傳說中的宇宙最水諾獎得主:本科歷史學,卻憑藉“一紙”博士論文摘取諾貝爾物理學獎,出道即巔峯!...

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他,到底是不是

最水的諾獎得主?

超模君曾經介紹了學歷史,最終成爲數學、物理大牛的威滕(傳送門),然而竟出現了德布羅意姥爺的高分點贊!

那今天,超模君就講講這位“宇宙最水諾獎得主”吧!

關於德布羅意(Louis Victor de Broglie,1892-1987),有個流傳非常廣的故事。

德布羅意是一個出身貴族的紈絝子弟,脾氣暴躁,在大學學習歷史的時候,突然喜歡上物理,然後拜師郎之萬。

而在讀博期間,德布羅意完全沒把學習放在心上,畢業的時候爲了能拿到博士學位,東拼西湊地完成了只有一頁多紙的論文,而導師郎之萬礙於德布羅意顯赫的家庭背景,不敢明目張膽地批判德布羅意的論文,只好將它交給了頂頂大名的愛因斯坦。

不料,愛因斯坦卻對德布羅意的論文大加讚歎,說它“揭開了大幕的一角”,後來,德布羅意簡直是走了狗屎運,因此論文而獲得了諾貝爾物理學獎。

不過,故事歸故事,真實的德布羅意到底是怎樣的?真的像謠傳的那樣毫無真才實學,只靠家庭背景嗎?

1892年,德布羅意出生在法國的名門望族,祖父曾擔任法國總理,同時也是一位傑出的歷史學家。

德布羅意家族在17世紀40年代就以功勳顯赫於法國曆史。1742年,F.M.德布羅意被封爲公爵,子孫世襲;其後,這個家庭爲法國提供了至少一位總理、一位國會領袖、三員上將、一位外交部長、一位教育部長和兩任駐英大使。

可幸的是,如此顯赫的家庭學術氛圍也是非常濃厚的,他家裏有私人實驗室、圖書館等,德布羅意從小就沉迷歷史和文學(其實應該是各種書籍都有涉獵),希望長大後能夠繼承祖業。

於是,中學畢業後,德布羅意進入巴黎索邦大學學習歷史,並於1910年獲文學學士學位。

獲得學士學位後,德布羅意又專攻了一年法律,後來又被科學哲學吸引,讀了好多科學書籍,尤其是看完龐加萊的《科學的假設》和《科學的價值》之後,深受啓發,再加上當時剛好聽到作爲第一屆索爾維物理討論會祕書的莫里斯談到關於光、輻射、量子性質等問題的討論,德布羅意突然發現物理十分有趣,決定轉學物理。。。

龐加萊

事實上,德布羅意的哥哥就是一位實驗物理學家,X射線方面的專家,擁有設備精良的私人實驗室。之前他還一直擔心弟弟“搖擺不定”,現在,終於走上了“正軌”。

哥哥莫里斯.德布羅意

1913年,德布羅意獲巴黎大學理學碩士學位。

畢業後,正值第一次世界大戰即將爆發,德布羅意就去參軍了,然後在軍隊裏連續搞了六年無線電設備。。。

戰後,德布羅意去到哥哥的實驗室研究X射線。而在哥哥的實驗室裏,德布羅意瞭解到了很多原子結構的知識,更重要的是,他發現了一個難以用理論解釋的現象:X射線時而象波、時而象粒子。

爲了讓自己觀察到的現象有個合理的解釋,德布羅意於1920年回到巴黎大學,重新開始研究理論物理,攻讀物理學博士,師從著名物理學家郎之萬(也是哥哥之前的導師)。

保羅·朗之萬(Paul Langevin,1872~1946)

在讀博期間,德布羅意發表了好幾篇高質量的物理論文。

1922年,他發表了2篇論文,一篇被認爲是玻色統計的先導(運用熱力學、分子運動論和光量子假說導出了維恩定律和普朗克定律)。另一篇是關於黑體輻射的能量漲落。

1923年9月~10月,他連續在法國科學院的會議週報發表了三篇關於物質波的論文,創立了物質波理論,分別爲《波與量子》、《光量子、衍射和干涉》、《量子、氣體動力理論和費馬原理》。

所以,那些說德布羅意在讀博期間一事無成的已經可以狗帶了。。。

在法國科學院發表完3篇論文後,德布羅意投入到博士論文的撰寫。

1924年,德布羅意終於完成了題爲《量子理論的研究》(Recherches sur la théorie des quanta)的博士論文,在這篇論文中,包括了德布羅意近兩年取得的一系列重要研究成果,全面論述了物質波理論及其應用。

他從相對論出發思考玻爾原子模型的問題,根據普朗克量子計算方程與愛因斯坦質能方程得出電子的內在頻率,從理論上證明電子運動時伴隨有相波,後人稱其爲德布羅意波,其波長公式爲:λ=h/mv。

到11月答辯的時候,德布羅意的這篇論文讓在場的四位答辯委員(包括郎之萬在內)目瞪口呆,對德布羅意提出的理論非常震驚,同時也提不出任何理論上的反駁。。。

因此,答辯委員會主席只問了一句:“如何用實驗證明這些波呢?”

