在所有諾貝爾物理學(xué)獎獲得者當(dāng)中,德布羅意可以說是最令人羨慕的一個。僅僅憑一篇博士論文就能把“巨獎”攬于懷中的實在不多,更何況他那篇論文據(jù)說是“史上最短的博士論文”,包括標(biāo)題、摘要在內(nèi),都沒有寫滿兩頁紙,通篇就兩個連現(xiàn)在的中學(xué)生都會寫的公式。然而所有的這些,一點也不影響他成為科學(xué)史上無可爭議的大師級人物——他是波動力學(xué)的創(chuàng)始人,物質(zhì)波理論的創(chuàng)立者,量子力學(xué)的奠基人之一。
1892年8月15日,德布羅意出生在法國塞納河畔的一個貴族家庭。德布羅意家族歷史悠久,先后出了許多的大人物,將軍、元帥、部長等等,并且有著最高世襲身份的頭銜:公爵。德布羅意的祖父就是法國著名的政治家、國務(wù)活動家。他老爸是內(nèi)閣大臣,也算官位顯赫。
德布羅意一直過著衣來伸手、飯來張口的生活,甚至可以說是吃飽了沒事干。對于這樣一個每天為如何打發(fā)時間發(fā)愁的人而言,找點什么費神的事來磨蹭掉那些無聊日子顯然很迫切,于是德布羅意打起了中世紀(jì)史的主意。實際上,他從小就對歷史頗有興致,只不過把精神集中到中世紀(jì)史上來之后,才算是有了份“事業(yè)”。在年輕的德布羅意看來,這是一份很酷的事業(yè),也是自己的興趣所在。然而,在歷史研究上,他毫無建樹。
19世紀(jì)末20世紀(jì)初,是一個科學(xué)界急劇動蕩的年代。當(dāng)時,因為愛因斯坦和普朗克等人對量子說的研究,物理學(xué)突然又熱門起來。1919年,正處于青春期里精神最旺盛階段的德布羅意終于耐不住寂寞和平淡,決定放棄枯燥的歷史研究,趕時髦似的、轉(zhuǎn)而投身于當(dāng)時最流行的量子說熱潮中,準(zhǔn)確地說是感興趣于一個在當(dāng)時很酷的觀點:光具有粒子性。
學(xué)物理就學(xué)物理吧,老爸很無奈地說,不過好歹得找個好“老板”,于是把德布羅意推薦到了一派宗師朗之萬門下讀博士。在研究生學(xué)習(xí)生涯中,沒人知道他在物理上究竟花了多少時間和精力。轉(zhuǎn)眼五年過去,一事無成的德布羅意開始為博士論文發(fā)愁。當(dāng)時,物理學(xué)家們還在爭論“光是波還是粒子”這些問題。德布羅意想,一直以來,我們都認(rèn)為光是波,卻忽視了它的粒子性。比如說,電子,我們一直認(rèn)為它是粒子,會不會它又是波呢?
1924年,在名師門下熬了五年后,德布羅意向巴黎大學(xué)提交了自己的博士論文——《量子理論的研究》。這篇論文兩頁紙不到,兩個公式,一個當(dāng)時看似無聊的觀點。不過可以想見,就算是這么短的一篇論文或許都讓德布羅意深感頭疼了。他的博士論文只是說了一個猜想:既然波可以是粒子,那么反過來粒子也可以是波,也就是提出了物質(zhì)波??墒?,這種想法太瘋狂了,很少人能夠接受。再說了,他們從來就沒見過短得如此過分的論文,光心理上就無法接受。答辯委員會大部分成員在答辯會之前就明確表示要投反對票。
其實在歐洲,一個學(xué)生苦讀數(shù)年都拿不到學(xué)位太正常不過。然而這樣的事情發(fā)生在德布羅意身上就有些不一樣了,因為他的家庭,因為他的父親是位高權(quán)重的內(nèi)閣大臣。“老板”朗之萬急了,無奈之下,寫信給愛因斯坦,以求點評。誰料愛因斯坦馬上予以了高度評價,稱德布羅意“揭開了大幕的一角”。在當(dāng)時,愛因斯坦的威望足以說明一切。1924年11月,德布羅意的博士學(xué)位順利到手,從此他是個物理學(xué)博士,繼續(xù)他搖擺不定的生活??墒?,他怎么后來就能拿到諾貝爾獎呢?
按照當(dāng)時歐洲的學(xué)術(shù)傳統(tǒng),朗之萬則將德布羅意的博士論文印成若干份分寄到了歐洲各大學(xué)的物理系,其中有一份來到了維也納大學(xué)。另一個物理學(xué)大師德拜看了一眼,覺得沒啥意思,就隨手給了他手下的一個講師,說反正大家都不愿意看,你就給大伙講一講它的內(nèi)容吧。這位講師硬著頭皮作完報告,臺下還是一頭霧水。德拜站起來說:“這年輕人雖然有點孩子氣,可是觀點也許還算新穎。既然你說粒子是波,那總得搞個波動方程吧?!”兩周后,這位偉大的講師拿出了他的方程,即薛定諤方程!德布羅意要感謝薛定諤,因為正是薛定諤的波動方程讓他的物質(zhì)波聞名世界。
1925年4月,在美國紐約的貝爾電話實驗室,戴維遜和革末在做一個有關(guān)電子的衍射實驗,得到了電子通過晶體的衍射圖像,從而證明了電子的波動性。1927年,G.P.湯姆遜在劍橋通過實驗進一步證明了電子的波動性,他利用實驗數(shù)據(jù)算出的電子行為,和德布羅意所預(yù)言吻合得相當(dāng)好。1929年,德布羅意終于憑借他的那篇博士論文獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。這是歷史上第一篇獲得諾貝爾獎的博士論文。從此物理課本上多了一段讓人費解的話——光既是粒子也是波,既不是粒子也不是波。
德布羅意的故事告訴我們:即使你不懂物理,只要大膽嘗試,也許會有意外收獲。
編輯/梁宇清