在数学史上，有家族型的数学家，比如伯努利家族。在物理学史上同样有家族型的物理学家，比如居里家族（包括居里夫妇和他们的女儿女婿，都是诺贝尔奖获得者），比如过两天会讲到的汤姆逊家族（父子都获得了诺贝尔奖）。今天要讲的是一对兄弟，法国物理学家莫里斯·德布罗意和他的弟弟路易斯·德布罗斯。虽然在物理学上莫里斯的成就不如弟弟路易斯，但是他却是弟弟进入物理学的领路人，毕竟弟弟一开始是研究历史和法律的。
德布罗意兄弟（右二是哥哥莫里斯，右三是弟弟路易斯）
莫里斯·德布罗意于1875年出生在法国巴黎。德布罗意家族祖上曾以军功在法国显赫一时，从17世纪开始在法国军队、政治、外交方面都颇有盛名，是法国的世袭公爵。莫里斯是家中的长子，作为家族传统，莫里斯从出生开始，就注定要继承家族传统，献身于法兰西的外交、政治和军事事业。但是很明显的，莫里斯并不愿意从事政治生活，而选择了从事科学和技术工作。1895年，莫里斯从海军学校完成学业后，被派往地中海海军中队。在那里，他为法国舰船安装了第一台无线电装置，以此来改善海军舰船装备。与此同时，莫里斯继续着他的学业，他先后在土伦学校和马赛大学学习，并于1900年获得科学学士学位。1898年，莫里斯向家庭提出要从事科学事业，但遭到了家族的强烈反对，他的祖父甚至训斥他：对德布罗意家族来说，科学不能是一个事业。双方谁也不能说服对方，最后采取一个折衷的方法：莫里斯可以在家里的一套房子中进行科学实验，但是不能退出海军。莫里斯在无线电方面取得了杰出的成就，总算没给家族蒙羞，也正因为他的贡献，从1904年开始，他获得了不定期休假的优厚待遇。这样，莫里斯就可以有足够的精力从事科学研究，他先在梅敦的天文台研究光谱学，后来又在法兰西学院学习。莫里斯的学位论文是关于离子迁移率的研究，这里的离子是指漂浮在空气中的带电烟尘粒子。这一研究涉及到当时物理学的两个中心研究课题--离子的作用过程和布朗运动的测量。要研究离子必须先有离子，为了产生离子，莫里斯花大力气改进了用来产生X射线的装置，这就为他后来进行X射线研究打下了基础。
德布罗意家族的徽章简图
1892年，路易斯·德布罗意出生在法国塞纳。路易斯从小热爱读书，中学时代就显示出了很好的文学才华。18岁的时候进入巴黎索邦大学学习历史，并在1910年获得历史学学士学位（也就是刚上大学就获得学位？怎么做到的？）。第二年，哥哥莫里斯以科学秘书的身份参加了第一届索尔维会议。那次会议的主题就是"辐射理论和量子"，普朗克、爱因斯坦等一批物理学大师都在会上作了精彩的报告。会后，莫里斯协助朗之万将这些报告和讨论内容编辑成册，并用法文出版。而路易斯则近水楼台，率先阅读了这些报告和会议记录，特别是普朗克和爱因斯坦分别作的关于黑体辐射、固体比热的研究报告给他留下了难以忘怀的印象。路易斯开始转向物理学的研究。
第一届索尔维会议（看看能认识几个人）
莫里斯在研究X射线的过程中，观察到了X射线的衍射环。另外，他还发明了著名的"旋转晶体法"，即拍摄晶体对X射线衍射图样时，让样品绕自转轴旋转。通过这一方法，提高了X射线摄谱仪的精度。但这时候一战爆发，莫里斯投笔从戎，中断了科学研究。直到战争结束后，他才又回到了他的实验室，继续从事X射线的研究。在研究过程中，莫里斯探测了光电子的速度分布，从而确定了光电子的动能分布。利用入射X射线的能量hν与光电子动能之差给出了吸收限，它表示电子在释放之前被结合在原子内部的能量。莫里斯测量获得的数据揭示了原子的各种吸收限。路易斯在此期间也参与了这一研究工作，这对他以后形成波粒二象性思想起到了一定的作用。莫里斯拥有设备精良的私人实验室。从20年代中期，他把实验室向社会开放，在社会上公开寻找科学爱好者到实验室参与共同研究，通过这种形式为法国培养科学人才。当越来越多的人到实验室进行共同研究时，他的实验室变成了原子核物理学和宇宙辐射研究的舞台。此时，莫里斯虽然还在继续研究包括X射线在内的各种课题，但他已经把相当大的一部分精力投入实验室的领导工作。他的实验室吸引了许多学生，在他的指导及实验室群体相互影响下，学生们都各自选择并确定了自己的研究方向，其中一些学生后来成长为法国科学的领导者。例如，第一批在他实验室工作的道威里叶后来成长为著名的天体物理学家；而他的弟弟路易斯则成为著名的理论物理学家。1960年，莫里斯去世，享年85岁。他的公爵头衔传给了他的弟弟路易斯。