德布羅意信心滿滿地回答:“通過電子在晶體上的衍射實驗,應當有可能觀察到這種假定的波動的效應。”

最後,雖然德布羅意的論文獲得了通過,但是,幾位委員都還沒有完全認同的勇氣,所以,郎之萬還是將一份論文副本寄給了愛因斯坦,希望這位大神能給予評價。

愛因斯坦看完後,同樣大爲震驚,說這是一篇十分罕見的論文,是絕無僅有的,“對玻爾-索末菲量子規則作了很值得注意的幾何解釋”,是“天才的一筆”,“揭開了偉大帷幕的一角”!

除此之外,愛因斯坦還根據德布羅意的所提出的理論寫了一篇論文,並提交給了柏林科學院,在文中,愛因斯坦強調了德布羅意論文中基本思想的重要性,進而演繹出很多推論。

愛因斯坦的這一舉動讓德布羅意非常感激,就是有了他的肯定,才讓德布羅意的理論引起科學界的注意。

德布羅意回憶道:“1924年我將我的博士論文提交給巴黎大學,在論文中我提出了關於波動力學的新思想。(導師)朗之萬將我的論文送給了愛因斯坦。稍後,1925年1月,這位偉大的科學家向柏林科學院遞交了一篇論文,在文中他強調了我的博士論文中的基本思想的重要性,進而演繹出許多推論。愛因斯坦的這篇論文引起了科學家們對我工作的注意,而在這之前我的工作鮮爲人知。”

值得強調的是,德布羅意的博士論文並不是傳說中的只有一頁多紙,實際上是一百多頁(英語譯本72頁,德語譯本120頁)。

至於爲何會有這種傳言,可能是因爲在這篇論文中,德布羅意推導出最後的物質波(德布羅意波)的公式只用了兩頁紙,而剩下的內容全都是在討論爲何會有這一理論以及一些潛在的理論。。。

後來,薛定諤看了德布羅意的這篇論文,深受啓發,並於兩年後,在《物理學年鑑》上發表了論文《作爲本徵值問題的量子論》,提出了薛定諤方程 ,從此開啓了量子力學的新紀元。

薛定諤曾十分明確地表示:“這些考慮的靈感,主要歸因於德布羅意先生的獨創性的論文。”

德布羅意的博士論文也讓他獲得1929年度的諾貝爾物理學獎,同年,他也獲得了法國科學院享利·龐加萊獎章,受聘爲彭加勒學院理論物理教授,從事教學研究工作直至退休。

1930年到1950年間,德布羅意的研究工作主要是波動力學的推廣,他的研究取得了許多成果,發表了大量評論和論文。

1951年以後的一段時間,德布羅意研究粒子和波之間的關係,目的是通過研究用經典的空間和時間概念對波動力學作出因果解釋。

德布羅意一生的研究成果頗豐,他的著作就達25本之多。而他一生中也獲得了諸多榮譽,除了前面說到的龐加萊獎章和諾貝爾物理學獎之外,德布羅意還獲得了馬克斯·普朗克獎章、摩納哥阿爾伯特一世獎、聯合國教科文組織授予他一級卡琳加獎,1933年當選法國科學院院士,1942年開始擔任數學科學常務祕書,同時,他還是華沙大學、雅典大學等六所著名大學的榮譽博士,是歐、美、印度等18個科學院院士。

1927年第五屆索爾維會議

而關於德布羅意是一位脾氣暴躁的紈絝子弟的說法,也是毫無根據!事實上,德布羅意是一位貴族紳士,從來不會發脾氣。

他喜歡簡樸的生活,他一生未婚;

在1960年後,他甚至還賣掉了貴族世襲的豪宅,住在了一間平民小屋;

他是個標準的工作狂,他喜歡步行,從來沒有用私人汽車;

看完超模君的介紹後,誰還會認爲德布羅意是最水的諾獎得主呢?

寫在最後

看完姥爺的故事,再來看看超模君的創意之作!數學史上傳奇的數學家們,只要數學能力夠強,在當時看起來天馬行空的東西,都能給你造出來。

畢竟,學數學永遠都不會落伍。還在等什麼?快來開啓你的數學之旅吧!

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作者簡介:超模君,數學教育與生活自媒體博主,新晉理工科奶爸。出版過《芥子須彌 · 大科學家的小故事》;《數學之旅·閃耀人類的54個數學家》。後續數學文化創意多多,歡迎關注認識!

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參考來源:

1https://www.youtube.com/watchv=vtN4tkvcBMA&feature=youtu.be

2https://www.youtube.com/watchtime_continue=29&v=FycDx69px8U&feature=emb_logo

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