第六十四回王子追电子探得微观新奥秘数学加物理辟出力学新体系——量子力学的创立
二十世纪的“二战”期间,爱因斯坦被德国法西斯势力迫害而流亡美国。从此,世界物理学研究中心便开始逐渐从欧洲向美国转移。在这个大转移全部完成以前,让我们看看欧洲大陆的物理学家们,正在加紧做着什么工作。
再说莫里斯那天开完会从布鲁塞尔刚回到巴黎,德布罗意便到家中看望哥哥,打听会议上有什么科学新闻。莫里斯将会上关于量子理论的争论如此这般地讲了一回,德布罗意早听得如醉如痴。半天,他突然张口说道:“哥哥,我要跟您一起研究物理。”
“什么?”莫里斯大吃一惊,“你再有两年就要拿到历史学方面的学位,现在改行岂不前功尽弃?”
德布罗意
“您放心,文科学位我照样要拿到手,但是我觉得应给自己再开辟一块知识领地。历史,是在人们对已经知道的甚至亲身经历过的事实进行梳理、编织;而物理则是去探寻那些早已存在却还不为人知的事实,它对我有更大的吸引力。”
“可是现在早已不是伽利略、牛顿时代,物理学已伸入到微观世界,每走一步就更加艰苦,而且过去的宏观经典理论已不适应,新的理论体系还远未建立。这时你来入伙实在冒险,也许我们这些人费尽九牛二虎之力,捞的却是一个水中的月亮。”
“不,我直觉地感到量子理论是很有希望的,我决心拿出全部精力弄清这神秘量子的真正本质。”
正是:
锦衣玉食何足贵?身外之物由它去。
聪明贵胄有奇志,不爱虚荣爱真知。
再说德布罗意刚下定决心要对理论物理进行研究,第一次世界大战就爆发了,他因服兵役上了前线,直到1922年他才重回哥哥的实验室继续中断许久的研究。渐渐地,他产生了一个大胆的思想:光波是粒子,那么粒子是不是波呢?就是说光的波粒二象性是不是可以推广到电子这类的粒子呢?就像当年法拉第由电变磁推想磁变电一样,德布罗意思路一开立即拓出一片新的天地。1923年他接连发表三篇论文,提出“物质波”的新概念,他坚信大至一个行星、一块石头,小至一粒灰尘、一个电子,都能产生物质波。物质波有其独特之处,它能在真空中传播,不要介质,因此不是机械波。但它又可以由不带电的物体运动产生,因此它又不是电磁波。他还运用爱因斯坦的相对论,推出了物质波的波长公式,即波长与粒子的质量和速度的乘积成反比。他还算出中等速度的电子的波长应相当于X射线的波长。
爱因斯坦真不愧为一个理论物理大师,他刚读完文章就拍案叫绝,并立即向物理学界的几个大人物写信,吁请对这个新思想给予关注:
请读一读这篇论文吧,这可能是一个疯子写的,但只有疯子才有这种胆量。它的内容很充实。看来粒子的每一个运动都伴随着一个波场,这个波场的物理性质虽然我们现在还不清楚,但是原则上应该能够观察到。德布罗意干了一件大事,另一个物理世界的那幅巨大的帷幕,已经被轻轻地掀开了一角。
花开两朵,各表一枝。在物理学中同一个题目常常是理论和实验双管齐下,稿纸上的推算和实验室里的测试刀枪并举,经过一场激战,堡垒才宣告攻克。
第二天,戴维逊和革末又来到实验室,他们将仪器安置好后又开始了那个不知重复了多少次的实验。戴维逊扳动开关将电流直向锌板射去,一边喊革末调整一下锌靶的角度。革末将锌靶轻轻转了一个角度,戴维逊却吃惊地喊道:“见鬼,今天怎么连电子也学会与我绕弯子了!革末,再将锌靶转个角度。”
“先生,您发现了什么?”革末一边转动锌靶,一边问道。
“你自己来看,莫非是我的眼睛出了毛病?”戴维逊说着和革末换了个位置。
“哎呀,电子束怎么不稳定了呢?”
各位读者,你知道他们发现了什么?原来随着锌板方向变化,电子束的强度也在变化,这种现象很像一束波绕过障碍物时发生的衍射那样。但是电子明明是粒子啊,它怎么能有波的性质呢?戴维逊师徒两人又将这个实验重复了多遍,仍然如此,他们一下跌入闷葫芦里。要说电子也是波,这简直就好像说人头上长角一样不可思议。他们百思不得其解,就这样在闷葫芦里一直闷了两年。