生平簡(jiǎn)介
路易斯·維克多·德布羅意路易斯·德布羅意(Louis de Broglie,1892～1987)出生在法國(guó)一個(gè)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(Maurice de Broglie,1875～1960)的影響下，對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，并在他哥哥的私人實(shí)驗(yàn)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(huì)議的學(xué)術(shù)報(bào)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(wàn)(Paul Langevin,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(guó)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(guó)原子能高等委員會(huì)顧問，他們對(duì)原子能的和平發(fā)展以及加強(qiáng)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(qiáng)烈要求該機(jī)構(gòu)考慮熱核爆炸的有害后果。1962年退休。科學(xué)生涯
路易斯·維克多·德布羅意德布羅意從18歲開始在巴黎大學(xué)學(xué)習(xí)理論物理，但是因?yàn)榇蛩阊仄浼易鍌鹘y(tǒng)，以后從事外交活動(dòng)，他也學(xué)習(xí)歷史，并且于1909年獲得歷史學(xué)位．由于他哥哥（M．德布羅意）是一位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，擁有設(shè)備精良的私人實(shí)驗(yàn)室，從事物理實(shí)驗(yàn)研究．因而德布羅意在學(xué)習(xí)歷史的二象性。人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)由淺入深、由片面到全面、由現(xiàn)象到本質(zhì)不斷深化．對(duì)光本性的認(rèn)識(shí)同時(shí)，受到他哥哥的影響，參與一些物理研究工作．從他哥哥那里德布羅意了解到普朗克和愛因斯坦關(guān)于量子方面的工作，這些引起了他對(duì)物理學(xué)的極大興趣．經(jīng)過一翻思想斗爭(zhēng)之后，德布羅意終于放棄了已決定的研究法國(guó)歷史的計(jì)劃，選擇了物理學(xué)的研究道路，并且希望通過物理學(xué)研究獲得博士學(xué)位。第一次世界大戰(zhàn)期間，德布羅意在軍隊(duì)服役，被分配到無(wú)線電臺(tái)工作，中斷了他的理論物理研究．1919年，德布羅意重新回到他哥哥的實(shí)驗(yàn)室研究X射線，在這里，他不僅獲得了許多原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，而且接觸到X射線時(shí)而象波、時(shí)而象粒子的奇特性質(zhì)．德布羅意曾經(jīng)與其兄就X射線的性質(zhì)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的討論，他對(duì)其兄及其同事們的實(shí)驗(yàn)工作發(fā)生了濃厚的興趣．為了對(duì)這些現(xiàn)象做出理論解釋，1920年，德布羅意重新開始研究理論物理，特別是關(guān)于量子問題，他的研究終于取得了可喜成果．1923年9月和10月，德布羅意發(fā)表了三篇關(guān)于物質(zhì)波的論文，創(chuàng)立了物質(zhì)波理論．之后，他投人博士論文的寫作，1924年11月他以題為《量子理論的研究》的論文通過博士論文答辯，獲得博士學(xué)位．在這篇論文中，包括了德布羅意近兩年取得的一系列重要研究成果，全面論述了物質(zhì)波理論及其應(yīng)用。德布羅意獲得博士學(xué)位后，繼續(xù)留在巴黎大學(xué)，他又發(fā)表了有關(guān)波動(dòng)力學(xué)的有創(chuàng)造性的研究成果，同時(shí)擔(dān)任教學(xué)任務(wù)．德布羅意在神也是沿著這個(gè)認(rèn)識(shí)規(guī)律發(fā)展的．在認(rèn)識(shí)發(fā)展中，物質(zhì)生產(chǎn)水平、實(shí)驗(yàn)條件起了決定性的作用，同時(shí)促進(jìn)人類認(rèn)識(shí)水平的不斷提高．學(xué)院擔(dān)任了兩年義務(wù)講座后，1928年被聘為新建立的巴黎大學(xué)享利·彭加勒學(xué)院理論物理教授，他擔(dān)任這一職務(wù)從事教學(xué)工作一直到1962年退休．1945年以后，他還擔(dān)任法國(guó)原子能委員會(huì)顧問．1930年到1950年間，德布羅意的研究工作主要是波動(dòng)力學(xué)的推廣，他的研究取得了許多成果，發(fā)表了大量評(píng)論和論文．1951年以后的一段時(shí)間，德布羅意研究粒子和波之間的關(guān)系，目的是通過研究用經(jīng)典的空間和時(shí)間概念對(duì)波動(dòng)力學(xué)作出因果解釋．此時(shí)重新研究他于1927年提出的引導(dǎo)波理論，但不久他就放棄這方面的工作，回到了以前的研究領(lǐng)域，探索微觀現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和決定論的科學(xué)哲學(xué)觀點(diǎn)，用波動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)探討熱力學(xué)和分子生物學(xué)．