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文科生“一页纸”论文拿物理学诺奖?不拼爹更没走后门,凭实力震惊爱因斯坦-大学物理论文范文参考

2023-07-07 06:55:10TONY杂谈109

纨绔子弟不学历史竟跨界量子物理,不学无术还差点毕不了业。

只能靠拼爹走后门,东拼西凑够一页纸的论文,便混得博士学位。

没想到剧情反转,论文被爱因斯坦看中,最后还走狗屎运般拿下诺贝尔物理学奖。

图:德布罗意

看到这里,可能许多人脑海里就已经浮现出“德布罗意”的名字。

毕竟在网络上,这是关于德布罗意最广为人知的故事,大众都偏好那类不走寻常路的天才人物。

然而事实呢,德布罗意真的是一个浪得虚名的纨绔子弟吗?

答案当然是否定的,这只不过是为了追求故事效果而产生的谣传。

但是,德布罗意本身的传奇,却也是一个不争的事实。

他身份虽为贵族,但却不是纨绔子弟。

虽从历史学半路出家到物理学,但对物理学界而言,他是最伟大的物理学家之一。

他因“物质波”假说而荣获1929年诺贝尔物理学奖,也是第一位凭学位论文就获得诺奖的科学家。

薛定谔、G.P.汤姆森、戴维森都因继续研究德布罗意波,而获得诺贝尔奖。

当然,传言中德布罗意的论文只有一页纸,也完全是无稽之谈。

图:路易·维克托·德布罗意(Louis Victor de Broglie中“De”的,一般表示贵族姓氏。"De"后面就会跟着所属的的城堡或者地名。)

1892年,路易·德布罗意诞生于法国一个贵族家庭。

德布罗意家族家世显赫,从17世纪开始,就拥有法国公爵,和德国亲王等尊贵地位。

这两个贵族头衔在德布罗意家族中世代沿袭,在1960年后,德布罗意也承袭了法国公爵爵位。

图:德布罗意家族的简图徽

从家世来看,德布罗意完全有当“花花公子”的资本。

但家族浓厚的学识氛围,也使他与纨绔子弟绝缘。

他从小就对知识充满渴望,并打算继承祖父的事业,成为一名中世纪历史学家。

18岁的德布罗意,就凭一篇关于1717年统治者以及阁员和议会更替的论文,获得了巴黎大学历史学学位。

然而,在刚拿到学士学位不久,德布罗意却突然对自然科学产生了浓厚的兴趣,跨界物理学。

...

其实德布罗意会作出这样的决定,离不开他哥哥M·德布罗意的影响。

在家族中,作为哥哥的M·德布罗意是提出从事科学事业的第一人。

毫无疑问,这遭到了全家的强烈反对,“在德布罗意家族,科学不能是一个职业!”

在争执中,家里只同意M.德布罗意用一套房子作为实验室,条件是他不能辞去海军职务。

图:哥哥M·德布罗意(莫里斯·德布罗意)

就这样,德布罗意也经常到哥哥的大实验室拜访,在那里德布罗意读到多位科学家的著作。

因为哥哥本身是索尔维会议的工作人员,德布罗意更是有幸读到了第一届索尔维会议的全部秘书记录。

当时离普朗克首次提出“量子概念”才10年,“神秘的量子世界”激起了他的无限兴趣。

图:1911年第一届索尔维会议

德布罗意家族一直显赫于政界、军界,200年已走出过一位总理、一位国会领袖、多位部长、高级军官和驻外大使等。

但莫里斯和路易这两兄弟,却成了整个家族传统的“叛徒”,纷纷投身科学领域。

其实作为家族最后有希望走上“正轨”的男丁,德布罗意投身科学,压力要比哥哥的大。

所以可以看出,德布罗意跨界并不是一时兴起,而是真切地出对科学的好奇与热爱,是深思熟虑的抉择。

图:晚年的德布罗意(右三),与哥哥M.德布罗意(右二)

他从历史学转向理论物理学研究,并在1913年获得理学学士学位。

但在第二年,第一次世界大战的爆发,也中断了他理论物理学的研究。

那时,他被征召入伍,在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役了6年。

直到第一次世界大战结束,德布罗意才有机会将精力重新投入物理学。

图:埃菲尔铁塔上的电报站

一方面,为了攻读博士学位,他拜师著名物理学家朗之万(朗之万也是哥哥的导师)。

另一方面,他则在哥哥精良的私人实验室研究X射线。

自1895年伦琴发现X射线以来,X射线一直都是一个非常热门的研究课题。

在那里,他也和哥哥做了许多关于X射线的实验。

图:保罗·朗之万

那时的德布罗意就对X射线时而显现出波动性,时而显现出粒子性,产生了疑问。

而带着这个疑问的德布罗意,也开始走出一段让许多传奇都黯然失色的人生轨迹。

...

