發(fā)布時(shí)間: 2025年01月09日 17:18
2021年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，可以說(shuō)又爆冷了，今年這一獎(jiǎng)項(xiàng)由兩項(xiàng)不同研究背后的三名科學(xué)家共享，且這是物理學(xué)獎(jiǎng)首次頒給氣候?qū)W家。以往諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一般頒發(fā)給純物理方向，氣候變化科學(xué)則相對(duì)偏應(yīng)用，可以說(shuō)從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，他們獲獎(jiǎng)屬于意料之外。
在諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)歷史上，有很多的有趣的事情，比如1929年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就頒給了一位文科生，這位文科生能夠獲獎(jiǎng)，靠的是自己的博士論文，而他的博士論文，更是讓5個(gè)人獲得了諾獎(jiǎng)。這個(gè)人就是德布羅意。
路易·德布羅意生于法國(guó)濱海塞納省的迪耶普。父親是第五代布羅意公爵，布羅意家族從17世紀(jì)以來(lái)在法國(guó)就非常有影響力，數(shù)百年來(lái)在戰(zhàn)場(chǎng)上和外交上為法國(guó)各朝國(guó)王服務(wù)，法國(guó)許多著名的高階軍官、外交、政治人物均來(lái)自這個(gè)家族。
他中學(xué)畢業(yè)后，他進(jìn)入了索邦大學(xué)就讀。那時(shí)，他并不清楚應(yīng)該主修哪個(gè)科目。最初，他選擇了歷史。后來(lái)，又轉(zhuǎn)為主修法律。一直到他讀了昂利·龐加萊的兩本巨著——《科學(xué)和假設(shè)》與《科學(xué)的價(jià)值》，他才認(rèn)知物理學(xué)是他的最?lèi)?ài)。
德布羅意的哥哥莫里斯也是科學(xué)家，他曾擔(dān)任第一屆索爾維會(huì)議的科學(xué)秘書(shū)，負(fù)責(zé)協(xié)助朗之萬(wàn)整理會(huì)議報(bào)告和談話(huà)記錄等。
后來(lái)，德布羅意看到莫里斯自己哥哥整理的冊(cè)子，了解到普朗克和愛(ài)因斯坦關(guān)于量子方面的工作，再加上之前也經(jīng)常到哥哥的大實(shí)驗(yàn)室拜訪(fǎng)，幫助哥哥進(jìn)行一些物理實(shí)驗(yàn)，所以德布羅意開(kāi)始棄文從理，僅用3年，他就獲得了理學(xué)學(xué)士的文憑。
1914年，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，德布羅意正在陸軍服役，擔(dān)任通訊兵，這讓他有時(shí)間可以思考許多關(guān)于無(wú)線(xiàn)電的問(wèn)題，這段人生經(jīng)歷對(duì)于德布羅意的科學(xué)之路有重要的意義。
1919年，退役后，德布羅意又回返索邦大學(xué)，繼續(xù)先前的理論物理研究，立志拿到博士學(xué)位。為此，經(jīng)過(guò)了5年時(shí)間的研究，德布羅意終于在1924年完成了博士論文《量子理論的研究》，這可以說(shuō)是物理史冊(cè)上最具有價(jià)值的博士論文了。
很多人說(shuō)，德布羅意的博士論文僅有1頁(yè)紙，這壓根就是瞎扯，德布羅意的論文有一百多頁(yè)，其中英譯本有72頁(yè)，德譯本有120頁(yè)。并且他的論文寫(xiě)的非常嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，他從 X 射線(xiàn)上觀測(cè)到的具體現(xiàn)象出發(fā)，經(jīng)過(guò)了周密的論證，最后得出來(lái)了自己的結(jié)論，并且創(chuàng)建了著名的電子波理論。
在這里科普一下德布羅意的理論背景，早在牛頓時(shí)期，大家就在思考，光究竟是什么呢？牛頓認(rèn)為認(rèn)為光線(xiàn)在一個(gè)名為發(fā)光以太的介質(zhì)中以波的形式四射，并且由于波并不受重力影響，這就是著名的光的波動(dòng)說(shuō)。
