物理歷史上不乏傳奇，除了我們經常談論的牛頓、愛因斯坦之外，其實還有德布羅意。這個人也是一個掛神。網絡上經常把他的事蹟渲染為紈絝子弟不學無術，東拼西湊靠著一頁紙的博士論文混得博士學位，結果論文被愛因斯坦看到，最後拿下來諾貝爾物理學獎。
然而這樣的網絡故事終究也只是故事罷了，德布羅意的人生已經足夠傳奇，沒有必要再為他如此添磚加瓦。
德布羅意出身於貴族世家，德布羅意家族自17世紀以來在法國軍隊、政治、外交方面頗具盛名，數百年來在戰場上和外交上為法國各朝國王服務。1740年路易十五封德布羅意家族族長為德布羅意公爵，第一代公爵的兒子曾在七年戰爭中為哈布斯堡家族出力作戰，獲得神聖羅馬帝國親王封號，家族中每一個成員都可享有這一封號。德布羅意的祖父J·V·A·德布羅意更是法國著名政治家和國務活動家，還擔任過法國總理和外交部長等職務。後來德布羅意的大哥實驗物理學家莫里斯繼承了第六代公爵之位。時至今日，德布羅意家族依然是法國非常有威望的顯赫家族。
德布羅意家族徽章
可以說德布羅意家世顯赫，但是德布羅意卻不是一個紈絝子弟，直到 1960 年他代替去世的哥哥繼承公爵之位，生活依然非常簡樸，他賣掉了貴族世襲的豪華巨宅，選擇住在平民小屋，上班通勤，他喜歡步行，或搭巴士，也不曾擁有私人汽車。德布羅意對人彬彬有禮，絕不發脾氣，是一位貴族紳士。而且他一生獻給科研，從未結婚。
德布羅意在華沙聚餐照片
德布羅意一開始的專業是歷史專業，他從小時候就特別喜歡讀書，在文學領域特別有才華，所以他從 18 歲開始就在巴黎索邦大學學習歷史，僅僅是一年的時間就憑藉關於1717年統治者以及閣員和議會更替的論文獲得相關學士學位，從這你可以看的出來他的天賦，即使沒有從事物理研究，也會是一名著名的歷史學家、文學家。
他之所以半路出家從事物理研究，完全是因為他哥的緣故，他哥莫里斯是有名的實驗物理學家，我們知道，作為家族長子，人家是有“王位”要繼承的，所以莫里斯從出身就註定要奉獻給法蘭西的政治、外交、軍事事業。但是莫里斯並不喜歡從事這些工作，但因為家族的強烈反對，所以他只能一邊從事海軍工作，一邊在家裡從事科學實驗，他主要是從事研究 X 射線方面的研究工作。
右二莫里斯右三德布羅意
談論二十世紀物理，一定不能繞開索爾維會議，二十世紀初，實業家歐內斯特·索爾維創立了索爾維會議，1911年，第一屆索爾維會議在布魯塞爾召開，以後每 3 年舉行一屆。
當時 1911 年第一屆索爾維會議召開的時候，莫里斯以科學秘書的身份參加了第一屆索爾維會議。那次會議的主題就是"輻射理論和量子"，普朗克、愛因斯坦等一批物理學大師都在會上作了精彩的報告。會後，莫里斯協助朗之萬將這些報告和討論內容編輯成冊，並用法文出版。
第一屆索爾維會議，大家都能認出誰來
當時德布羅意看到莫里斯整理的冊子，瞭解到普朗克和愛因斯坦關於量子方面的工作，再加上之前也經常到哥哥的大實驗室拜訪，幫助哥哥進行一些物理實驗，所以德布羅意對物理學產生了濃厚的興趣。
後來，經過深思熟慮，他便決定轉專業從事物理領域研究，僅僅三年，在 1913 年時他就獲得理學學士學位，大家應該都知道從文科跨界理科的難度有多大。
不過因為第一次世界大戰的爆發，德布羅意要在埃菲爾鐵塔上的軍用無線電報站服役，所以不得不中斷了正在進行的物理研究。但是在這服役期間他大量拜讀普朗克、愛因斯坦、龐加萊的著作，除此之外，有關無線電波的知識也給他留下了深刻的印象。
在電報站的德布羅意
直到 6 年以後，也就是 1919 年，德布羅意才再次從事物理研究，因為哥哥的關係，他得以拜師於朗之萬，而且因為經常進行 X 射線的研究，再加上 1897 時年在劍橋大學卡文迪許實驗室，約瑟夫·約翰·湯姆孫在研究陰極射線時就已經發現電子，所以德布羅意在哥哥的實驗室裡不僅獲得了許多原子結構的知識，而且接觸到了 X 射線時而象波、時而象粒子的奇特性質。他開始對粒子的特性產生了疑問。
光的波粒二象性
我們知道，自從牛頓開始，科學家對於光究竟是呈波動性還是粒子性展開了長達 300 年的論戰，愛因斯坦從托馬斯·楊的雙縫實驗中提出了光電效應的光量子解釋，人們才開始意識到光同時具有波和粒子的雙重性質。
牛頓和惠更斯掀起了300年的波粒大戰
