上回我們說(shuō)到，愛(ài)因斯坦在1924年的5月收到了朗之萬(wàn)在巴黎寄來(lái)的一封信件，還附帶了一個(gè)包裹，信中說(shuō)，包裹里面有一篇論文，幫忙把握一下，希望您能給出評(píng)價(jià)。
愛(ài)因斯坦看了以后，大為贊賞，回信說(shuō)：這位小兄弟的論文，把一張大幕掀起了一角。
朗之萬(wàn)立即把這個(gè)簡(jiǎn)短的評(píng)語(yǔ)拿給巴黎的三位同行看，他們都認(rèn)為如此高的評(píng)價(jià)出自愛(ài)因斯坦之手，足以說(shuō)明這篇論文一定不簡(jiǎn)單，于是乎這位年輕人順利畢業(yè)，拿到了博士學(xué)位。
他是誰(shuí)？路易斯·維克多·皮埃爾·雷蒙德·德布羅意親王，現(xiàn)在他有了一個(gè)更為簡(jiǎn)短的名字叫，路易斯·德布羅意博士。
那個(gè)賊長(zhǎng)的名字跟他的家族有關(guān)，路易斯的祖上出過(guò)很多元帥、將軍、部長(zhǎng)，外交官，在路易14、15、16的麾下效忠過(guò)，從路易15開(kāi)始，就冊(cè)封他家為世襲公爵，這是爵位等級(jí)中最高的。還受過(guò)神圣羅馬帝國(guó)皇帝弗蘭西斯二世的冊(cè)封，他家的男孩都是親王，女孩都是公主。
現(xiàn)在繼承爵位的是路易斯的哥哥，莫里斯·德布羅意，有沒(méi)有覺(jué)得他的名字很熟悉。沒(méi)錯(cuò)，我們前面提到過(guò)，他參加過(guò)第一屆索爾維會(huì)議，在里面主要負(fù)責(zé)記錄各位大佬的講話。
而路易斯是親王，這個(gè)爵位并不高，只比最低的男爵高了一點(diǎn)，但這并不重要，他更喜歡別人叫他路易斯博士。
如果科學(xué)界有爵位的，算他家的最高，這算得上是一個(gè)記錄，前無(wú)古人，后無(wú)來(lái)者。
路易斯出生于1892年，他的童年就不用說(shuō)了，肯定過(guò)得很幸福，不過(guò)在1906年他的父親去世，此時(shí)路易斯才14歲，31歲的哥哥成為了一家之主，繼承了第六世公爵。
他的哥哥莫里斯一直以來(lái)對(duì)科學(xué)有著濃厚的興趣，1908年在法蘭西學(xué)院，朗之萬(wàn)的門下獲得博士學(xué)位，畢業(yè)以后沒(méi)有參加工作，直接弄了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行X射線方面的研究。
所以莫里斯對(duì)路易斯的影響非常大，尤其是1911年，莫里斯帶著路易斯參加了第一屆索爾維會(huì)議，會(huì)議結(jié)束以后，莫里斯就會(huì)給弟弟講述當(dāng)天討論的問(wèn)題。
會(huì)后，路易斯認(rèn)真閱讀了會(huì)議記錄，這使他愛(ài)上了物理學(xué)，決定要走這條路，成為一名物理學(xué)家。1913年路易斯獲得了學(xué)士學(xué)位。
1914年一戰(zhàn)爆發(fā)，路易斯也難逃兵役，不過(guò)家里有關(guān)系還是好辦事，路易斯并沒(méi)有去戰(zhàn)場(chǎng)，而是當(dāng)了一名無(wú)線電工程師，在埃菲爾鐵塔上駐扎了6年時(shí)間。
1920年，復(fù)員以后的路易斯一直在哥哥的實(shí)驗(yàn)室?guī)兔Γ?922年應(yīng)朗之萬(wàn)的邀請(qǐng)，愛(ài)因斯坦來(lái)到巴黎講學(xué)，此行對(duì)路易斯的影響頗深，他完全接受了愛(ài)因斯坦關(guān)于光二元性的解釋。
1923年路易斯有了一個(gè)奇妙的想法，他問(wèn)了自己一個(gè)簡(jiǎn)單而又深刻的問(wèn)題，既然具有波動(dòng)性的光可以是粒子，那具有粒子性的電子，可以是波嗎？
他從愛(ài)因斯坦兩個(gè)描述光量子的方程E=hv和p=hv/c入手，推導(dǎo)出了描述電子波長(zhǎng)的方程λ=h/p。
這就是德布羅意方程，非常簡(jiǎn)單，電子的波長(zhǎng)就等于普朗克常數(shù)除以電子的動(dòng)量。表明了電子具有波動(dòng)性，稱為物質(zhì)波。
