从量子到宇宙:德布罗意的惊人假设

  发出疑问的这个人叫德布罗意,法国人。他原来是学历史的,他的哥哥是研究X射线的专家,在哥哥的影响下,德布罗意对物理前沿进展很感兴趣,于是就改行攻读物理博士学位。也许正因如此,他对经典物理学的条条框框并不感冒。1924年,德布罗意在博士论文中提出了一个令人瞠目结舌的观点:实物粒子和光一样,也具有波粒二象性!

  “1923年,我独自苦苦思索了很久,突然有了一个想法,爱因斯坦1905年的发现应当得到推广,运用到所有的物质粒子,特别是电子上。”

  式中,λ为粒子的德布罗意波的波长,ν为德布罗意波的频率,h是普朗克常数。

  实物粒子在运动时,伴随着波长为λ的德布罗意波(也叫物质波)。德布罗意推导出的关系式虽然形式上和爱因斯坦的光子关系式一样,但却是一个全新的假设。德布罗意波与光波不同,光速c既是光波的传播速度,又是光子的运动速度;而实物粒子的运动速度并不等于德布罗意波的传播速度。

  这个观点太大胆了,因为从来没有人观察到电子、原子、分子等实物粒子居然也有波动性。德布罗意的导师郎之万实在无法评价其论文的价值,不知是否应该接受他的论文,最后干脆寄了一份给爱因斯坦,让他来做做评价。

  爱因斯坦的非凡的科学洞察力让他立刻意识到德布罗意波的思想具有的重大意义。他在回信中对论文大加赞赏,于是郎之万接受了德布罗意的论文并允许他参加答辩。

  在博士论文答辩时,有评委提问用什么实验可以验证这一新观念,德布罗意答道:“通过电子在晶体上的衍射实验,应当有可能观察到这种假定的波动效应。”但是当时并没有人做过这样的实验,所以答辩委员会也无法评判论文的价值,好在大家知道爱因斯坦对论文的评价很高,所以德布罗意顺利拿到了博士学位。

  德布罗意答辩结束三周后,爱因斯坦写信向洛伦兹介绍了德布罗意的博士论文。他在信中写道:“我相信这是揭开物理学最困难谜题的第一道微弱的希望之光。”

  然后爱因斯坦很快就在自己撰写的一篇有关量子统计的论文中专门介绍了德布罗意的工作。他写道:“一个物质粒子或物质粒子系可以怎样用一个波场相对应,德布罗意先生已在一篇很值得注意的论文中指出了。”

  路易·维克多·德布罗意(Louis Victor de Broglie,1892—1987年),法国物理学家。他出生于塞纳河畔一个显赫的贵族家庭,从小就酷爱读书。中学时代显示出文学才华,从18岁开始在巴黎索邦大学学习历史,并于1910年获得历史学位。1911年,他听到作为第一届索尔维会议秘书的哥哥谈到物理学家们在会议上关于光、辐射、量子性质等问题的讨论后,产生了强烈的兴趣,于是转而研究理论物理学,并于1913年获理学学士学位。第一次世界大战期间,德布罗意在埃菲尔铁塔上的军用无线年退役后,在巴黎索邦大学跟随朗之万攻读物理学博士学位。1924年,他完成了博士论文《量子理论研究》,提出了实物粒子也具有波粒二象性的观点,开启了量子力学的新纪元。1926年,德布罗意还试着发展一种不同于概率解释的导波理论,用因果关系来解释波动力学。20世纪50年代,美国物理学家大卫·玻姆(David Bohm)对这一理论又加以发展,成为现在的德布罗意玻姆理论,当然这个理论目前处于量子理论的主流之外。

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