莫里斯·德布罗意
路易斯自从在1911年看了索尔维会议的报告后，转向了物理学研究，并在1913年获得了科学学士的学位。但是同样的，在一战期间，他也投笔从戎，在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役了6年。在此期间，有关无线电波的知识给他留下了深刻的印象。
埃菲尔铁塔上的电报站
一战后，路易斯在朗之万的指导下攻读理论物理，同时也在哥哥的实验室研究X射线。1922年，路易斯在仔细研究爱因斯坦的有关经典论文后，发表了一篇题为《黑体辐射与光量子》的论文，在这篇论文中孕育着他后来的关于物质波的一些思想。从1922年到1923年，他一直在思考一个问题：既然光具有波粒二象性，那么波粒二象性是否不只局限于光现象中，其他的实物粒子是否也有这一特性呢？这是一个前人从未想过的问题，也是一个从未被任何实验揭示的问题，它直接关系到一般物质是否具有波粒二象性这一史无前例的答案。1923年夏秋之间，路易斯连续发表了三篇短文来阐述他的这种设想，并将这个设想详细地写进了他的博士论文。
光的波粒二象性
1924年，路易斯按照他之前发的三篇短文的思路，写出了一篇题为《量子理论的研究》的博士论文。在文中，他运用了两个最亮眼的公式：E=hv和E=mc^2，这都是爱因斯坦最著名的公式。前者是相对于光量子而言的，后者是对实物粒子能量而言的。路易斯将两个公式综合了之后，再提出了假设：光量子的静止质量不为零，而是像电子等一类实物粒子具有频率的周期过程。路易斯在文中阐述了有关物质波可能存在的主要论点。他坚信物质波产生于任何物体的运动，大到行星，小到灰尘、电子，都能形成物质波。物质波既不是机械波也不是电磁波。最后，路易斯还给出了计算物质波的波长公式。这种物质波被称为"相位波"，后人也称之为"德布罗意波"。
德布罗意波
当时答辩委员会的人除了路易斯的导师朗之万以外，还有不少理论物理学界的大家，他们都属于什么场面都见过的人，但是路易斯的这个假设还是震惊了在场所有的人，而且没有人能够提出理论上的反驳。最后，佩兰提了一个问题：那么，在哪里才能买到这些波呢？（开个玩笑，佩兰的原话是：这些波能用什么样的实验来证实呢？）路易斯胸有成竹地说："用晶体对电子的衍射实验，应该就能看到我所说的波动效应"。论文被一致通过，但是朗之万还是不太放心，又将论文寄给了爱因斯坦，想听听他对这篇论文的看法。爱因斯坦看完之后，与答辩委员会的人一样，大为震惊。他说："看起来虽然像出自一个疯子的文章，但非常有道理"，这"揭开了伟大帷幕的一角"。后来，爱因斯坦还专门根据路易斯的理论写了一篇论文，高度赞扬和强调了路易斯论文中思想的重要性。后来，薛定谔根据路易斯的思想，搞出了著名的薛定谔方程。之后，戴维森通过"电子衍射实验"证明了德布罗意波的存在。路易斯也因为提出这一伟大假说而获得了1929年的诺贝尔物理学奖。凭一篇博士论文获得诺贝尔奖，出道即巅峰。（现在网络上有关于德布罗意凭一页纸论文通过博士答辩，并获得诺贝尔奖的文章，基本上都是意淫文，不值一看）
薛定谔根据德布罗意假设搞出的方程
在创立物质波理论之后，路易斯主要从事量子电动力学和基本粒子理论的研究。1943年出版了《粒子自旋总论》，在该书中提出了一种处理具有高自旋的基本粒子问题的"熔解法"。路易斯始终对现代物理学的哲学问题感兴趣，喜欢讲理论物理学、科学史和自然哲学问题结合起来考虑。他也是哥本哈根学派的主要对手之一。在《非线性波动力学》中，他也为探讨统计物理学的因果律的哲学解释做过不少努力。1960年，路易斯在他哥哥莫里斯去世后，继承了家族的爵位。路易斯一生从未结婚，喜欢过平常简朴的生活。在卖掉了贵族世袭的豪宅之后，他选择住进平民小屋，深居简出。1987年，路易斯·德布罗意在路维希安去世，享年95岁。兄弟两都为物理学作出了卓越的贡献，并都享高寿。
路易斯·德布罗意
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