一个法国亲王的博士论文答辩时为什么竟无人能提问?
《关于量子理论的研究》是法国著名科学家德布罗意在1924年11月24日向巴黎大学理学院提交的一篇博士论文。这是一篇划时代的论文,文中提出了在量子理论中著名的“德布罗意的物质波”,为量子力学体系的建立作出了重大的贡献。1929年德布罗意由于这篇论文“发现了物质波”而获得了诺贝尔奖,成为历史上第一个因为博士论文而获得诺贝尔奖的人。
法国著名科学家路易斯·德布罗意亲王1892年出生于法兰西一个非常显赫的家族。法国于1759年封德布罗意家族的长者为亲王,从那以后,这个家族为法兰西提供了一位总理、一位国会领袖、三员上将、一位外交部长、一位教育部长和两任驻英国大使。不知为什么,到了路易斯·德布罗意这儿却在科学上大显身手,成了诺贝尔奖获得者、举世闻名的物理学家。
德布罗意亲王的哥哥莫里斯·德布罗意是一位物理学家,德布罗意从哥哥那里了解到普朗克和爱因斯坦在量子力学上的成就,对理论物理学产生了兴趣。
中学毕业后,德布罗意就进入巴黎大学学习理论物理学,但是后来改行学了历史学,并且于1909年就获得了历史学学位。然而,在他的内心深处从来没有放弃过对理论物理学的重大兴趣,后又转而选择了科学的道路,重新开始了他的理论物理学的学习与研究。
1924年11月24日,原来学历史、后又专攻理论物理学的博士研究生路易斯·德布罗意亲王向巴黎大学理学院提交了一篇使教授们感到十分惊奇的博士论文《关于量子理论的研究》。这是一篇划时代的论文,在这篇论文中,德布罗意提出了一些惊人的观点。他认为,根据爱因斯坦学说,不仅在光的理论中,而且在物质理论中,都必须利用波粒二象性。他提出:“每个微粒都伴随着一定的波,而每个波都与一个或许多个微粒的运动联系着。”在德布罗意看来,电子再不能被认为是简单的电的微粒,而应当把波同电子联系起来。德布罗意说的波,既不是光波,也不是电磁波,德布罗意把它叫物质波。他还导出了关于物质波波长的公式:
λ表示物质波的波长,m、v分别代表物体的质量和速度。
德布罗意的结论是从物理学最基本的假设出发的,他的推理过程极为严密,可以说是无懈可击的,更为重要的是,这个理论具有很高的独创性,因此,在论文答辩时,使得在座的教授们无人能提出什么问题。尽管教授们并不相信他的理论会在短期内得到验证,但仍然非常顺利地让他通过了论文答辩。
事实上,3年以后的1927年,美国科学家戴维森和J·J·汤姆逊的儿子G·P·汤姆逊从实验上证明了德布罗意的理论。他们让一束在电场中被加速的电子射向晶体,结果得到了电子的衍射图像,这种衍射图和光波的衍射图几乎没有什么两样。从衍射环的直径计算出电子的波长,与德布罗意公式所给出的波长完全一致,当束中的电子的速度增大或减小时,这个波长也随之减小或增大。
德布罗意的这篇论文还为薛定锷提出波动力学作出了重大贡献。薛定锷从德布罗意的物质波的观念出发,得出了描述自由粒子运动的波动方程,成为量子力学大师。
1929年,德布罗意由于这篇论文“发现了物质波”而获得了诺贝尔物理学奖金,成为历史上第一个因为博士论文而获得诺贝尔奖的人。