物理历史上不乏传奇,除了我们经常谈论的牛顿、爱因斯坦之外,其实还有德布罗意。这个人也是一个挂神。网络上经常把他的事迹渲染为纨绔子弟不学无术,东拼西凑靠着一页纸的博士论文混得博士学位,结果论文被爱因斯坦看到,最后拿下来诺贝尔物理学奖。

然而这样的网络故事终究也只是故事罢了,德布罗意的人生已经足够传奇,没有必要再为他如此添砖加瓦。

德布罗意出身于贵族世家,德布罗意家族自17世纪以来在法国军队、政治、外交方面颇具盛名,数百年来在战场上和外交上为法国各朝国王服务。年路易十五封德布罗意家族族长为德布罗意公爵,第一代公爵的儿子曾在七年战争中为哈布斯堡家族出力作战,获得神圣罗马帝国亲王封号,家族中每一个成员都可享有这一封号。德布罗意的祖父J·V·A·德布罗意更是法国著名政治家和国务活动家,还担任过法国总理和外交部长等职务。后来德布罗意的大哥实验物理学家莫里斯继承了第六代公爵之位。时至今日,德布罗意家族依然是法国非常有威望的显赫家族。

德布罗意家族徽章

可以说德布罗意家世显赫,但是德布罗意却不是一个纨绔子弟,直到年他代替去世的哥哥继承公爵之位,生活依然非常简朴,他卖掉了贵族世袭的豪华巨宅,选择住在平民小屋,上班通勤,他喜欢步行,或搭巴士,也不曾拥有私人汽车。德布罗意对人彬彬有礼,绝不发脾气,是一位贵族绅士。而且他一生献给科研,从未结婚。

德布罗意在华沙聚餐照片

德布罗意一开始的专业是历史专业,他从小时候就特别喜欢读书,在文学领域特别有才华,所以他从18岁开始就在巴黎索邦大学学习历史,仅仅是一年的时间就凭借关于年统治者以及阁员和议会更替的论文获得相关学士学位,从这你可以看的出来他的天赋,即使没有从事物理研究,也会是一名著名的历史学家、文学家。

他之所以半路出家从事物理研究,完全是因为他哥的缘故,他哥莫里斯是有名的实验物理学家,我们知道,作为家族长子,人家是有“王位”要继承的,所以莫里斯从出身就注定要奉献给法兰西的政治、外交、军事事业。但是莫里斯并不喜欢从事这些工作,但因为家族的强烈反对,所以他只能一边从事海军工作,一边在家里从事科学实验,他主要是从事研究X射线方面的研究工作。

右二莫里斯右三德布罗意

谈论二十世纪物理,一定不能绕开索尔维会议,二十世纪初,实业家欧内斯特·索尔维创立了索尔维会议,年,第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开,以后每3年举行一届。

当时年第一届索尔维会议召开的时候,莫里斯以科学秘书的身份参加了第一届索尔维会议。那次会议的主题就是"辐射理论和量子",普朗克、爱因斯坦等一批物理学大师都在会上作了精彩的报告。会后,莫里斯协助朗之万将这些报告和讨论内容编辑成册,并用法文出版。

第一届索尔维会议,大家都能认出谁来

当时德布罗意看到莫里斯整理的册子,了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作,再加上之前也经常到哥哥的大实验室拜访,帮助哥哥进行一些物理实验,所以德布罗意对物理学产生了浓厚的兴趣。

后来,经过深思熟虑,他便决定转专业从事物理领域研究,仅仅三年,在年时他就获得理学学士学位,大家应该都知道从文科跨界理科的难度有多大。

不过因为第一次世界大战的爆发,德布罗意要在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役,所以不得不中断了正在进行的物理研究。但是在这服役期间他大量拜读普朗克、爱因斯坦、庞加莱的著作,除此之外,有关无线电波的知识也给他留下了深刻的印象。

