低调的物质波理论创立者：德布罗意

王江山

论出身，他是声名显赫的贵族，继承着两个爵位;

论学业，他因为自己在毕业论文里提出的理论而获得诺贝尔物理学奖;

论事业，他人生绝大部分时间从事物理学研究，但同时又是一位文学和历史学者。

——这就是量子力学的奠基人之一路易·维克多·德布罗意（Louis Victor de Broglie）。他虽出身贵族，却一生简朴，平易近人，将毕生奉献给了科学事业。最令人惊讶的是，这位誉满全球的物理学家，曾经是一位“文科生”，他是怎样完成人生转变的呢？

出身贵族，钟爱科学

1892年，路易·维克多·德布罗意出生于法国塞纳河沿岸的一个显赫贵族家庭，是第五公爵维克多的小儿子。他的哥哥莫里斯是一位科学爱好者，这深刻影响了少年时的德布罗意。但当时的上流社会非常传统保守，很多贵族认为科学只是一种游乐活动，所以公爵家还是按照政治家的标准来培养他们兄弟。在德布罗意才几岁时，家中就请虔诚的基督徒教师为他讲授神学和法学，德布罗意有过目不忘的天赋，时常能大段背诵自己看过的文章。父亲对德布罗意寄予厚望，希望他能继承自己的职位步入政坛。

德布罗意就在这样的环境中长大，大家都以为他会不负家族的期望成为一名政治家或历史学家，可他却在初次接触数学和哲学后，深深被吸引，他如饥似渴地阅读各类科学书籍。1911年10月，国际著名的索尔维物理学会议在布鲁塞尔举行，这次会议的主题是“辐射与量子论”。普朗克、爱因斯坦、居里夫人、朗之万……当时物理学界的大佬们齐聚一堂，讨论最前沿的科学问题，而德布罗意的哥哥莫里斯正是这次大会的学术秘书和编辑，他因此得到了该次会议的全部文献，并带回家和弟弟一起阅读，这更加激发了德布罗意对科学的兴趣。但他还是坚持完成了历史学的本科教育，之后不久，他转入巴黎大学理学院自然系学物理，从一个“文科生”变成了“理科生”。

风华正茂，一鸣惊人

第一次世界大战结束后，德布罗意开始在著名物理学家朗之万门下攻读理论物理博士学位。从此，他正式步入了物理的殿堂。

德布罗意在物理学方面有着天然的优势—他的哥哥莫里斯有自己的实验室，他可以和哥哥经常在那里从事X射线研究。有一次，在做X射线的衍射实验时，他们惊讶地发现，X射线看起来既是波又是粒子，具有波、粒双重性质。德布罗意敏锐地意识到，这不仅仅是双重属性那么简单，这可能意味着辐射也具有波动性。

长久以来，人们一直认为像电子这样的粒子拥有粒子性是理所应当的，而对它波动的性质却知之甚少。贯穿于科学发展始终的，还有一个著名的争论：光到底是波还是粒子？

这时候，德布罗意曾经的研究经验派上了用场：他决心梳理一下前人的研究，看看能否找到规律。1900年，普朗克在研究黑体辐射时提出“量子化”概念;1905年，爱因斯坦提出“光量子”概念;1918年，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔又提出轨道量子化的说法（这成功地解释了氢原子光谱）……理论越来越多，真相却越发扑朔迷离。而此时，德布罗意注意到法国科学家布里渊的一个设想：原子核周围存在着一层以太，电子在其中运动，激发一种波，这种波相互干涉，在电子轨道半径适当时，在原子核周围形成驻波。

德布罗意阅读了大量文献，并开始反向思考：如果光量子也具有波动性，那么又会怎么样？接着，他又将目光转向力学，提出了一个独特的设想：物质的波动方面与粒子方面应该是统一的。他在回忆时写道：“……对于物质和辐射，尤其是光，需要同时引进微粒概念和波动概念！”1922年，德布罗意借助于热力学、气体动力学和电子理论的方法，采用光的量子假说，导出了维恩位移定律。1923年，在不到一个月的时间里，他就在《法国科学院通报》上连续发表了3篇论文：《辐射—波和量子》《光学—光量子、衍射和干涉》和《物理学—量子、气体运动理论和费马原理》，这3篇文章奠定了德布罗意波的雏形。德布罗意还阐述了自己的“新力学”和以往的“旧理论”（包括牛顿和爱因斯坦的动力学）之间的关系。但那时他无法想象，自己的设想会掀起怎样的狂澜。

一篇毕业论文，一个诺贝尔奖

1924年，德布罗意终于要博士毕业了。他将自己的研究整理成文，作为答辩论文，还将文章给爱因斯坦寄去，没想到得到了如此评价：“他揭开了自然界巨大面罩的一角”“天才的一笔”。

德布罗意在博士论文中正式提出了在量子领域中所有实物粒子都具有波动性的假设，他将这种波称为相位波（现称为德布罗意波）：“任何运动着的物体都伴随着一种波动，而且不可能将物体的运动和波的传播分开。存在相位波是物体的能量和动量同时满足量子条件和相对论关系的必然结果。”“我认为几何光学和动力学的这两个重要原理之间的深刻关系的这个思想，可以作为将波和量子综合起来的重要指南。”

這篇论文的见解虽然非常大胆新奇，但还是获得了一致通过，并被传播到了欧洲各个大学的物理系，以至于深刻影响了另一位物理学大家薛定谔。后来薛定谔在德布罗意的理论的启发下创立了波动力学，使量子理论研究有了新进展。

1927年，美国实验物理学家克林顿·约瑟夫·戴维孙和雷斯特·革末重新做了镍对电子的散射实验，发现电子被散射后出现类似光的干涉、衍射图样;几乎就在同时，英国物理学家乔治·佩杰特·汤姆生在观察电子束通过薄金箔时也观察到圆环条纹……这些实验都证实了德布罗意“电子具有波动性”的假设。1929年，德布罗意因毕业论文中的“电子具有波动性”理论而获得诺贝尔物理学奖，他的理论被视为波动力学一般理论的基础，改变了人们从原子层面认识物理现象的历史。曾经的“文科生”德布罗意，就这样走上了物理学的巅峰。

简朴一生，默默耕耘

年少成名之后，德布罗意并没有骄傲自满，而是开始了教学工作。自1932年起，他开始担任巴黎大学理学院理论物理系主任，并且每年都在巴黎大学的亨利·庞加莱研究所开设一门不同学科的课程，培养了很多位博士，许多法国和外国的学生都参与过他的研究。

从1930年到1950年，德布罗意主要致力于波动力学的各种扩展研究：狄拉克的电子理论、新的光理论、粒子的自旋的一般理论、波动力学在核物理中的应用等。他在这方面发表了数篇笔记和论文，并在他特别感兴趣的领域出版了超过25本的著作。德布罗意在物理领域的默默耕耘使他获得诸多荣誉：1933年，当选为法国科学院院士;1952年，被联合国教科文组织授予首届卡林加奖;1956年，获得法国国家科学研究中心金质奖章，以表彰他向非专业人员普及现代物理学所作出的不懈努力。1987年，他安详离世，享年95岁。

德布罗意是高贵的亲王，却连私人汽车都不愿购买;他卖掉世袭的豪宅，居住于平民小屋，过着深居简出的日子……这位最初钻研“文史”的学生，却因兴趣最终成为一位物理学大师。虽然如今这样的成功已经很难复制，但他的故事却启迪我们：真正的热爱可以激发起多么强大的潜能。

（责任编辑/江盼  美术编辑/胡美岩）