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量子力學史話

2023年09月01日

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故事發生在二十世紀初的法國。



巴黎。



一樣的延續著千百年的燈紅酒綠,香榭麗舍大道上散發著繁華和曖昧,紅磨坊里瀰漫著躁動與彷徨。



而在此時的巴黎,有一個年輕人,名字叫做德布羅意(DeBroglie),從他的名字當中可以看出這是一個貴族,事實上德布羅意的父親正是法國的一個伯爵,並且是正是一位當權的內閣部長。這樣一個不愁吃不愁穿只是成天愁著如何打發時光的花花公子自然要找一個能消耗精力的東西來磨蹭掉那些無聊的日子(其實象他這樣的花花公子大約都會面臨這樣的問題)德布羅意則找到了一個很酷的「事業」——研究中世紀史。據說是因為中世紀史中有著很多神秘的東西吸引著這位年輕人。



時間一轉就到了1919,這是一個科學界急劇動盪動著的年代。就在這一年,德布羅意突然移情別戀對物理產生了興趣,尤其是感興趣於當時正流行的量子論。具體來說就是感興趣於一個在當時很酷的觀點:光具有粒子性。這一觀點早在十幾年前由普朗克提出,而後被愛因斯坦用來解釋了光電效應,但即便如此,也非常不見容於物理學界各大門派。德布羅意倒並不見得對這一觀點的物理思想有多了解,也許他的理解也僅僅就是理解到這個觀點是在說「波就是粒子」。



或許是一時衝動,或許是因為年輕而擺酷,德布羅意來到了一派宗師朗之萬門下讀研究生。從此,德布羅意走出了一道足以讓讓任何傳奇都黯然失色的人生軌跡。







歷史上德布羅意到底花了多少精力去讀他的研究生也許已經很難說清,事實上德布羅意在他的5年研究生生涯中幾乎是一事無成。事實上也可以想像,一個此前對物理一竅不通的中世紀史愛好者很難真正的在物理上去做些什麼。白駒過隙般的五年轉眼就過去了,德布羅意開始要為他的博士論文發愁了。其實德布羅意大約只是明白普朗克愛因斯坦那幫傢伙一直在說什麼波就是粒子,(事實上對於普朗克大約不能用「一直」二字,此時的普朗克已經完全拋棄自己當初的量子假設,又回到了經典的就框架。)而真正其中包含的物理,他能理解多少大約只有上帝清楚。



五年的盡頭,也就是在1924,德布羅意終於提交了自己的博士論文。他的博士論文只有一頁紙多一點,不過可以猜想這一頁多一點的一份論文大約已經讓德布羅意很頭疼了,只可惜當時沒有槍手可以雇來幫忙寫博士論文。



他的博士論文只是說了一個猜想,既然波可以是粒子,那麼反過來粒子也可以是波。



而進一步德布羅意提出波的波矢和角頻率與粒子動量和能量的關係是:



動量=普朗克常數/波矢能量=普朗克常數*角頻率



這就是他的論文里提出的兩個公式



而這兩個公式的提出也完全是因為在愛因斯坦解釋光電效應的時候提出光子的動量和能量與光的參數滿足這一關係。



可以想像這樣一個博士論文會得到怎樣的回應。



在對論文是否通過的投票之前,德布羅意的老闆朗之萬就事先得知論文評審委員會的六位教授中有三位已明確表態會投反對票。



本來在歐洲,一個學生苦讀數年都拿不到學位是件很正常的事情,時至今日的歐洲也依然如此。何況德布羅意本來就是這麼一個來混日子的的花花公子。



然而這次偏偏又有些不一樣——德布羅意的父親又是一位權高望眾的內閣部長,而德布羅意在此廝混五年最後連一個Ph.D都沒拿到,雙方面子上自然也有些掛不住。



情急之中,朗之萬往他的一個好朋友那裡寄了一封信。



當初的朗之萬是不是礙於情面想幫德布羅意混得一個PhD已不得而知,然而事實上,這一封信卻改變了科學發展的軌跡。
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