世襲貴族卻走上科學道路的德布羅意

2020-12-05 笑看科普吧

路易·維克多·德布羅意,法國物理學家,他出生在一個貴族家庭,他的家族為法國各個王朝在政治、軍隊、外交方面都做出了很大的貢獻,不幸的是他從小父母早逝,再這樣的環境中造就了他謙遜、平易近人的性格。小時候的德布羅意熱愛讀書,尤其喜歡文學方面內容,18歲的時候進入巴黎索邦大學學習歷史,並獲得了文學學士學位。不久之後他聽說了索爾維物理討論會第一屆秘書莫裡斯對光、輻射、量子性質等問題的討論後對自然科學產生了極大的興趣,轉頭研究理論物理學,也算個半路出家。一戰期間他借電報站工作的機會熟悉了電波知識,他哥哥是研究X射線領域的,從他哥哥那裡了解到了量子力學的知識,激發了他研究量子物理的興趣。

德布羅意因提出了著名的物質波理論而出名。德布羅意最初跟隨哥哥的導師朗萬之研究物理,也跟隨他哥哥研究X射線,他發現X射線時而波動性時而粒子性,他哥哥的朋友亨利·布拉格主張X射線的粒子性,他和他哥哥也經常討論波和粒子的關係,促使了德布羅意開始研究愛因斯坦提出的波粒二象性。他在法國物理學家布裡淵提出解釋玻爾定態軌道原子模型理論的基礎上,把以太的波動性賦予電子進一步研究原子。1923年他發表了三篇文章,第一篇他提出實物粒子也有波粒二象性,認為與運動粒子相應的還有一正弦波,兩者總保持相同的位相,這是他假象的非物質波。第二篇他提到了驗證這一觀點的實驗,穿過一個相當小的開孔的電子群會表現出衍射現象。第三篇提出:"只有滿足位相波諧振,才是穩定的軌道"。第二年在他的博士論文總提到諧振條件是l=nλ,電子軌道的周長是位相波波長的整數倍。並認為通過電子在晶體上的衍射實驗可能觀察到這種假定的波動的效應。他的理論得到了愛因斯坦的關注與支持,他也因此獲得了諾貝爾獎,成為了第一個憑藉博士論文就獲得諾貝爾的人。

德布羅意提出的物質波其實是把波粒二象性推廣到了宏觀粒子上,解釋粒子在某處鄰近出現的概率與該處波的強度成正比。正是他的物質波理論促成了薛丁格波動力學的創始,他的這種理論被戴維森用他提出的實驗所證實,P·G·湯姆遜也通過自己的實驗驗證了物質波的存在,三人都因對物質波的研究獲得了諾貝爾獎。深居簡出彬彬有禮的德布羅意公爵最終在1960年逝世,一生單身未婚只有兩位隨從。

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