德布羅意假說:德布羅意假說作為量子力學的前奏，路易斯·德布羅意的物質波理 -百科知識中文網

提出

提出的背景

德布羅意是法國物理學家，原來學的是歷史，對科學也很有興趣。第一次世界大戰期間，在軍隊服役，從事無線電工作。平時愛讀科學著作，特別是彭加勒、洛侖茲和朗之萬的著作。後來對普朗克、愛因斯坦和玻爾的工作發生了興趣，乃轉而研究物理學。退伍後跟隨朗之萬攻讀物理學博士學位。他的兄長莫里斯·德布羅意是一位研究X射線的專家，路易斯曾隨莫里斯一道研究X射線，兩人經常討論有關的理論問題。莫里斯曾在1911年第一屆索爾威會議上擔任秘書，負責整理檔案。這次會議的主題是關於輻射和量子論。會議檔案對路易斯有很大啟發。莫里斯和另一位X射線專家W.布拉格聯繫密切。布拉格曾主張過X射線的粒子性。這個觀點對莫里斯很有影響，所以他經常跟弟弟討論波和粒子的關係。這些條件促使德布羅意深入思考波粒二象性的問題。

法國物理學家布里淵（M.Brillouin）在1919—1922年間發表過一系列論文，提出了一種能解釋玻爾定態軌道原子模型的理論。他構想原子核周圍的“以太”會因電子的運動激發一種波，這種波互相干涉，只有在電子軌道半徑適當時才能形成環繞原子核的駐波，因而軌道半徑是量子化的。這一見解被德布羅意吸收了，他把以太的概念去掉，把以太的波動性直接賦予電子本身，對原子理論進行深入探討。

假說的提出

1923年9月—10月間，德布羅意連續在《法國科學院通報》上發表了三篇有關波和量子的論文。第一篇題目是《輻射——波與量子》，提出實物粒子也有波粒二象性，認為與運動粒子相應的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。後來他把這種假想的非物質波稱為相波。他考慮一個靜質量為m0的運動粒子的相對論效應，把相應的內在能量m0c視為一種頻率為ν0的簡單周期性現象。他把相波概念套用到以閉合軌道繞核運動的電子，推出了玻爾量子化條件。在第三篇題為《量子氣體運動理論以及費馬原理》的論文中，他進一步提出，“只有滿足位相波諧振，才是穩定的軌道。”在第二年的博士論文中，他更明確地寫下了：“諧振條件是l=nλ，即電子軌道的周長是位相波波長的整數倍。”在第二篇題為《光學——光量子、衍射和干涉》的論文中，德布羅意提出如下構想：“在一定情形中，任一運動質點能夠被衍射。穿過一個相當小的開孔的電子群會表現出衍射現象。正是在這一方面，有可能尋得我們觀點的實驗驗證。”①

兩個注意點

在這裡要說明兩點： 第一點，德布羅意並沒有明確提出物質波這一概念，他只是用位相波或相波的概念，認為這是一種假想的非物質波。可是究竟是一種什麼波呢？在他的博士論文結尾處，他特別聲明：“我特意將相波和周期現象說得比較含糊，就象光量子的定義一樣，可以說只是一種解釋，因此最好將這一理論看成是物理內容尚未說清楚的一種表達方式，而不能看成是最後定論的學說。”物質波是在薛丁格方程建立以後，在詮釋波函式的物理意義時才由薛丁格提出的。 第二點，德布羅意並沒有明確提出波長λ和動量p之間的關係式：λ=h/p（h即Planck常數），只是後來人們發覺這一關係在他的論文中已經隱含了，就把這一關係稱為德布羅意公式。

當時的反響

德布羅意的博士論文得到了答辯委員會的高度評價，認為很有獨創精神，但是人們總認為他的想法過於玄妙，沒有認真地加以對待。例如：在答辯會上，有人提問有什麼可以驗證這一新的觀念。德布羅意答道：“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。”在他兄長的實驗室中有一位實驗物理學家道威利爾（Dauvillier）曾試圖用陰極射線管做這樣的實驗，試了一試，沒有成功，就放棄了。後來分析，可能是電子的速度不夠大，當作靶子的雲母晶體吸收了空中游離的電荷，如果實驗者認真做下去，肯定會做出結果來的。

德布羅意的論文發表後，當時並沒有多大反應。後來引起人們注意是由於愛因斯坦的支持。朗之萬曾將德布羅意的論文寄了一份給愛因斯坦，愛因斯坦看到後非常高興。他沒有想到，自己創立的有關光的波粒二象性觀念，在德布羅意手裡發展成如此豐富的內容，竟擴展到了運動粒子。當時愛因斯坦正在撰寫有關量子統計的論文，於是就在其中加了一段介紹德布羅意工作的內容。他寫道：“一個物質粒子或物質粒子系可以怎樣用一個波場相對應，德布羅意先生已在一篇很值得注意的論文中指出了。”