為了解釋 X 射線上出現的現象，1920 年，德布羅意重新開始研究理論物理，特別是關於量子問題，在1923年9月和10月，德布羅意在《法國科學院院導報》上發表了的三篇有關波和量子的短篇論文，這個時候就已經初顯他物質波的思想。
所以說他花花公子，不務正業，博士論文東拼西湊全都是網絡段子。
最終， 1924 年，德布羅意在其博士論文《量子理論的研究》中初步提出了相位波也就是物質波的概念，在這篇論文中運用了兩個最亮眼的公式： E=hv 和 E=mc2。
德布羅意博士論文部分截圖，論述光子能量公式部分，需要完整論文的可以和我要鏈接
這都是愛因斯坦最著名的關係式，前者對光子能量而言（第一個公式的提出有普朗克的功勞），後者是描述質量與能量之間的當量關係。
德布羅意把兩個公式綜合再作出假設，他認為光量子的靜止質量不為零，而像電子等一類實物粒子則具有頻率的週期過程。
所以在論文中他才得出一個石破天驚的結論， 任何實物微粒都伴隨著一種波動。
這種波被德布羅意稱為稱為相位波 。
相位波
在這個博士論文中，德布羅意首次正式提出了“波粒二象性”，他指出波粒二象性不只是光子才有，一切微觀粒子，包括電子和質子、中子，都具有波粒二象性。他把光子的動量與波長的關係式 p=h/λ 推廣到一切微觀粒子上，指出：具有質量m 和速度v 的運動粒子也具有波動性，這種波的波長等於普朗克恆量 h 跟粒子動量 mv 的比，即 λ= h/（mv）。這個關係式後來就叫做德布羅意公式。而且根據這一假說，電子也會具有干涉和衍射等波動現象。
電子衍射
德布羅意的理論可以說為持續了整整 300 年的波粒大戰畫上了休止符，不過德布羅意的博士論文可不止一頁，很多人拿德布羅意的論文出來批判中國博士論文的審核制度，說在中國字數少的論文連答辯資格都沒有。
然而德布羅意的論文有一百多頁，其中英譯本有72頁，德譯本有120頁。並且他的論文寫的非常嚴謹細緻，從 X 射線上觀測到的具體現象出發，經過了周密的論證，得出了結論。
德布羅意在博士論文中提出的這個大膽且前衛的假說當時震驚了所有參與答辯的導師，要知道，當時參與答辯的導師可都是科學泰斗，包括諾獎得主佩蘭。不過憑藉著論文的細緻周密，再加上答辯時的侃侃而談，德布羅意順利通過了博士答辯。
但出於對科學的嚴謹，朗之萬將論文寄給了愛因斯坦請他再審核一遍。（所以也不存在什麼郎之萬怕得罪德布羅意家族，勉強讓他答辯通過，再把這塊燙手的山芋踢給愛因斯坦的說法。）
對朗之萬感興趣的，可以百度一下他和居里夫人的悲劇愛情故事
愛因斯坦看到後非常高興。他沒有想到，自己提出的光量子假說，在德布羅意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意工作的內容，高度讚揚和強調德布羅意論文中思想的重要性。
原本因為太超前無人問津的德布羅意的論文，在得到愛因斯坦的高度評價後，在科學界引起了關注，並且影響了一大批科學家。
朗之萬和愛因斯坦
德布羅意的物質波假說為物理學界輸送了包括自己的 5 位諾獎，開闢了物理學界好幾個全新的領域、學科。
德布羅意的理論中揭示了每一種微觀粒子都具有波粒二象性。電子也不例外，具有這種性質。電子是一種波動，是電子波。電子的能量與動量分別決定了它的物質波頻率與波數。既然粒子具有波粒二象性，應該會有一種能夠正確描述這種量子特性的波動方程，這給了薛定諤極大的啟示。
因為微觀粒子具有波粒二象性，所以在描述粒子時，就必須對波動性與微粒性作出統一的描述。這種描述就用波函數表示。薛定諤先求出自由粒子所滿足的運動方程，然後再把它推廣到粒子受到場作用的情形，就得到波動方程（薛定諤方程），從而提出了波動力學，波動力學可以說是量子力學的兩大形式之一，具有非常重要的作用。
他還利用該方程計算氫原子的譜線，得到的答案與用玻爾模型計算出的答案相同，從而證明了玻爾的氫原子模型。他將這波動方程與氫原子光譜分析結果寫為一篇論文，1926年正式發表於物理學界，由此斬獲了 1933 年的諾貝爾獎。
薛定諤於1926年4月23日給愛因斯坦的信中就這樣寫道：“假如不是因為你的論文把德布羅意思想置於我的面前，如果單靠我個人，很難想象波動力學會建立起來，甚至有可能永遠出不來。”
薛定諤方程在量子力學中，體系的狀態不能用力學量（例如x）的值來確定，而是要用力學量的函數Ψ（x,t），即波函數（又稱概率幅，態函數）來確定，因此波函數成為量子力學研究的主要對象。而物質波這個名詞就是在薛定諤方程建立以後，詮釋波函數的物理意義時由薛定諤正式提出的。