而胡可認(rèn)為認(rèn)為光是從光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒，在均勻媒質(zhì)中以一定的速度傳播。微粒說(shuō)由此產(chǎn)生。
波粒大戰(zhàn)持續(xù)了300多年，到來(lái)21世紀(jì)，愛(ài)因斯坦提出光量子理論之后，這個(gè)時(shí)候人們開(kāi)始意識(shí)到光波可能同時(shí)具有波和粒子的雙重性質(zhì)，對(duì)光的研究也就深入到了微觀領(lǐng)域。
而德布羅意提出的“物質(zhì)波”假說(shuō)，認(rèn)為和光一樣，一切物質(zhì)都具有波粒二象性。根據(jù)這一假說(shuō)，電子也會(huì)具有干涉和衍射等波動(dòng)現(xiàn)象。這就是著名的波粒二象性，微觀粒子顯示出的波動(dòng)性與粒子性，是微觀粒子的基本屬性之一。微觀粒子有時(shí)會(huì)顯示出波動(dòng)性（這時(shí)粒子性較不顯著），有時(shí)又會(huì)顯示出粒子性（這時(shí)波動(dòng)性較不顯著），在不同條件下分別表現(xiàn)出波動(dòng)或粒子的性質(zhì)。波動(dòng)所具有的波長(zhǎng)與頻率意味著它在空間方面與時(shí)間方面都具有延伸性。而粒子總是可以被觀測(cè)到其在某時(shí)間與某空間的明確位置與動(dòng)量。
德布羅意提出的“物質(zhì)波”假說(shuō)得到愛(ài)因斯坦的高度評(píng)價(jià)后，在科學(xué)界引起了關(guān)注，并且影響了一大批科學(xué)家。
后來(lái)，戴維森成功進(jìn)行了“電子衍射實(shí)驗(yàn)”，證明了“物質(zhì)波”理論的正確性，與此同時(shí)，著物理學(xué)家、電子的發(fā)現(xiàn)者J.J湯姆遜的兒子P.G.湯姆遜也以高速電子穿過(guò)多晶金屬箔獲得類(lèi)似X射線(xiàn)在多晶上產(chǎn)生的衍射花紋，確鑿證實(shí)了電子的波動(dòng)性；為德布羅意波提供了又一堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
德布羅意的博士論文可以說(shuō)在物理界具有里程碑的意義，他從物理規(guī)律的層面初步總結(jié)了新發(fā)現(xiàn)的量子現(xiàn)象，為更深層的物理規(guī)律的探索打下了基礎(chǔ)，他推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展，薛定諤從這篇論文里得到很多寶貴的靈感。兩年后，薛定諤發(fā)表了薛定諤方程，開(kāi)辟了波動(dòng)力學(xué)這一新的領(lǐng)域，波動(dòng)力學(xué)也成為了量子力學(xué)的兩大形式之一，可以說(shuō)德布羅意開(kāi)啟了量子力學(xué)的新紀(jì)元。
因德布羅意這篇博士論文直接或間接而得到諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)獎(jiǎng)就有6位，包括 1929 年獲得諾獎(jiǎng)的德布羅意，1933 年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的薛定諤，1937 年獲諾貝爾獎(jiǎng)的P.G.湯姆遜、戴維森以及 1954 年獲得諾貝爾獎(jiǎng)的玻恩，以及推定波函數(shù)是一個(gè)旋量，擁有自旋性質(zhì)從而得到狄拉克方程的狄拉克。
很可惜的是，在“物質(zhì)波”理論之后，德布羅意再也沒(méi)有做出和“物質(zhì)波”一樣具有里程碑意義的貢獻(xiàn)，他一生大部分時(shí)間都在從事波動(dòng)力學(xué)的推廣工作，1960年，德布羅意的哥哥莫雷斯過(guò)世，路易繼承為第七代布羅意公爵。
路易從未結(jié)婚，一輩子單身，有兩位忠心耿耿的隨從，盡管擁有巨額財(cái)富，但是德布羅意喜歡過(guò)平俗簡(jiǎn)樸的生活，賣(mài)掉了貴族世襲的豪華巨宅，選擇住在平民小屋。
他深居簡(jiǎn)出，從來(lái)不放假，是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工作狂。上班通勤，他喜歡步行，或搭巴士，不曾擁有私人汽車(chē)。對(duì)人彬彬有禮，他絕不發(fā)脾氣。1987年3月19日，德布羅意過(guò)世，享年九十五歲。
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