物理学史上大概没有第二篇博士论文有过这样的待遇:答辩委员会拿不准它是天才还是荒唐,把它寄给爱因斯坦裁决;五年后,它为作者赢得了诺贝尔奖。德布罗意在论文里其实只问了一个问题——既然光波可以是粒子,那电子这样的粒子,为什么不能是波?
弃文从理的贵族
1892 年,德布罗意生于法国迪耶普一个显赫的公爵世家,家族几百年间出过元帅、总理与外交官。按照家族剧本,他在索邦大学攻读历史,本该走向外交界;但哥哥莫里斯家中的私人 X 射线实验室,以及莫里斯担任秘书的 1911 年第一届索尔维会议的会议记录,让他彻底着了迷。他毅然转投物理,1913 年取得理学学位。
铁塔上的电波
一战爆发后,德布罗意应征入伍,被派到埃菲尔铁塔下的军用无线电站,与电波打了近六年交道。战后他进入哥哥的实验室研究 X 射线与光电效应——光时而像波、时而像粒子的分裂人格,成了他挥之不去的心事。
大幕的一角
1923 年秋天,灵光降临:把爱因斯坦 1905 年对光的处理反过来,用到物质上。1924 年,他在博士论文《量子理论研究》中提出:任何粒子都伴随一列波,波长 。玻尔原子中电子为何只能待在特定轨道?因为轨道周长必须恰好容下整数个波长,电子波才能首尾相接,像琴弦上的驻波。答辩委员会折服于数学之优美,却不敢断言它是否真实,导师朗之万把论文寄给爱因斯坦。爱因斯坦回信道:「他揭开了大幕的一角。」
父亲的粒子,儿子的波
1927 年,贝尔实验室的戴维森与革末让电子束打在镍单晶上,得到了与 X 射线衍射如出一辙的花纹;同年,英国的 G.P. 汤姆孙用金属薄膜独立观察到电子衍射环。命运在此开了个温柔的玩笑:G.P. 的父亲 J.J. 汤姆孙因证明电子是粒子而获诺奖,儿子则因证明电子是波而获奖——父子都对,这正是量子力学的精髓。1929 年,37 岁的德布罗意获诺贝尔物理学奖,常被称为史上第一位凭博士论文成果摘取诺奖的人。
未竟的导波
德布罗意始终不甘心「波只是概率」的哥本哈根诠释。1927 年索尔维会议上他提出「导波理论」,受挫后一度搁置;1952 年玻姆重拾并发展了这条思路,他晚年又重燃斗志,继续探索量子力学更「实在」的图像。后半生他扎根法国的科研与教育,大力推动科学走向公众,1952 年获联合国教科文组织颁发的首届卡林加科普奖。1987 年,这位末代公爵以 94 岁高龄辞世——他问出的那个关于波的问题,至今仍在被追问。