低調的物質波理論創立者：德布羅意

王江山

論出身，他是聲名顯赫的貴族，繼承著兩個爵位;

論學業，他因為自己在畢業論文里提出的理論而獲得諾貝爾物理學獎;

論事業，他人生絕大部分時間從事物理學研究，但同時又是一位文學和歷史學者。

——這就是量子力學的奠基人之一路易·維克多·德布羅意（Louis Victor de Broglie）。他雖出身貴族，卻一生簡樸，平易近人，將畢生奉獻給了科學事業。最令人驚訝的是，這位譽滿全球的物理學家，曾經是一位“文科生”，他是怎樣完成人生轉變的呢？

出身貴族，鐘愛科學

1892年，路易·維克多·德布羅意出生于法國塞納河沿岸的一個顯赫貴族家庭，是第五公爵維克多的小兒子。他的哥哥莫里斯是一位科學愛好者，這深刻影響了少年時的德布羅意。但當時的上流社會非常傳統保守，很多貴族認為科學只是一種游樂活動，所以公爵家還是按照政治家的標準來培養他們兄弟。在德布羅意才幾歲時，家中就請虔誠的基督徒教師為他講授神學和法學，德布羅意有過目不忘的天賦，時常能大段背誦自己看過的文章。父親對德布羅意寄予厚望，希望他能繼承自己的職位步入政壇。

德布羅意就在這樣的環境中長大，大家都以為他會不負家族的期望成為一名政治家或歷史學家，可他卻在初次接觸數學和哲學后，深深被吸引，他如饑似渴地閱讀各類科學書籍。1911年10月，國際著名的索爾維物理學會議在布魯塞爾舉行，這次會議的主題是“輻射與量子論”。普朗克、愛因斯坦、居里夫人、朗之萬……當時物理學界的大佬們齊聚一堂，討論最前沿的科學問題，而德布羅意的哥哥莫里斯正是這次大會的學術秘書和編輯，他因此得到了該次會議的全部文獻，并帶回家和弟弟一起閱讀，這更加激發了德布羅意對科學的興趣。但他還是堅持完成了歷史學的本科教育，之后不久，他轉入巴黎大學理學院自然系學物理，從一個“文科生”變成了“理科生”。

風華正茂，一鳴驚人

第一次世界大戰結束后，德布羅意開始在著名物理學家朗之萬門下攻讀理論物理博士學位。從此，他正式步入了物理的殿堂。

德布羅意在物理學方面有著天然的優勢—他的哥哥莫里斯有自己的實驗室，他可以和哥哥經常在那里從事X射線研究。有一次，在做X射線的衍射實驗時，他們驚訝地發現，X射線看起來既是波又是粒子，具有波、粒雙重性質。德布羅意敏銳地意識到，這不僅僅是雙重屬性那么簡單，這可能意味著輻射也具有波動性。

長久以來，人們一直認為像電子這樣的粒子擁有粒子性是理所應當的，而對它波動的性質卻知之甚少。貫穿于科學發展始終的，還有一個著名的爭論：光到底是波還是粒子？

這時候，德布羅意曾經的研究經驗派上了用場：他決心梳理一下前人的研究，看看能否找到規律。1900年，普朗克在研究黑體輻射時提出“量子化”概念;1905年，愛因斯坦提出“光量子”概念;1918年，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾又提出軌道量子化的說法（這成功地解釋了氫原子光譜）……理論越來越多，真相卻越發撲朔迷離。而此時，德布羅意注意到法國科學家布里淵的一個設想：原子核周圍存在著一層以太，電子在其中運動，激發一種波，這種波相互干涉，在電子軌道半徑適當時，在原子核周圍形成駐波。