德布羅意一生的研究成果頗豐，他的著作就達(dá)25本之多．由于德布羅意的杰出貢獻(xiàn)，他獲得了很多的榮譽(yù)．1929年獲法國(guó) 路易斯·維克多·德布羅意科學(xué)院享利．彭加勒獎(jiǎng)?wù)�，同年又獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．1932年，獲摩納哥阿爾伯特一世獎(jiǎng)，1952年聯(lián)合國(guó)教科文組織授予他一級(jí)卡琳加獎(jiǎng)，1956年獲法國(guó)家科學(xué)研究中心的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢?942年以后任數(shù)學(xué)科學(xué)常務(wù)秘書．他還是華沙大學(xué)、雅典大學(xué)等六所著名大學(xué)的榮譽(yù)博士，是歐、美、印度等18個(gè)科學(xué)院院士。德布羅意的新理論，開始時(shí)并沒有受到物理學(xué)界的重視。因?yàn)樗乃枷胧侨绱诵路f，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(wàn)，雖然認(rèn)為他的想法有很大的獨(dú)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(shí)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(wàn)還是把德布羅意的論文副本寄給了愛因斯坦，請(qǐng)他提出看法。素來(lái)喜歡物理學(xué)上的對(duì)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(duì)稱性，立即意識(shí)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(xiàng)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(wàn)，稱贊德布羅意“已揭開了巨大帷幕的一角”。 愛因斯坦當(dāng)時(shí)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(jì)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(gè)粒子系統(tǒng)歸結(jié)為一個(gè)波場(chǎng)的這篇“非常值得注意”的論文。他還寫道：“看來(lái)，粒子的每一運(yùn)動(dòng)都伴隨著一個(gè)波場(chǎng)，……這個(gè)場(chǎng)（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。”正是由于愛因斯坦的推薦，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(duì)薛定諤產(chǎn)生了積極的影響，創(chuàng)立了波動(dòng)力學(xué)。
科學(xué)成就
路易斯·維克多·德布羅意1923年9月至10月間，德布羅意在《法國(guó)科學(xué)院通報(bào)》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(yùn)動(dòng)理論以及費(fèi)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(zhǎng)一段時(shí)間徘徊于光的動(dòng)力學(xué)解說和波動(dòng)學(xué)解說之間，這兩種解說毫無(wú)疑問并不像人們?cè)J(rèn)為的那樣是彼此對(duì)立的，量子理論的發(fā)展似乎證實(shí)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(diǎn)和波動(dòng)觀點(diǎn)統(tǒng)一起來(lái)，即在光的理論中同時(shí)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(gè)總的關(guān)系，在本文中我們認(rèn)為存在著一個(gè)其性質(zhì)有待進(jìn)一步說明的周期性現(xiàn)象，它與每個(gè)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(duì)論理論將所有質(zhì)點(diǎn)的勻速運(yùn)動(dòng)與某種波的傳播聯(lián)系了起來(lái)，而這種波的位相在空間的運(yùn)動(dòng)比光速要快�！彼僭O(shè)所有具有動(dòng)量p和能量E的物質(zhì)客體，如電子等，都具有波動(dòng)性，這兩個(gè)假設(shè)是建立波動(dòng)力學(xué)的物理基礎(chǔ)。當(dāng)1926年E．薛定諤發(fā)表他的波動(dòng)力學(xué)論文時(shí)，曾明確表示：“這些考慮的靈感，主要?dú)w因于德布羅意先生的獨(dú)創(chuàng)性的論文�！�1927年，美國(guó)的C．J．戴維孫和L．H．革末及英國(guó)的G．P．湯姆孫通過電子衍射實(shí)驗(yàn)各自證實(shí)了電子確實(shí)具有波動(dòng)性。至此，德布羅意的理論作為大膽假設(shè)而成功的 路易斯·維克多·德布羅意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(jiǎng)。后來(lái)，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(shí)空概念的基礎(chǔ)上對(duì)波動(dòng)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(duì)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(lái)考慮，寫過一些有關(guān)的論文。在32歲時(shí)，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(dòng)力學(xué)的起點(diǎn)。德布羅意不大滿意薛定諤等人在波動(dòng)方程中引入的幾率振幅解釋，他在不斷尋求著波動(dòng)力學(xué)的因果性解釋。德布羅意曾在巴黎大學(xué)和H．龐加萊研究院任教。除了他大量的研究論文之外，他所著的書不下20部。其中主要的有《量子論的研究》、《X射線與γ射線專論》、《物質(zhì)與光》、《物理學(xué)與微觀物理學(xué)》、《微觀物理學(xué)的新展望》等。物質(zhì)波理論
