爱因斯坦在1924年的5月收到了朗之万在巴黎寄来的一封信件,还附带了一个包裹,信中说,包裹里面有一篇论文,帮手把握一下,但愿您能给出评价。
爱因斯坦看了今后,大为赞赏,回信说:这位小兄弟的论文,把一张大幕掀起了一角。
朗之万当即把这个简短的考语拿给巴黎的三位同业看,他们都认为如斯高的评价出自爱因斯坦之手,足以申明这篇论文必然不简单,于是乎这位年青人顺遂结业,拿到了博士学位。
他是谁?路易斯·维克多·皮埃尔·雷蒙德·德布罗意亲王,此刻他有了一个更为简短的名字叫,路易斯·德布罗意博士。
那个贼长的名字跟他的家族有关,路易斯的祖上出过良多元帅、将军、部长,交际官,在路易14、15、16的麾下尽忠过,从路易15起头,就封爵他家为宿世袭公爵,这是爵位品级中最高的。还受过神圣罗马帝国皇帝弗兰西斯二宿世的封爵,他家的男孩都是亲王,女孩都是公本家儿。
此刻担当爵位的是路易斯的哥哥,莫里斯·德布罗意,有没有感觉他的名字很熟悉。没错,我们前面提到过,他加入过第一届索尔维会议,在里面本家儿要负责记实列位大佬的讲话。
而路易斯是亲王,这个爵位并不高,只比最低的男爵高了一点,但这并不主要,他更喜好别人叫他路易斯博士。
若是科学界有爵位的,算他家的最高,这算得上是一个记实,前无前人,后无来者。
路易斯出生于1892年,他的童年就不消说了,必定过得很幸福,不外在1906年他的父亲归天,此时路易斯才14岁,31岁的哥哥当作为了一家之本家儿,担当了第六宿世公爵。
他的哥哥莫里斯一向以来对科学有着稠密的乐趣,1908年在法兰西学院,朗之万的门下获得博士学位,结业今后没有加入工作,直接弄了一个尝试室,进行X射线方面的研究。
所以莫里斯对路易斯的影响很是大,尤其是1911年,莫里斯带着路易斯加入了第一届索尔维会议,会议竣事今后,莫里斯就会给弟弟讲述当天会商的问题。
会后,路易斯当真阅读了会议记实,这使他爱上了物理学,决议要走这条路,当作为一名物理学家。1913年路易斯获得了学士学位。
1914年一战爆发,路易斯也难逃兵役,不外家里有关系仍是好处事,路易斯并没有去疆场,而是当了一名无线电工程师,在埃菲尔铁塔上驻扎了6年时候。
1920年,复员今后的路易斯一向在哥哥的尝试室帮手,1922年应朗之万的邀请,爱因斯坦来到巴黎讲学,此行对路易斯的影响颇深,他完全接管了爱因斯坦关于光二元性的诠释。
1923年路易斯有了一个奇奥的设法,他问了本身一个简单而又深刻的问题,既然具有波动性的光可所以粒子,那具有粒子性的电子,可所以波吗?
他从爱因斯坦两个描述光量子的方程E=hv和p=hv/c入手,推导出了描述电子波长的方程λ=h/p。
这就是德布罗意方程,很是简单,电子的波长就等于普朗克常数除以电子的动量。表白了电子具有波动性,称为物质波。
这个发现就可以诠释玻尔的原子模子中,为什么电子只能占有特定的轨道?为什么占有特定的轨道,就不辐射能量。
在诠释电子行为之前,我们先来看一个宏不雅实际中的例子,一条吉他弦,当您用手拨动弦的时辰,就会在弦上形当作驻波,这个驻波的波长跟弦长老是知足这样的关系。
弦长老是等于半波长的整数倍,在吉他弦上不成能形当作不完整的半波长。图中显示的就是弦长和波长之间的关系,第一个弦长等于1倍的半波长,第二个是两倍的半波长,三倍的半波长,四倍的半波长。
若是将这个关系应用到电子波和电子轨道周长上,也可以知道,电子的轨道周长只能容下电子半波长的整数倍。
恰是这个整数倍的限制,使得原子中的电子轨道不是持续的,而是特定的一些轨道,更为主要的是,若是把电子算作环绕在原子核四周的驻波,就不存在电子,也就不存在加快度的问题,是以就不存在轨道能量损耗的问题。
德布罗意用物质波很好地诠释了玻尔原子模子中那些令人不对劲的假设,从更为根本的层面上诠释了电子的行为。
不外这里又呈现了一个新的问题,电子可不像光子,它是实其实在有质量的粒子,此刻又有了波动性,粒子和波是两个彼此冲突的概念,德布罗意此刻也说不清晰此刻应该如何去描述电子。
