德布罗意用博士论文直接获得诺贝尔奖

来源:百科故事网 时间:2020-08-05 属于: 科学家的故事

路易·德布罗意1892年8月15日出生在法国,他是法国著名的物理学家。他的家族是一个大家庭,与法国王室关系很密切。这个家族在17世纪中叶,被法国国王路易十四封为公爵,并且爵位世袭

德布罗意本来在大学学习历史,后来在他的兄长莫利斯影响下,开始研究放射线的波动性与粒子性。莫利斯是一位著名的X射线物理学家。可能是因为学历史出身,他更善于历史总结。他把各种已经确认的现象加以联系思考,终于认识到粒子与波的协调性。

在20世纪以前的经典物理学里,粒子和波是两个不同的概念。粒子是断开的,存在于空间某一处,和不连续性相关联。描述粒子用体积、长度、动量、能量等术语,而波是弥漫在空间里,是连续的。描述波用波长、频率、位相、强度。人们在光本质的争论中一直处在波与粒子的对立上。不管是光还是其他物质,物理学家们认为是粒子就不能是波,是波就不能是粒子。波与粒子是相互排斥,相17互对立的。

路易·德布罗意

路易·德布罗意

18世纪以后,尤其体现在光本质的论争上。麦克斯韦的电磁场理论,加强了波动学说。但是爱因斯坦的"光量子"(光子)学说又加入了微粒说的合理成分,并且在某些方面运用波动原理来解释。人们此后从光的直射、光的衍射、光的偏振等等方面认识到光的波动,又在光与其他物质相互作用中认识到了粒子性,从而认识到光的波粒二象性。真正使粒子与波概念相统一的是德布罗意。他不仅指出光,而且指出二象性同样适用于电子,应当把电子看成粒子,而它们的运动则应作为波来分析研究。

在德布罗意之前,旧的量子论也出现了危机。玻尔提出的量子化的原子结构仍然有许多缺陷,在解释多电子的原子光谱时遇到困难。玻尔的模型有着严重的缺陷,在很多方面是经典理论与量子概念的拼接。后来的量子力学的建立者们不断完善,使得量子理论得以确立。迈出第一步的是德布罗意,他提出了物质波说:物质粒子(比如电子)同时有波的性质。这样,光子也好,电磁辐射也好,均是波粒二象的东西,它们是粒子,也有波在运动的性质。

1922年,在一篇研究气体辐射的论文中,德布罗意运用热力学、分子运动论、光量子假设导出了思维辐射定量。在此,他已经认识到光是微粒,把它们称为"光原子"。

1923年,在爱因斯坦光量子理论的影响下,德布罗意认识到,应该推广理论,把这种波粒二象的思想扩展到一切物质粒子,电子更应该是这样。1923年9月至10月,德布罗意连续发表了三篇论文,明确提出电子也是一种波。他还做出预言,电子束穿过小孔时也会发生衍射现象。1924年,德布罗意完成了博士论文《关于量子理论的研究》,系统地阐述了物质波理论。

德布罗意的论文公开发表之后,法国科学家朗之万建议爱因斯坦发表意见,爱因斯坦看了之后,赞叹说"揭开了巨大帷幕的一角"。《关于量子理论的研究》认为:"整个世纪以来,在光学上重视了波动研究方程,而过于忽视了粒子的研究方法,在物质粒子的理论上,同样也是忽略了波的研究。"象性是光作为实物粒子的本性,所以爱因斯坦的公式E=hv,适用于光及电子等一切粒子。电子的波长也是可以求出的,德布罗意提出了波长公式,被称为德布罗意关系式。正是德布罗意第一次完善了玻尔理论并且促使薛定谔方程的诞生。

人们开始用实验检验德布罗意的理论。1927年,在美国贝尔实验室,戴维逊、革末和英国的汤姆逊(发现电子的汤姆逊之子)对晶体的电子衍射完成了实验,证实了德布罗意的理论。德布罗意因为博士论文而直接获得了诺贝尔奖,成为世界上第一位获此奖的物理学家。1929年,德布罗意获奖。1937年,三名证实理论的实验者也获得了此项诺贝尔奖金。
 

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