诺贝尔物理学奖-1929

1929年諾貝爾物理學獎 電子的波動性
1929年諾貝爾物理學獎授予法國巴黎索本大學的路易斯．德布
羅依(Prince Louis-victor de Broglie，1892―1987)，以表彰他發現了
電子的波動性。

路易斯．德布羅依出身法國貴族，l892年2月15
日誕生於下塞納的迪耶普，中學時代就顯示出文學才華，1910年
獲巴黎大學文學學士學位。

後來志趣轉向理論物理學，1913年又
獲理學士學位。

第一次世界大戰期間，在艾菲爾鐵塔上的軍用無線德布羅依
電報站服役。

平時愛讀科學著作，特別是潘卡瑞、勞倫茲和朗之萬的著作。

後來對普朗克、愛因斯坦和波耳的工作發生了興趣，乃轉而研究物理學。

退伍後跟隨朗之萬攻讀物理學博士學位。

他的兄長莫裏斯．德布羅依是一位研究X射線的專家，路易斯曾隨莫裏斯一道研究X射線，兩人經常討論有關的理論問題。

莫裏斯曾在1911年第一屆索爾威會議上擔任秘書，負責整理文件。

這次會議的主題是關於輻射和量子論。

會議文件對路易斯有很大啟發。

莫裏斯和另一位X射線專家亨利．布拉格聯繫密切。

亨利．布拉格曾主張過X射線的粒子性。

這個觀點對莫裏斯很有影響，所以他經常跟弟弟討論波和粒子的關係。

這些條件促使德布羅依深入思考波粒二象性的問題。

法國物理學家布裏淵(M. Brillouin)在1919—1922年間發表過一系列論文，提出了一種能解釋波耳定態軌道原子模型的理論。

他設想原子核周圍的“以太”會因電子的運動激發一種波，這種波互相干涉，只有在電子軌道半徑適當時才能形成環繞原子核的駐波，因而軌道半徑是量子化的。

這一見解被德布羅依吸收了，他把以太的概念去掉，把以太的波動性直接賦予電子本身，對原子理論進行深入探討。

1923年9月—10月間，德布羅依連續在《法國科學院通報》上發表了三篇有關波和量子的論文。

第一篇題目是“輻射——波與量子”，提出實物粒子也有波粒二象性，認爲與運動粒子
相應的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。

後來他把這種假想的非物質波稱為相波。

他考慮一個靜質量m0的運動粒子的相對論效應，把相應的內在能量m0c2視為一種頻率為 0的簡單週期性現象。

他把相波概念應用到以閉合軌道繞核運動的電子，推出了波耳量子化條件。

在第三篇題為“量子氣體運動理論以及費馬原理”的論文中，他進一步提出，“只有滿足位相波諧振，才是穩定的軌道。

”在第二年的博士論文中，他更明確地寫下了：“諧振條件是 =nλ，即電子軌道的周長是位相波波長的整數倍。

”
在第二篇題為“光學——光量子、繞射和干涉”的論文中，德布羅依提出如下設想：“在一定情形中，任一運動質點能夠被繞射。

穿過一個相當小的開孔的電子群會表現出繞射（衍射）現象。

正是在這一方面，有可能尋得我們觀點的實驗驗證。

”
德布羅依在這裏並沒有明確提出物質波這一概念，他只是用位相波或相波的概念，認為可以假想有一種非物質波。

可是究竟是一種什麼波呢?在他的博士論文結尾處，他特別聲明：“我特意將相波和週期現象說得比較含糊，就象光量子的定義一樣，可以說只是一種解釋，因此最好將這一理論看成是物理內容尚未說清楚的一種表達方式，而不能看成是最後定論的學說。

”物質波是在薛丁格方程建立以後，詮釋波函數的物理意義時才由薛丁格提出的。

德布羅依並沒有明確提出波長λ和動量p之間的關係式：λ=h/p，(h即普朗克常數)，只是後來人們發覺這一關係在他的論文中已經隱含了，就把這一關係稱為德布羅依公式。

德布羅依的博士論文得到了答辯委員會的高度評價，認為很有獨創精神，但是人們總認為他的想法過於玄妙，沒有認真地加以對待。

例如：在答辯會上，有人提問有沒有辦法驗證這一新的觀念。

德布羅依答道：“通過電子在晶體上的繞射（衍射）實驗，應當有可能觀察到這種假定的波動的效應。

”在他兄長的實驗室中有一位實驗物理學家道威利爾(Dauvillier)曾試圖用陰極射線管做這樣的實驗，試了一試，沒有成功，就放棄了。

後來分析，可能是電子的速度不夠大，當作靶子的雲母晶體吸收了空中游離的電荷，如果實驗者認真做下去，肯
定會做出結果來的。

德布羅依的論文發表後，當時並沒有多大反應。

後來引起人們注意是由於愛因斯坦的支援。

朗之萬曾將德布羅依的論文寄了一份給愛因斯坦，愛因斯坦看到後非常高興。

他沒有想到，自己創立的有關光的波粒二象性觀念，在德布羅依手裡發展成如此豐富的內容，竟擴展到了運動粒子。

當時愛因斯坦正在撰寫有關量子統計的論文，於是就在其中加了一段介紹德布羅依工作的內容。

他寫道：“一個物質粒子或物質粒子系可以怎樣用一個波場相對應，德布羅依先生已在一篇很值得注意的論文中指出了。

”這樣一來，德布羅依的工作立即獲得大家注意。

當1926年薛丁格發表他的波動力學論文時，曾明確表示：“這些考慮的靈感，主要歸因於德布羅依先生的獨創性的論文。

”1927年，美國的達維生和革末及英國的G.P.湯姆森通過電子繞射（衍射）實驗各自證實了電子確實具有波動性。

至此，德布羅依的理論作為大膽假設而成功的例子獲得了普遍的讚賞，從而使他獲得了1929年諾貝爾物理學獎。

後來，德布羅依主要從事的仍是波動力學方面的研究，他在1951年以後著重研究了“雙重解理論”，想要在古典的時空概念的基礎上對波動力學的機率和因果性作出解釋，但這種努力未獲得成功。

德布羅依始終對現代物理學的哲學問題感興趣，喜歡將理論物理學、科學史和自然哲學結合起來考慮，寫過一些有關的論文。

德布羅依1926年起在巴黎大學任教，1933年任巴黎大學理學院理論物理學教授，1933年被選為法國科學院院士，1943年起任該院常任秘書，1962年退休。