他在1924年标的目的索邦学院提交的论文中,只是简单地诠释了一下,认为电子的粒子和波动可能同时存在,电子就像一个冲浪的人,乘波而来,又乘波而去。这就是他今后提出的导波理论的雏形,波为电子指引了进步的偏向,没有波的电子就像是瘸子没有拐棍,没有电子的波就像是拐棍掉去了本家儿人。
论文提交今后那时索邦学院的三位传授,让·佩兰、查尔斯·莫甘,埃里·嘉当,没有一小我看得懂论文,就从法兰西学院把朗之万请了过来。
朗之万是他们中独一一个懂相对论和量子论的人,不外朗之万看了路易斯的论文今后,也欠好颁发本身的定见,因为这位学生的身份极为特别。
需要找一个年高德劭、和德布罗意家族没有联系关系的人帮手判定一下,给出定见,他们才好做出判定,朗之万就想到了爱因斯坦,因为爱因斯坦曾多次提到过光的二元性,并且朗之万也相信,这篇论文也是爱因斯坦急需看到的。
没想到,爱因斯坦还真的给出了一个极高的评价,说,这是照到物理学最浩劫题中的第一缕阳光。
其他三位一看,那既然爱因斯坦都说好,那必定好,路易斯在爱因斯坦的撑持下顺遂的博士结业。
不外,科学是讲究证据,爱因斯坦说好,但不代表就对,所以路易斯的物质波还需要获得尝试的验证。
1923年的9月,路易斯就想到的验证电子波动性的法子,既然电子是波,他必定会显示出波的衍射行为。
但这个尝试比光难做的处所在于,电子的波长很是小,比可见光小了十万倍,通俗的人造狭缝必定不可,这里就要用到晶体物质了。
晶体的原子摆列很是的整洁,且原子之间的距离很是小,电子经由过程原子之间的裂缝之后,足以发生衍射现象。
这个尝试最后由美国的戴维森和革末在1925年到1927年做了出来,1927年GP汤姆逊在剑桥也自力地做出了电子的衍射尝试。
1937年他们分享了诺贝尔物理学奖,GP汤姆逊是JJ汤姆逊的儿子,老汤姆逊发现了电子,证实电子是粒子,儿子又证实了电子是波,物质的波粒性质呈现在汤姆逊家族,这种巧合在汗青上很是有趣。
路易斯也是以在1929年获得了物理学诺奖,他又缔造了一个汗青,当作为了仅凭结业论文就斩获科学最高声誉的第一人,这个是前无前人,但不克不及说后无来者。
再说一个大师比力感乐趣的问题,电子作为有质量的什物粒子,它具有波动性,那我们这些由电子等费米子组成的宏不雅物质,有没有波动性?
有!可以这么说,万物皆在波动。那为什么我们看不到,我们像波一样飘忽不定?因为德布罗意的物质波方程是λ=h/p。
您知道h有多小吗?6.626×10^-34焦耳/秒,这么小的普朗克常数就决议了波动性只会在质量很是小的环境下才表示得很较着,所以宏不雅宿世界是看不到一丝的波动性,也决议了不持续的素质只会呈现在很小标准上,所以宏不雅宿世界看起来就是持续的。
举个例子,一个石头的质量100克,速度是1米每秒,算出来的德布罗意波长只有6.6×10^-31厘米。一小我70千克,一个大肉墩子,固然也可以算出波长来,但这个数字它只是个数字,没有实际意义,完全可以忽略失落,没有了波动性,这个实际宿世界就变现出来确定性。
再好比电子,它的质量10^-27克,拥有1ev能量的电子速度为6×10^7厘米每秒,算出来的波长为10^-7厘米,这个数字也良多小,可是电子的标准约为10^-16厘米。
对于电子来说它的波动就相对比力较着。这就是为什么微不雅宿世界不确定,也测禁绝的原因。关于概率诠释,和测禁绝,我们后面会着重说。究竟结果这是哥本哈根诠释的焦点,这里就简单地提一下。
若是您追求严谨的科学,对峙认为您在波动,那也没有问题。您可以给别人说,您其实是一缕几率波,别人说,您在胡扯,我看到的您明明是其实的物体,您可以告诉他,这是因为您在看我,当您不看我的时辰,我就是几率波。
有趣吧,这就是量子力学,微不雅宿世界的素质。好了,下个视频,就该轮到年青小伙子们上场了。第一个进场的是,天主之鞭,泡利。







