世界。如果你也能像德布罗意那样拼命思索和推理,借哲学之力攀登物理高峰,那你就给自己创造了一个获诺贝尔奖的机会。

  提出光的波粒二象性,理论涉及世界万物,获诺贝尔奖。

 

路易·维克多·德布罗意

(Louis Victorde Broglie)

  1892年生于法国。出身贵族名门德布罗意家族。毕业于巴黎大学。1932年任巴黎大学教授。曾在彭加勒研究所任研究员。由于提出著名的电子具有波动性的假设,为薛定谔的波动力学建立了理论基础。1929年获诺贝尔物理学奖。1987年逝世。