那時薛定諤給出的薛定諤方程能夠正確地描述波函數的量子行為。但是物理學者尚未能解釋波函數的涵義，薛定諤嘗試用波函數來代表電荷的密度遭到失敗。1926年，玻恩提出概率幅的概念，對波函數的物理意義作出了統計解釋，即波函數的二次方代表粒子出現的幾率取得了很大的成功。從統計解釋可以知道，在量度某一個物理量的時候，雖然已知幾個體系處在相同的狀態，但是測量結果不都是一樣的，而是有一個用波函數描述的統計分佈。因為這一成就，由此玻恩榮獲了1954年度諾貝爾物理學獎。
不過德布羅意提出的物質波理論畢竟是假說，並沒有實證，德布羅意說通過用晶體對電子的衍射實驗就可以實證。所以很多科學家就想去證明德布羅意提出的物質波的確是正確的。
當時在他兄長的實驗室中有一位實驗物理學家道威利爾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。後來其他人分析，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，可惜道威利爾沒有堅持下去，諾獎就在前方向他招手。
陰極射線管
1921 年，著名美國科學家戴維森和助手康斯曼在用電子束轟擊鎳靶的實驗中偶然發現，鎳靶上發射的“二次電子”竟有少數具有與轟擊鎳靶的一次電子相同的能量，顯然是在金屬反射時發生了彈性碰撞，他們特別注意到“二次電子”的角度分佈有兩個極大值，不是平滑的曲線。他們並沒有意識到這其實是一種衍射現象，試圖仿照盧瑟福 α 散射實驗試圖用原子核對電子的靜電作用力解釋這一曲線。所以當戴維森繼續做電子散射實驗想繼續獲得這種曲線的時候，結果並不理想。
這個時候，多虧了他娶了一個好老婆，他妻子是著名物理學家、諾貝爾獎獲得者裡查森的妹妹。1926 年，他陪妻子回英國探親，特意帶上了自己的實驗成果，希望自己的大舅子可以解答自己的疑惑。
這時正值英國科學促進會在牛津開會。戴維森隨裡查森參加了會議。他聽到了著名的德國物理學家玻恩講到，他們進行的實驗有可能是德布羅意物質波假說所預言的電子衍射的證據。會議之後，戴維森與裡查森找到玻恩和其他一些著名的物理學家，讓他們看新近得到的單晶曲線，並且進行了熱烈的討論。在回美國的航程中，戴維森把所有時間用來閱讀薛定諤的著作，希望可以找到答案。
裡查森
回到美國之後，他馬上就重新做了該實驗，於1927年發表了實驗結果。 這個實驗，也正是德布羅意論答辯當日提出的“電子的衍射實驗”。 也就是說如果電子具有波動性，那麼電子束在通過障礙物時應該會和光一樣產生衍射。
電子衍射實驗示意圖
幾乎是同時，著名物理學家、電子的發現者J.J湯姆遜的兒子P.G.湯姆遜也以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產生的衍射花紋，確鑿證實了電子的波動性；為德布羅意波提供了又一堅實的基礎。 他們兩個人一起於1937年斬獲諾獎。
單電子雙縫實驗
在這之後，各種粒子的衍射實驗也被證實成功，德布 羅意的理論徹底無懈可擊。
P.G湯姆遜（另一位諾獎得住J.J湯姆遜之子）
對德布羅意物質波的研究在 21 世紀也沒有停止，2015年瑞士洛桑聯邦理工學院科學家就成功拍攝出光同時表現波粒二象性的照片。
底部的切片狀景象展示了光線的粒子特性，頂部的景象展示了光線的波特性。
所你，你能明白德布羅意的博士論文含金量有多高了嗎？
德布羅意可以說出道即巔峰，一篇博士論文掀開了微觀世界的神秘面紗，讓我們瞭解了粒子的特性；包括 1929 年獲得諾獎的德布羅意，1933 年獲諾貝爾物理學獎的薛定諤，1937 年獲諾貝爾獎的P.G.湯姆遜、戴維森以及 1954 年獲得諾貝爾獎的玻恩。如果包含推定波函數是一個旋量，擁有自旋性質從而得到狄拉克方程的狄拉克。因德布羅意這篇博士論文直接或間接而得到諾貝爾獎的物理學獎就有6位；這篇博士論文還終結了持續三百年的波粒大戰、開闢了多個物理研究新領域。
波粒二象性
憑藉著這篇博士論文，德布羅意就坐上了歷史上最偉大物理學獎之一的寶座。所以說，這篇論文堪稱是歷史最牛博士論文了。
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