德布羅意閱讀了大量文獻，并開始反向思考：如果光量子也具有波動性，那么又會怎么樣？接著，他又將目光轉向力學，提出了一個獨特的設想：物質的波動方面與粒子方面應該是統一的。他在回憶時寫道：“……對于物質和輻射，尤其是光，需要同時引進微粒概念和波動概念！”1922年，德布羅意借助于熱力學、氣體動力學和電子理論的方法，采用光的量子假說，導出了維恩位移定律。1923年，在不到一個月的時間里，他就在《法國科學院通報》上連續發表了3篇論文：《輻射—波和量子》《光學—光量子、衍射和干涉》和《物理學—量子、氣體運動理論和費馬原理》，這3篇文章奠定了德布羅意波的雛形。德布羅意還闡述了自己的“新力學”和以往的“舊理論”（包括牛頓和愛因斯坦的動力學）之間的關系。但那時他無法想象，自己的設想會掀起怎樣的狂瀾。

一篇畢業論文，一個諾貝爾獎

1924年，德布羅意終于要博士畢業了。他將自己的研究整理成文，作為答辯論文，還將文章給愛因斯坦寄去，沒想到得到了如此評價：“他揭開了自然界巨大面罩的一角”“天才的一筆”。

德布羅意在博士論文中正式提出了在量子領域中所有實物粒子都具有波動性的假設，他將這種波稱為相位波（現稱為德布羅意波）：“任何運動著的物體都伴隨著一種波動，而且不可能將物體的運動和波的傳播分開。存在相位波是物體的能量和動量同時滿足量子條件和相對論關系的必然結果。”“我認為幾何光學和動力學的這兩個重要原理之間的深刻關系的這個思想，可以作為將波和量子綜合起來的重要指南。”

這篇論文的見解雖然非常大膽新奇，但還是獲得了一致通過，并被傳播到了歐洲各個大學的物理系，以至于深刻影響了另一位物理學大家薛定諤。后來薛定諤在德布羅意的理論的啟發下創立了波動力學，使量子理論研究有了新進展。

1927年，美國實驗物理學家克林頓·約瑟夫·戴維孫和雷斯特·革末重新做了鎳對電子的散射實驗，發現電子被散射后出現類似光的干涉、衍射圖樣;幾乎就在同時，英國物理學家喬治·佩杰特·湯姆生在觀察電子束通過薄金箔時也觀察到圓環條紋……這些實驗都證實了德布羅意“電子具有波動性”的假設。1929年，德布羅意因畢業論文中的“電子具有波動性”理論而獲得諾貝爾物理學獎，他的理論被視為波動力學一般理論的基礎，改變了人們從原子層面認識物理現象的歷史。曾經的“文科生”德布羅意，就這樣走上了物理學的巔峰。

簡樸一生，默默耕耘

年少成名之后，德布羅意并沒有驕傲自滿，而是開始了教學工作。自1932年起，他開始擔任巴黎大學理學院理論物理系主任，并且每年都在巴黎大學的亨利·龐加萊研究所開設一門不同學科的課程，培養了很多位博士，許多法國和外國的學生都參與過他的研究。

從1930年到1950年，德布羅意主要致力于波動力學的各種擴展研究：狄拉克的電子理論、新的光理論、粒子的自旋的一般理論、波動力學在核物理中的應用等。他在這方面發表了數篇筆記和論文，并在他特別感興趣的領域出版了超過25本的著作。德布羅意在物理領域的默默耕耘使他獲得諸多榮譽：1933年，當選為法國科學院院士;1952年，被聯合國教科文組織授予首屆卡林加獎;1956年，獲得法國國家科學研究中心金質獎章，以表彰他向非專業人員普及現代物理學所作出的不懈努力。1987年，他安詳離世，享年95歲。

德布羅意是高貴的親王，卻連私人汽車都不愿購買;他賣掉世襲的豪宅，居住于平民小屋，過著深居簡出的日子……這位最初鉆研“文史”的學生，卻因興趣最終成為一位物理學大師。雖然如今這樣的成功已經很難復制，但他的故事卻啟迪我們：真正的熱愛可以激發起多么強大的潛能。

（責任編輯/江盼? 美術編輯/胡美巖）