基本支撐體系物理學(xué)史庫物理學(xué)家-“江南聯(lián)賽”一等獎

路易斯·德布羅意一、生平簡介路易斯·德布羅意(LouisdeBroglie,1892～1987)出生在法國一個顯赫的貴族家庭。中學(xué)畢業(yè)后進(jìn)入巴黎大學(xué)攻讀歷史，1910年獲得歷史學(xué)碩士學(xué)位。在他哥哥、著名的X射線物理學(xué)家莫里斯·德布羅意(MauricedeBroglie,1875～1960)的影響下，對物理學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，并在他哥哥的私人實驗室里進(jìn)行物理學(xué)的研究工作。特別是在閱讀了第一屆索爾維會議的學(xué)術(shù)報告和論文后，就下決心去弄清楚普朗克引入的量子概念的真正本性。在獲得了科學(xué)碩士學(xué)位后，他的研究工作被第一次世界大戰(zhàn)所打斷。大戰(zhàn)結(jié)束后，他又繼續(xù)從事物理學(xué)的研究工作，并在朗之萬(PaulLangevin,1872～1946)的指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位。1924年獲巴黎大學(xué)博士學(xué)位，在博士論文中首次提出了“物質(zhì)波”概念。1926年起在巴黎大學(xué)任教，1932年任巴黎大學(xué)理學(xué)院理論物理學(xué)教授，1933年被選為法國科學(xué)院院士，1942年起任該院常任秘書。1945年，莫里斯和路易斯·德布羅意兄弟倆被任命為法國原子能高等委員會顧問，他們對原子能的和平發(fā)展以及加強科學(xué)和工業(yè)的聯(lián)系深感興趣。作為科學(xué)院的終身秘書，德布羅意強烈要求該機構(gòu)考慮熱核爆炸的有害后果。1962年退休。

二、科學(xué)成就1923年9月至10月間，德布羅意在《法國科學(xué)院通報》上接連發(fā)表了三篇論文：《輻射——波和量子》、《光學(xué)——光量子、衍射和干涉》、《物理學(xué)——量子、氣體運動理論以及費馬原理》。在這幾篇短文中，提出了現(xiàn)在稱為“德布羅意波”的思想。1824年，在題為《量子理論研究》的博士論文中，系統(tǒng)地闡述了他在前幾篇文章中提出的相波理論，并于同年11月27日在佩蘭的主持下通過了博士論文答辯。在《量子理論研究》的提要中，他首先說明了他所追求的目標(biāo)。他說：“光學(xué)理論的歷史表明科學(xué)思想曾有很長一段時間徘徊于光的動力學(xué)解說和波動學(xué)解說之間，這兩種解說毫無疑問并不像人們曾認(rèn)為的那樣是彼此對立的，量子理論的發(fā)展似乎證實了這一結(jié)論?！钡虏剂_意非常欣賞愛因斯坦的光量子假說，但是他又認(rèn)為愛因斯坦的光量子理論也有其不徹底性，只不過使粒子說又重新抬頭而已。他希望粒子觀點和波動觀點統(tǒng)一起來，即在光的理論中同時引進(jìn)粒子概念和周期性概念，以進(jìn)一步揭示“量子”的真正含義。他在論文中寫道：“考慮到頻率和能量的概念之間存在著一個總的關(guān)系，在本文中我們認(rèn)為存在著一個其性質(zhì)有待進(jìn)一步說明的周期性現(xiàn)象，它與每個孤立能量塊相聯(lián)系，與靜止質(zhì)量的關(guān)系則遵從普朗克-愛因斯坦方程。這種相對論理論將所有質(zhì)點的勻速運動與某種波的傳播聯(lián)系了起來，而這種波的位相在空間的運動比光速要快?！彼僭O(shè)所有具有動量p和能量E的物質(zhì)客體，如電子等，都具有波動性，其頻率和波長分別由下式給出式中的λ為波長。這兩個假設(shè)是建立波動力學(xué)的物理基礎(chǔ)。當(dāng)1926年E．薛定諤發(fā)表他的波動力學(xué)論文時，曾明確表示：“這些考慮的靈感，主要歸因于德布羅意先生的獨創(chuàng)性的論文?！?927年，美國的C．J．戴維孫和L．H．革末及英國的G．P．湯姆孫通過電子衍射實驗各自證實了電子確實具有波動性。至此，德布羅意的理論作為大膽假設(shè)而成功的例子獲得了普遍的贊賞，從而使他獲得了1929年諾貝爾物理學(xué)獎。后來，德布羅意主要從事的仍是波力學(xué)方面的研究，他在1951年以后著重研究了“雙重解理論”，想要在經(jīng)典的時空概念的基礎(chǔ)上對波動力學(xué)的幾率和因果性作出解釋，但這種努力未獲得成功。德布羅意始終對現(xiàn)代物理學(xué)的哲學(xué)問題感興趣，喜歡將理論物理學(xué)、科學(xué)史和自然哲學(xué)結(jié)合起來考慮，寫過一些有關(guān)的論文。

三、趣聞軼事1．“揭開了巨大帷幕的一角”德布羅意的新理論，開始時并沒有受到物理學(xué)界的重視。因為他的思想是如此新穎，如此大膽，以致于像普郎克、洛侖茲這些人都很難相信它的正確性。即使他的導(dǎo)師朗之萬，雖然認(rèn)為他的想法有很大的獨創(chuàng)性，但也認(rèn)為他的想象過分大膽，幾近荒謬。不過他又想到，玻爾的理論開始時也曾被認(rèn)為是極其荒謬的，說不定德布羅意的想法中包含了一些重要的東西。于是朗之萬還是把德布羅意的論文副本寄給了愛因斯坦，請他提出看法。素來喜歡物理學(xué)上的對稱性的愛因斯坦，一下子就看出了德布羅意的理論正是揭示了光子和物質(zhì)粒子之間的這種對稱性，立即意識到德布羅意思想的深遠(yuǎn)意義，并且想到在他自己關(guān)于理想氣體的新的漲落公式中出現(xiàn)的波干涉項可能正是起源于德布羅意波。所以他熱情地復(fù)信給朗之萬，稱贊德布羅意“已揭開了巨大帷幕的一角”。愛因斯坦當(dāng)時正著手將印度青年物理學(xué)家玻色(S．N．Bose,1894～1974)提出的光子統(tǒng)計理論推廣到單原子理想氣體，他立即吸收了德布羅意的新理論，于1924年9月和1925年2月發(fā)表了他的論文。在論文中他特別提到了德布羅意把一個粒子系統(tǒng)歸結(jié)為一個波場的這篇“非常值得注意”的論文。他還寫道：“看來，粒子的每一運動都伴隨著一個波場，……這個場（它的物理性質(zhì)目前還不清楚）在原則上應(yīng)該是能觀察的?！闭怯捎趷垡蛩固沟耐扑]，德布羅意的工作才引起了物理學(xué)界的廣泛重視，特別是對薛定諤產(chǎn)生了積極的影響，創(chuàng)立了波動力學(xué)。2．科學(xué)著作的高產(chǎn)作家在32歲時，也就是在他發(fā)表了大約兩打關(guān)于電子、原子和X射線問題的論文之后，德布羅意獲得了博士學(xué)位。他的博士論文是他以后研究波動力學(xué)的起點。德布羅意不大滿意薛定諤等人在波動方程中引入的幾率振幅解釋，他在不斷尋