這個(gè)發(fā)現(xiàn)就可以解釋玻爾的原子模型中，為什么電子只能占據(jù)特定的軌道？為什么占據(jù)特定的軌道，就不輻射能量。
在解釋電子行為之前，我們先來(lái)看一個(gè)宏觀現(xiàn)實(shí)中的例子，一條吉他弦，當(dāng)你用手撥動(dòng)弦的時(shí)候，就會(huì)在弦上形成駐波，這個(gè)駐波的波長(zhǎng)跟弦長(zhǎng)總是滿足這樣的關(guān)系。
弦長(zhǎng)總是等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，在吉他弦上不可能形成不完整的半波長(zhǎng)。圖中顯示的就是弦長(zhǎng)和波長(zhǎng)之間的關(guān)系，第一個(gè)弦長(zhǎng)等于1倍的半波長(zhǎng)，第二個(gè)是兩倍的半波長(zhǎng)，三倍的半波長(zhǎng)，四倍的半波長(zhǎng)。
如果將這個(gè)關(guān)系應(yīng)用到電子波和電子軌道周長(zhǎng)上，也可以知道，電子的軌道周長(zhǎng)只能容下電子半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
正是這個(gè)整數(shù)倍的限制，使得原子中的電子軌道不是連續(xù)的，而是特定的一些軌道，更為重要的是，如果把電子看成圍繞在原子核周圍的駐波，就不存在電子，也就不存在加速度的問(wèn)題，因此就不存在軌道能量損耗的問(wèn)題。
德布羅意用物質(zhì)波很好地解釋了玻爾原子模型中那些令人不滿意的假設(shè)，從更為基礎(chǔ)的層面上解釋了電子的行為。
不過(guò)這里又出現(xiàn)了一個(gè)新的問(wèn)題，電子可不像光子，它是實(shí)實(shí)在在有質(zhì)量的粒子，現(xiàn)在又有了波動(dòng)性，粒子和波是兩個(gè)相互沖突的概念，德布羅意現(xiàn)在也說(shuō)不清楚現(xiàn)在應(yīng)該怎樣去描述電子。
他在1924年向索邦學(xué)院提交的論文中，只是簡(jiǎn)單地解釋了一下，認(rèn)為電子的粒子和波動(dòng)可能同時(shí)存在，電子就像一個(gè)沖浪的人，乘波而來(lái)，又乘波而去。這就是他以后提出的導(dǎo)波理論的雛形，波為電子指引了前進(jìn)的方向，沒(méi)有波的電子就像是瘸子沒(méi)有拐棍，沒(méi)有電子的波就像是拐棍失去了主人。
論文提交以后當(dāng)時(shí)索邦學(xué)院的三位教授，讓·佩蘭、查爾斯·莫甘，埃里·嘉當(dāng)，沒(méi)有一個(gè)人看得懂論文，就從法蘭西學(xué)院把朗之萬(wàn)請(qǐng)了過(guò)來(lái)。
朗之萬(wàn)是他們中唯一一個(gè)懂相對(duì)論和量子論的人，不過(guò)朗之萬(wàn)看了路易斯的論文以后，也不好發(fā)表自己的意見(jiàn)，因?yàn)檫@位學(xué)生的身份極為特殊。
需要找一個(gè)德高望重、和德布羅意家族沒(méi)有關(guān)聯(lián)的人幫忙鑒定一下，給出意見(jiàn)，他們才好做出判斷，朗之萬(wàn)就想到了愛(ài)因斯坦，因?yàn)閻?ài)因斯坦曾多次提到過(guò)光的二元性，而且朗之萬(wàn)也相信，這篇論文也是愛(ài)因斯坦急需看到的。
沒(méi)想到，愛(ài)因斯坦還真的給出了一個(gè)極高的評(píng)價(jià)，說(shuō)，這是照到物理學(xué)最大難題中的第一縷陽(yáng)光。
其他三位一看，那既然愛(ài)因斯坦都說(shuō)好，那肯定好，路易斯在愛(ài)因斯坦的支持下順利的博士畢業(yè)。
不過(guò)，科學(xué)是講究證據(jù)，愛(ài)因斯坦說(shuō)好，但不代表就對(duì)，所以路易斯的物質(zhì)波還需要得到實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。
1923年的9月，路易斯就想到的驗(yàn)證電子波動(dòng)性的辦法，既然電子是波，他肯定會(huì)顯示出波的衍射行為。
