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德布罗意的博士论文_上帝与天才的游戏 1923年9月10日，法国科学院的《会议通报》第177卷上登出了德布罗意的第一篇探讨实物粒子波动性的文章《波动和量子》。在这篇不长的文章中，他根据相对论和量子论研究中得出的一个差异，引入了一个“与运动质点相缔结的假想的波”，并用这种波形成的驻波来分析电子绕核旋转的圆周运动，结果自然地得出了玻尔提出的但却又解释不了电子运动轨道的量子化条件。他认为，这种驻波就是量子条件的物理机制。这当然是一个非常具有颠覆性的假设。一个电子是粒子，这是从来没有争议的事实，现在居然把电子看成是一个波。这正如美国女诗人艾米丽·狄金森（Emily Dickinson，1830—1886）诗中所说： 许多疯狂是非凡的见识—— 在明辨是非的眼里—— 许多见识是十足的疯狂—— 9月24日，他又发表了第二篇文章《光量子、衍射和干涉》。在这篇文章里，他试图回答与电子相缔结的波到底是一种什么波？这显然是他提出的崭新的物理思想必须回答的问题。他首次引入了“相波”（phase wave），他“把相波看作是引导着能量转移的波动，这样就能使波和电子的综合成为可能”。并且指出：“自由质点的新动力学与古典力学（包括爱因斯坦力学）的关系，一如波动光学之于几何光学。通过反复研究可以看出，我们提出的综合似乎是在与17世纪以来动力学和光学的发展的比较中得出的一个逻辑结果。”作为他的新思想的验证，他预言：“一束电子穿过非常小的孔，可能会产生衍射现象。这也许可以验证我的观点。” 10月8日，德布罗意接着发表了第三篇文章《量子、气体运动论及费马原理》。在这篇文章里他进一步解释了几何光学和经典力学奇妙的类比。当他把几何光学中的费马原理（即最小光程原理）推广应用到与粒子运动缔结的相波上时，他证明这种粒子的运动也能表述为莫泊丢原理（即最小作用量原理）的形式，于是，“连接几何光学和动力学的两大原理的基本关系，得以完全清晰”。 1924年11月，德布罗意将上面三篇文章进一步整理和加工之后，以《量子理论的研究》为题，作为他的博士论文进行了答辩。论文一开头就明确指出： (www.) 考虑到频率和能量的概念之间存在着一个总的关系，我们认为存在着一个其性质有待进一步说明的周期现象。它与每一个孤立的能量块相联系，它与静止质量的关系可用普朗克—爱因斯坦方程表示。这种相对论性理论将所有质点的匀速运动与某种波的传播联系了起来，而这种波的位相在空间中的运动比光还要快。 在论文结束时，他写道：“相位波和周期现象的定义我有意说得比较含糊……所以目前只能把这一理论看作是一种形式上的方案，它的物理内容尚未充分确定，因而也是一个还不成熟的学说。” 法国物理学家朗之万（右）和爱因斯坦（左）合影。 德布罗意的理论因为认为物质具有波动性，因此被称为“物质波理论”（matter wave theory）。这个理论公布于世之后，开始并没有引起人们的重视。大多数物理学家包括他的导师朗之万——一位相当豁达和具有宽容心的学者，也都认为德布罗意的想法虽然有很高的独创性，但很可能只不过是一个转瞬即逝的思想火花而已。当时整个巴黎大学都“由于不知道如何估价德布罗意的论文而处境尴尬”。普朗克于1934年曾回忆当时人们对待德布罗意的理论的态度，他说： 早在1924年，路易·德布罗意先生就阐述了他的新思想，即认为在一定能量的、运动着的物质粒子和一定频率的波之间有相似之处。当时这个思想是如此之新颖，以至于没有一个人相信它的正确性，……这个思想是如此之大胆，以至于我本人，说真的，只能摇头兴叹。我至今记忆犹新，当时洛伦兹先生……对我说：“这些青年人认为抛弃物理学中老的概念简直易如反掌。” 不仅老成持重的普朗克、洛伦兹如此，就是思想颇开放的朗之万也认为德布罗意的想象过分大胆，几近荒谬。但他又想到，玻尔的理论也曾被认为极其荒谬，因此说不定德布罗意的论文也会有点什么了不起的东西呢！在论文答辩之前，朗之万曾对苏联著名物理学家约飞（А. A. Joffe，1880—1960）说：“（德布罗意）的思想当然很荒唐，但表述得十分优美和精巧，所以我将同意进行答辩。” 朗之万并没有随意否定德布罗意的思想。他很可能认为，真正的胡说八道是不可能表述得那么优美、那么精巧的；一个理论之所以完美，是因为它的内部深藏着某种暂不为人知的真实的东西。这种深藏着的东西超越了朗之万能理解的范围，于是他聪明地将德布罗意博士论文的副本寄给了爱因斯坦。朗之万记得爱因斯坦曾经对人们一时不能接受的玻尔氢原子理论做过如下评价：“这是思想领域中最高的音乐神韵。” |
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