在电报站的德布罗意

直到6年以后,也就是年,德布罗意才再次从事物理研究,因为哥哥的关系,他得以拜师于朗之万,而且因为经常进行X射线的研究,再加上时年在剑桥大学卡文迪许实验室,约瑟夫·约翰·汤姆孙在研究阴极射线时就已经发现电子,所以德布罗意在哥哥的实验室里不仅获得了许多原子结构的知识,而且接触到了X射线时而象波、时而象粒子的奇特性质。他开始对粒子的特性产生了疑问。

光的波粒二象性

我们知道,自从牛顿开始,科学家对于光究竟是呈波动性还是粒子性展开了长达年的论战,爱因斯坦从托马斯·杨的双缝实验中提出了光电效应的光量子解释,人们才开始意识到光同时具有波和粒子的双重性质。

牛顿和惠更斯掀起了年的波粒大战

为了解释X射线上出现的现象,年,德布罗意重新开始研究理论物理,特别是关于量子问题,在年9月和10月,德布罗意在《法国科学院院导报》上发表了的三篇有关波和量子的短篇论文,这个时候就已经初显他物质波的思想。

所以说他花花公子,不务正业,博士论文东拼西凑全都是网络段子。

最终,年,德布罗意在其博士论文《量子理论的研究》中初步提出了相位波也就是物质波的概念,在这篇论文中运用了两个最亮眼的公式:E=hv和E=mc2。

德布罗意博士论文部分截图,论述光子能量公式部分,需要完整论文的可以和我要链接

这都是爱因斯坦最著名的关系式,前者对光子能量而言(第一个公式的提出有普朗克的功劳),后者是描述质量与能量之间的当量关系。

德布罗意把两个公式综合再作出假设,他认为光量子的静止质量不为零,而像电子等一类实物粒子则具有频率的周期过程。

所以在论文中他才得出一个石破天惊的结论,任何实物微粒都伴随着一种波动。

这种波被德布罗意称为称为相位波。

相位波

在这个博士论文中,德布罗意首次正式提出了“波粒二象性”,他指出波粒二象性不只是光子才有,一切微观粒子,包括电子和质子、中子,都具有波粒二象性。他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上,指出:具有质量m和速度v的运动粒子也具有波动性,这种波的波长等于普朗克恒量h跟粒子动量mv的比,即λ=h/(mv)。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。而且根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象。

电子衍射

德布罗意的理论可以说为持续了整整年的波粒大战画上了休止符,不过德布罗意的博士论文可不止一页,很多人拿德布罗意的论文出来批判中国博士论文的审核制度,说在中国字数少的论文连答辩资格都没有。

然而德布罗意的论文有一百多页,其中英译本有72页,德译本有页。并且他的论文写的非常严谨细致,从X射线上观测到的具体现象出发,经过了周密的论证,得出了结论。

光是百度文库翻页都有81页

德布罗意在博士论文中提出的这个大胆且前卫的假说当时震惊了所有参与答辩的导师,要知道,当时参与答辩的导师可都是科学泰斗,包括诺奖得主佩兰。不过凭借着论文的细致周密,再加上答辩时的侃侃而谈,德布罗意顺利通过了博士答辩。

但出于对科学的严谨,朗之万将论文寄给了爱因斯坦请他再审核一遍。(所以也不存在什么郎之万怕得罪德布罗意家族,勉强让他答辩通过,再把这块烫手的山芋踢给爱因斯坦的说法。)

对朗之万感兴趣的,可以百度一下他和居里夫人的悲剧爱情故事

爱因斯坦看到后非常高兴。他没有想到,自己提出的光量子假说,在德布罗意手里发展成如此丰富的内容,竟扩展到了运动粒子。当时爱因斯坦正在撰写有关量子统计的论文,于是就在其中加了一段介绍德布罗意工作的内容,高度赞扬和强调德布罗意论文中思想的重要性。

原本因为太超前无人问津的德布罗意的论文,在得到爱因斯坦的高度评价后,在科学界引起了



转载请注明地址:http://www.falanxibaoa.com/flxbwh/6492.html