德布罗意家族,法国历史上最著名的家族之一。自17世纪以来,这个家族出过很多外交家、政治家以及军事领袖,为历代法国国王服务。德布罗意的父亲是世袭公爵,德布罗意家族成员都有王子封号,这个封号是18世纪中叶奥地利人授予德布罗意家族的。法国大革命时期,德布罗意家族的一个后裔被推上断头台。古老的德布罗意家族本身就是历史的一部分。整个19世纪,德布罗意家族在法国公众生活中以政界和军界人物声名显赫,但在19世纪末出了一对兄弟,在物理学界扬名立万。

德布罗意王子(德布罗意世袭贵族)(1)

(路易·德布罗意)

德布罗意出生于1892年,在五个孩子中排行最小。14岁时,父亲去世,长兄莫里斯承袭爵位,并接手弟弟的教育。莫里斯自幼醉心于自然科学,将巴黎府邸的一个房间作为物理实验室,在里面研究X射线,并把贴身男仆训练成专业的实验室助手。

1909年,德布罗意高中毕业,到索邦大学就读。当时的他不确定自己想做什么,对外交和军事均不感兴趣。莫里斯为小弟弟的游移不定而忧虑,却不愿强加压力,希望弟弟能够自由选择。最初德布罗意学历史,之后又攻读了一年法律,后来获得文学学士学位。

1911年,第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开,爱因斯坦、居里夫人等世界上一流物理学家汇聚于此。会议的主题是辐射和量子论,莫里斯担任大会秘书,带回了大会讨论的所有文件。德布罗意怀着极大兴趣阅读哥哥带回的文件和资料,下决心要弄清普朗克提出的量子究竟是什么。

德布罗意王子(德布罗意世袭贵族)(2)

(照片中的M德布罗意就是德布罗意的哥哥莫里斯)

于是,德布罗意开始攻读物理学,1913年获科学硕士学位。正当他准备对量子做深入研究时,第一次世界大战爆发。王子也得入伍,就这样德布罗意开始军队生涯。最初他在皇家工程兵团当工兵,后来被派到瓦勒里昂山前线。德布罗意不喜欢当工兵,对挖战壕厌烦透顶。哥哥莫里斯公爵通过关系把他调到无线电部门,在埃菲尔铁塔电报站做电工。这是一个新兴机构,德布罗意学到很多无线电波的知识。并且埃菲尔铁塔离他哥哥的别墅很近,6年中别墅内的私人实验室得到最充分的使用——只要一有空闲,德布罗意就会到实验室做实验。在哥哥的帮助下,6年的军队生涯德布罗意在物理上一点都没荒废。

1919年,德布罗意以副官身份退伍,重新入学,在郎之万手下攻读理论物理博士学位。早在战争期间,哥哥就建议他把注意力转到X射线的粒子模型和波动模型上。读博期间,他对两种模型做了深入的思考。德布罗意是爱因斯坦光量子假设的拥护者,通过实验,他深刻体会到光的粒子性和波动性。既然光的部分行为可以和粒子一样,那么粒子——比如电子——的部分行为是否也能像波一样?德布罗意对此的顿悟发生在1923年8月,他认为爱因斯坦1905年的发现应推广到所有微观粒子上,特别是电子。按照德布罗意的想法,每个粒子都具有与之联系的物质波,波长随粒子的动量而变化,粒子动量越大,波长越短。

德布罗意王子(德布罗意世袭贵族)(3)

(德布罗意的博士导师郎之万——戴领结那个——与爱因斯坦)

1923年9月到10月间,法国科学院的《会议通报》上,德布罗意发表了三个短篇报告,集中讨论“粒子即波,波即粒子”的假说。1924年11月,德布罗意把三篇文章整理加工,作为自己的博士论文,论文题目是《量子理论的研究》,主要讨论了物质具有波动性——这个理论被称为“物质波理论”。博士答辩结束后,整个巴黎大学因不知该如何评价德布罗意论文而处于尴尬境地。德布罗意的工作具有很高的独创性,但它很可能仅仅是思想灵感,转瞬即逝,毫无意义。

郎之万将德布罗意博士论文副本邮寄给爱因斯坦,爱因斯坦读完论文后,立即发现德布罗意假设的真正价值,爱因斯坦开始向科学家们大力推荐物质波理论。正因为爱因斯坦的重视,其他物理学家才关注这个新学说,有些物理学家开始思考如何用实验来证实物质波理论。此后几年,物质波理论被众多实验验证。

德布罗意王子(德布罗意世袭贵族)(4)

(参加索尔维会议的德布罗意)

1929年,因提出电子具有波动性,37岁的德布罗意获得诺贝尔物理奖。此前一年,德布罗意的母亲去世,她从没意识到自己的儿子是个天才,母亲心目中,总是飘忽不定的小儿子在职业上是不怎么成功的。所幸还有长兄见证这一切。看到自家小弟在学术上后来者居上,莫里斯的内心想必是极其欣慰的。

1960年,哥哥莫里斯公爵去世,德布罗意承袭爵位。他终身未婚,有两个忠实随从相伴。据说,德布罗意晚年,物理学家伽莫夫曾到巴黎登门拜访,摁响门铃后,男管家出门迎接。伽莫夫说,我想见德布罗意教授。男管家微微低头鞠一躬,礼貌而固执地更正,您应该说德布罗意公爵先生!伽莫夫说,好吧,我求见德布罗意公爵先生。伽莫夫这才被允许进门。

古老的贵族血统和当时最前沿的物理在德布罗意身上得到完美融合,他无须记录历史,他创造历史,他就是历史本身。

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