路易斯·維克多·德布羅意德布羅意開始研究物理學(xué)時(shí)，適逢現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)生深刻革命的時(shí)期．1900年，普朗克研究黑體輻射時(shí)假定諧振子取分立的能量，提出量子的概念，由此出發(fā)，他推導(dǎo)出能夠描述黑體輻射規(guī)律的普朗克黑體輻射公式。但是，人們并沒有認(rèn)識(shí)能量子的重要性，只把能量子看作僅僅是在支配物質(zhì)和輻射相互作用過程中是合適的，頻率為V的物質(zhì)振子僅僅以hV的倍數(shù)發(fā)射或吸收能量．直到1905年，量子概念才發(fā)生了重要發(fā)展．1905年，愛因斯坦發(fā)表了題為《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》的論文，文中通過對(duì)黑體輻射的研究和論證，得到并提出了光量子的概念，并用它成功地解釋了光電效應(yīng)．這一工作的意義之一在于，光量子的概念是在分析和研究黑體輻射基礎(chǔ)上得到的，表明量子概念具有比較普遍的意義．愛因斯坦認(rèn)為：密度小的單色輻射，從其熱現(xiàn)象方面的行為看，仿佛是由一些獨(dú)立的能量所組成。本世紀(jì)初期，人們通過對(duì)X射線的研究認(rèn)識(shí)到，X射線具有時(shí)而象波、時(shí)而象粒子的奇特性質(zhì)．1913年，玻爾提出原子中的電子運(yùn)動(dòng)的量子化條件，原子中的電子只有可能進(jìn)行某些運(yùn)動(dòng)，成功地解釋了氫原子光譜．玻爾的量子化條件沒有理論基礎(chǔ)，是人為規(guī)定的．1919－1922年，法國(guó)物理學(xué)家布里淵提出了一個(gè)解釋玻爾基于化條件的理論．布里淵把電子和波作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，設(shè)想在原子核周圍存在著一層以太，電子在其中運(yùn)動(dòng)掀起波，這些波相互干涉在原子核周圍形成駐波．這些研究成果，尤其是布里淵的理論對(duì)德布羅意提出物質(zhì)被思想產(chǎn)生巨大影響。德布羅意重新開始研究理論物理，物理學(xué)面臨著的主要困難是：對(duì)于光需要有微粒說和波動(dòng)說兩種理論；確定原子中電子的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)涉及到整數(shù)，這些都是當(dāng)時(shí)人們無(wú)法理解的事實(shí)．德布羅意首先考察光量子理論和玻爾的量子化條件．確定光微粒能量的表達(dá)式是W＝hv，這個(gè)公式中包含著頻率v，而純粹的粒子理論不包含頻率的因素；確定原子中電子的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)涉及到整數(shù)，而物理學(xué)中涉及到整數(shù)的只是干涉現(xiàn)象和本征振動(dòng)現(xiàn)象．這些結(jié)果使德布羅意想到，對(duì)于光需要同時(shí)引進(jìn)粒子的概念和周期的概念；對(duì)于 路易斯·維克多·德布羅意電子不能簡(jiǎn)單地用微粒來(lái)描述電子本身，還必須賦予它們周期的概念．于是，德布羅意形成了指導(dǎo)他進(jìn)行研究的全部概念：在所有情況下，都必須假設(shè)微粒伴隨著波而存在，他的首要目的就是建立微粒的運(yùn)動(dòng)和締合波的傳播之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1923年夏末，德布羅意已開始形成他的相波（后來(lái)他稱為相位波）概念，9月10日，他發(fā)表了關(guān)于物質(zhì)波理論的第一篇論文——《波和量子》，文中提出的思想可以被看作是波動(dòng)力學(xué)理論的開端．兩個(gè)星期后，德布羅意又發(fā)表了《光量子、衍射和干涉》的論文，明確提出相干波的概念．文中明確指出：要描述一個(gè)動(dòng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，觀察者必須將這一運(yùn)動(dòng)與一個(gè)非物質(zhì)的、在同一方向上傳播的正弦波聯(lián)系起來(lái)．在觀察者看來(lái)，這一波的頻率等于上述動(dòng)點(diǎn)的總能量除以普朗克常量h．同年10月8日，德布羅意發(fā)表關(guān)于物質(zhì)波理論的第三篇論文《量子、氣體運(yùn)動(dòng)理論以及費(fèi)馬原理》。文中闡述了波與粒子的對(duì)應(yīng)關(guān)系，他假定與任何粒子相聯(lián)系的相波，在空間任何點(diǎn)與粒子同相位．相波的頻率與速度由粒子的能量和速度所決定。德布羅意的這三篇論文是物質(zhì)波理論奠基工作的開端．繼這三篇論文之后，德布羅意著手撰寫他的博士論文《量子理論的研究》。