但這個(gè)實(shí)驗(yàn)比光難做的地方在于，電子的波長(zhǎng)非常小，比可見(jiàn)光小了十萬(wàn)倍，普通的人造狹縫肯定不行，這里就要用到晶體物質(zhì)了。
晶體的原子排列非常的整齊，且原子之間的間隔非常小，電子通過(guò)原子之間的縫隙之后，足以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)最后由美國(guó)的戴維森和革末在1925年到1927年做了出來(lái)，1927年GP湯姆遜在劍橋也獨(dú)立地做出了電子的衍射實(shí)驗(yàn)。
1937年他們分享了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，GP湯姆遜是JJ湯姆遜的兒子，老湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，證明電子是粒子，兒子又證明了電子是波，物質(zhì)的波粒性質(zhì)出現(xiàn)在湯姆遜家族，這種巧合在歷史上非常有趣。
路易斯也因此在1929年獲得了物理學(xué)諾獎(jiǎng)，他又創(chuàng)造了一個(gè)歷史，成為了僅憑畢業(yè)論文就斬獲科學(xué)最高榮譽(yù)的第一人，這個(gè)是前無(wú)古人，但不能說(shuō)后無(wú)來(lái)者。
再說(shuō)一個(gè)大家比較感興趣的問(wèn)題，電子作為有質(zhì)量的實(shí)物粒子，它具有波動(dòng)性，那我們這些由電子等費(fèi)米子構(gòu)成的宏觀物質(zhì)，有沒(méi)有波動(dòng)性？
有！可以這么說(shuō)，萬(wàn)物皆在波動(dòng)。那為什么我們看不到，我們像波一樣飄忽不定？因?yàn)榈虏剂_意的物質(zhì)波方程是λ=h/p。
你知道h有多小嗎？6.626×10^-34焦耳/秒，這么小的普朗克常數(shù)就決定了波動(dòng)性只會(huì)在質(zhì)量非常小的情況下才表現(xiàn)得很明顯，所以宏觀世界是看不到一絲的波動(dòng)性，也決定了不連續(xù)的本質(zhì)只會(huì)出現(xiàn)在很小尺度上，所以宏觀世界看起來(lái)就是連續(xù)的。
舉個(gè)例子，一個(gè)石頭的質(zhì)量100克，速度是1米每秒，算出來(lái)的德布羅意波長(zhǎng)只有6.6×10^-31厘米。一個(gè)人70千克，一個(gè)大肉墩子，雖然也可以算出波長(zhǎng)來(lái)，但這個(gè)數(shù)字它只是個(gè)數(shù)字，沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義，完全可以忽略掉，沒(méi)有了波動(dòng)性，這個(gè)現(xiàn)實(shí)世界就變現(xiàn)出來(lái)確定性。
再比如電子，它的質(zhì)量10^-27克，擁有1ev能量的電子速度為6×10^7厘米每秒，算出來(lái)的波長(zhǎng)為10^-7厘米，這個(gè)數(shù)字也很多小，但是電子的尺度約為10^-16厘米。
對(duì)于電子來(lái)說(shuō)它的波動(dòng)就相對(duì)比較明顯。這就是為什么微觀世界不確定，也測(cè)不準(zhǔn)的原因。關(guān)于概率解釋，和測(cè)不準(zhǔn)，我們后面會(huì)著重說(shuō)。畢竟這是哥本哈根解釋的核心，這里就簡(jiǎn)單地提一下。
如果你追求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)，堅(jiān)持認(rèn)為你在波動(dòng)，那也沒(méi)有問(wèn)題。你可以給別人說(shuō)，你其實(shí)是一縷幾率波，別人說(shuō)，你在胡扯，我看到的你明明是實(shí)在的物體，你可以告訴他，這是因?yàn)槟阍诳次?，?dāng)你不看我的時(shí)候，我就是幾率波。
有趣吧，這就是量子力學(xué)，微觀世界的本質(zhì)。好了，下個(gè)視頻，就該輪到年輕小伙子們上場(chǎng)了。第一個(gè)出場(chǎng)的是，上帝之鞭，泡利。
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