我们都知道爱因斯坦的相对论,但是真正让爱因斯坦获诺奖的是他提出的光的波粒二象性。

这个结论结束了三百年来光的波动说和微粒说之争,真正揭开了“光的本质”的神秘面纱。

而德布罗意的伟大则在于,他把光的波粒二象性推广到所有宏观的物质上。

他提出不但是光具有波粒二象性,所有微观粒子都具有波粒二象性。

其实1923年9月到10月间,德布罗意在《法国科学院院导报》上发表了的三篇短篇论文,就已经初显他物质波的思想。

所以在传言中,花花公子攻读物理博士期间完全没有把心思放在学习上,根本是之虚乌有之事。

1924年11月,他再按照前三篇短片论文的思路,写出了一篇题为《量子理论的研究》的博士论文。

文中运用了两个最亮眼的公式:E=hv和E=mc2。

这都是爱因斯坦最著名的关系式,前者对光子能量而言,后者对实物粒子能量而言。

德布罗意把两个公式综合再作出假设,他认为光量子的静止质量不为零,而像电子等一类实物粒子则具有频率的周期过程。

所以在论文中他才得出一个石破天惊的结论,任何实物微粒都伴随着一种波动。

这种波称为相位波,后人也称之为物质波或德布罗意波。

图:物质波示意图

论文的完成,德布罗意也迎来了论文成果验收的一刻——答辩。

组成答辩委员会的除了博士导师郎之万外,还来了不少大咖。

然而德布罗意这个大胆且前卫的假说,把当时现场所有人都震住了,没人能提出任何理论上的反驳。

图:法国著名科学家让•佩兰(Jean Baptiste Perrin)

只有让•佩兰问了一个问题:“这些波能用怎样的实验来证实呢?”

只见德布罗意胸有成竹地回答:“用晶体对电子的衍射实验,应该就可以看到我所说的波动效应。”

毫无疑问,论文获得一致地通过,当时的佩兰说:“连这个问题都能回答上,德布罗意无疑是个很聪明的人”

图:朗之万与爱因斯坦

不过20世纪,是个荒谬和真理奇妙地混杂的年代。

为了保险起见,郎之万还是将德布罗意的论文寄给了爱因斯坦,才好作出判断。

所以也不存在什么郎之万怕得罪德布罗意家族,勉强让他答辩通过,再把这块烫手的山芋踢给爱因斯坦的说法。

爱因斯坦看完德布罗意的论文后,也和答辩委员小组一样震惊。

他不但为德布罗意区区一篇博士论文竟能如此优秀感叹,还为论文中超前的思想动容。

这“看起来虽像出自疯子的文章,但非常有道理”,是“天才的一笔”,还“揭开了伟大帷幕的一角”。

之后,爱因斯坦还专门根据德布罗意的理论写了一篇论文,高度赞扬和强调德布罗意论文中思想的重要性。

原本因为太超前无人问津的德布罗意的论文,在得到爱因斯坦的高度评价后,才在科学界引起了关注。

图:薛定谔

薛定谔最伟大的成就便是形成了波动力学概念,并建立起了薛定谔方程。

而这些成就的灵感,正是来源于德布罗意的假说。

薛定谔于1926年4月23日给爱因斯坦的信中就这样写道:“假如不是因为你的论文把德布罗意思想置于我的面前,如果单靠我个人,很难想象波动力学会建立起来,甚至有可能永远出不来。”

图:薛定谔方程

后来,实验物理学家也紧跟着德布罗意的思想,找到了能够支撑其假说的实验结果。

1926年夏天,戴维森访问英国时,获悉德布罗意提出的新理论,他立刻想到一年前自己所观察到的意外现象,有可能就是德布罗意波。

图:戴维森

所以他回到美国,马上就重新做了该实验,于1927年发表了实验结果。

这个实验,也正是德布罗意论答辩当日,提出的“电子的衍射实验”。

也就是说如果电子具有波动性,那么电子束在通过障碍物时应该会和光一样产生衍射。

图:电子衍射实验示意图

几乎是同时,英国剑桥的P.G.汤姆逊也观察到电子束通过薄金箔时有圆环条纹产生,为德布罗意波提供了又一坚实的基础。

在这之后,各种粒子的衍射实验也被证实成功,德布罗意的理论彻底无懈可击。

图:P.G汤姆逊(另一位诺奖得主J.J汤姆逊之子)

日后,将德布罗意波发展成波动力学的薛定谔,以及用实验证明了德布罗意波的戴维森和PG汤姆逊,都分别获得了1933年和1937年的诺贝尔奖。

当然,提出了这一伟大假说的德布罗意,也获得1929年的诺贝尔物理学奖。

那时,他也是历史上第一位靠博士论文,就获得诺贝尔奖的科学家,出道即巅峰。

此外,除了在波动力学基础的成就外,德布罗意在双重解理论和非线性波动力学等也成就巨大。

他一生的著作就达25部之多,也获得了诸多荣誉与奖项,是20世纪最伟大的物理学家之一。

而关于他纨绔子弟和花花公子的设定,也与他本人性格偏差很大。

他虽身份尊贵,但是却过着非常简朴的一生。

1960年,他在承袭了贵族爵位后,竟主动卖掉家族豪宅,住进一所普通的民宅内,而且一生都没有拥有过私家车。

此外,他虽有过女朋友,但却一生未婚,是个典型的工作狂。

那么到最后,还有一个问题未解决,当初德布罗意的论文真的天才到只有一页纸吗?

当然不是,实际上德布罗意的论文有一百多页,其中英译本有72页,德译本有120页。

所以说德布罗意是临毕业时七拼八凑出来的一页纸论文,根本就是无稽之谈。

可笑的是,这个彻头彻尾的谣言,还被许多人拿出来批判中国博士论文的审核制度,说在中国字数少的论文连答辩资格都没有。

那些想为自己投机取巧和浑水摸鱼找借口的人,选择德布罗意来当“例子”,或许真的找错对象了。

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