他的博士論文包括了近兩年研究的一些成果，比較系統(tǒng)地論述了物質(zhì)波理論，得到物質(zhì)波的一些重要結(jié)果．德布羅意認(rèn)為，任何運(yùn)動(dòng)著的物體都伴隨著一種波動(dòng)，而且不可能將物體的運(yùn)動(dòng)和波的傳播分開，這種波稱為相位波．存在相位波是物體的能量和動(dòng)量同時(shí)滿足量子條件和相對(duì)論關(guān)系的必然結(jié)果．德布羅意考慮靜止質(zhì)量為外、相對(duì)于靜止觀察者的速度為的粒子，他假設(shè)粒子是周期性內(nèi)在現(xiàn)象的活動(dòng)中心，它的頻率， 是普朗克常數(shù)，是粒子的內(nèi)在能量．以狹義相對(duì)論原理和嚴(yán)格的量子關(guān)系式為基礎(chǔ)，德布羅意通過嚴(yán)格論征得到：相位波的波長(zhǎng)是，是普朗克常數(shù)，是相對(duì)論動(dòng)量，這就是著名的德布羅意波長(zhǎng)與動(dòng)量的關(guān)系．此外，德布羅意把相位波的相速度和群速度（能量傳遞的速度）聯(lián)系起來(lái)，證明了波的群速度等于粒子速度，確定了群速度與粒子速度的等同性．他的這些研究成果形成了比較完整的物質(zhì)波理論。物質(zhì)波的驗(yàn)證
路易斯·維克多·德布羅意波德布羅意撰寫論文時(shí)，他的哥哥（M．德布羅意）建議他的論文應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)部分，可是他沒有采納這個(gè)建議．他的物質(zhì)波理論是在沒有得到任何已知事實(shí)支持的情況下提出來(lái)的，這就使得答辯委員會(huì)對(duì)物質(zhì)波的真實(shí)性存在疑慮，答辯委員會(huì)主席佩蘭就提出了物質(zhì)波如何用實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)的問題．對(duì)佩蘭的提問，德布羅意回答：用晶體對(duì)電子的衍射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物質(zhì)波的存在是可能的．他的這個(gè)思想是早已形成的，他曾在1923年9月24日《光量子、衍射和干涉》一文中指出：從很小的孔穿過的電子束，可能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，這也許會(huì)成為在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證物質(zhì)具有波粒二象性的方法．他還曾向他哥哥的同事道維里葉提出做電子的衍射實(shí)驗(yàn)，后者因忙于電視實(shí)驗(yàn)而將其擱置。物理學(xué)的發(fā)展需要理論的和實(shí)驗(yàn)的兩只腳向前邁進(jìn)，現(xiàn)在理論這只腳已經(jīng)先向前邁進(jìn)了一步，這就給實(shí)驗(yàn)提出了研究課題．物質(zhì)波理論提出后，如何從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)物質(zhì)波存在就成了人們關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。按照德布羅意理論，經(jīng)過幾千伏加速電壓的電子束，其波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)為10-10米，這與X射線的波長(zhǎng)是同一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而可以用晶體對(duì)電子的衍射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物質(zhì)波．德布羅意的理論一傳到美國(guó)，就在紐約開始了顯示電子衍射的實(shí)驗(yàn)．盡管這個(gè)實(shí)驗(yàn)開始并不是為驗(yàn)證波動(dòng)理論而做的，但是到了1926年，這項(xiàng)工作的目的已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)轵?yàn)證物質(zhì)波理論．1927年初，戴維森和革末通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在鎳晶體對(duì)電子的衍射實(shí)驗(yàn)中，有19個(gè)事例可以用來(lái)驗(yàn)證波長(zhǎng)和動(dòng)量之間的關(guān)系，而且每次都在測(cè)量精確度范圍內(nèi)證明了德布羅意公式的正確性．戴維森實(shí)驗(yàn)所用電子束的電子能量很低，僅有50－600電子伏特．同年G.P.湯姆遜用較高能量的電子做了晶體對(duì)電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，他讓電子能量為1000－8000電子伏特的電子束垂直射入賽瑪哈、金、鉑或鋁等薄膜上，觀測(cè)產(chǎn)生的衍射圖樣。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和由德布羅意理論得到的結(jié)果非常一致，這充分證明了電子具有波動(dòng)性，再一次用無(wú)可辨駁的事實(shí)向人們展示了德布羅意理論是正確的。以后，人們通過實(shí)驗(yàn)又觀察到原子、分子等微觀粒子都具有波動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)證明了物質(zhì)具有波粒二象性，不僅使人們認(rèn)識(shí)到德布羅意的物質(zhì)波理論是正確的，而且為物質(zhì)波理論奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
