这篇让 5 位科学家斩获诺奖，由文科生写成的博士论文究竟有多牛

物理历史上不乏传奇，除了我们经常谈论的牛顿、爱因斯坦之外，其实还有德布罗意。这个人也是一个挂神。网络上经常把他的事迹渲染为纨绔子弟不学无术，东拼西凑靠着一页纸的博士论文混得博士学位，结果论文被爱因斯坦看到，最后拿下来诺贝尔物理学奖。

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然而这样的网络故事终究也只是故事罢了，德布罗意的人生已经足够传奇，没有必要再为他如此添砖加瓦。

德布罗意出身于贵族世家，德布罗意家族自17世纪以来在法国军队、政治、外交方面颇具盛名，数百年来在战场上和外交上为法国各朝国王服务。 1740年路易十五封德布罗意家族族长为德布罗意公爵，第一代公爵的儿子曾在七年战争中为哈布斯堡家族出力作战，获得神圣罗马帝国亲王封号，家族中每一个成员都可享有这一封号。德布罗意的祖父J·V·A·德布罗意更是法国著名政治家和国务活动家，还担任过法国总理和外交部长等职务。后来德布罗意的大哥实验物理学家莫里斯继承了第六代公爵之位。时至今日，德布罗意家族依然是法国非常有威望的显赫家族。

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德布罗意家族徽章

可以说德布罗意家世显赫，但是德布罗意却不是一个纨绔子弟，直到 1960 年他代替去世的哥哥继承公爵之位，生活依然非常简朴，他卖掉了贵族世袭的豪华巨宅，选择住在平民小屋，上班通勤，他喜欢步行，或搭巴士，也不曾拥有私人汽车。德布罗意对人彬彬有礼，绝不发脾气，是一位贵族绅士。而且他一生献给科研，从未结婚。

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德布罗意在华沙聚餐照片

德布罗意一开始的专业是历史专业，他从小时候就特别喜欢读书，在文学领域特别有才华，所以他从 18 岁开始就在巴黎索邦大学学习历史，仅仅是一年的时间就凭借关于1717年统治者以及阁员和议会更替的论文获得相关学士学位，从这你可以看的出来他的天赋，即使没有从事物理研究，也会是一名著名的历史学家、文学家。

他之所以半路出家从事物理研究，完全是因为他哥的缘故，他哥莫里斯是有名的实验物理学家，我们知道，作为家族长子，人家是有“王位”要继承的，所以莫里斯从出身就注定要奉献给法兰西的政治、外交、军事事业。但是莫里斯并不喜欢从事这些工作，但因为家族的强烈反对，所以他只能一边从事海军工作，一边在家里从事科学实验，他主要是从事研究 X 射线方面的研究工作。

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右二莫里斯右三德布罗意

谈论二十世纪物理，一定不能绕开索尔维会议，二十世纪初，实业家欧内斯特·索尔维创立了索尔维会议， 1911年，第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开，以后每 3 年举行一届。

当时 1911 年第一届索尔维会议召开的时候，莫里斯以科学秘书的身份参加了第一届索尔维会议。那次会议的主题就是"辐射理论和量子" ，普朗克、爱因斯坦等一批物理学大师都在会上作了精彩的报告。会后，莫里斯协助朗之万将这些报告和讨论内容编辑成册，并用法文出版。

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第一届索尔维会议，大家都能认出谁来

当时德布罗意看到莫里斯整理的册子，了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作，再加上之前也经常到哥哥的大实验室拜访，帮助哥哥进行一些物理实验，所以德布罗意对物理学产生了浓厚的兴趣。

后来，经过深思熟虑，他便决定转专业从事物理领域研究，仅仅三年，在 1913 年时他就获得理学学士学位，大家应该都知道从文科跨界理科的难度有多大。

不过因为第一次世界大战的爆发，德布罗意要在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役，所以不得不中断了正在进行的物理研究。但是在这服役期间他大量拜读普朗克、爱因斯坦、庞加莱的著作，除此之外，有关无线电波的知识也给他留下了深刻的印象。

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在电报站的德布罗意

直到 6 年以后，也就是 1919 年，德布罗意才再次从事物理研究，因为哥哥的关系，他得以拜师于朗之万，而且因为经常进行 X 射线的研究，再加上 1897 时年在剑桥大学卡文迪许实验室，约瑟夫·约翰·汤姆孙在研究阴极射线时就已经发现电子，所以德布罗意在哥哥的实验室里不仅获得了许多原子结构的知识，而且接触到了 X 射线时而象波、时而象粒子的奇特性质。他开始对粒子的特性产生了疑问。

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光的波粒二象性

我们知道，自从牛顿开始，科学家对于光究竟是呈波动性还是粒子性展开了长达 300 年的论战，爱因斯坦从托马斯·杨的双缝实验中提出了光电效应的光量子解释，人们才开始意识到光同时具有波和粒子的双重性质。

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牛顿和惠更斯掀起了300年的波粒大战

为了解释 X 射线上出现的现象， 1920 年，德布罗意重新开始研究理论物理，特别是关于量子问题，在1923年9月和10月，德布罗意在《法国科学院院导报》上发表了的三篇有关波和量子的短篇论文，这个时候就已经初显他物质波的思想。

所以说他花花公子，不务正业，博士论文东拼西凑全都是网络段子。

最终， 1924 年，德布罗意在其博士论文《量子理论的研究》中初步提出了相位波也就是物质波的概念，在这篇论文中运用了两个最亮眼的公式： E=hv 和 E=mc2 。

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德布罗意博士论文部分截图，论述光子能量公式部分，需要完整论文的可以和我要链接

这都是爱因斯坦最著名的关系式，前者对光子能量而言（第一个公式的提出有普朗克的功劳），后者是描述质量与能量之间的当量关系。

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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。

这种波被德布罗意称为称为相位波。

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相位波

在这个博士论文中，德布罗意首次正式提出了“波粒二象性” ，他指出波粒二象性不只是光子才有，一切微观粒子，包括电子和质子、中子，都具有波粒二象性。他把光子的动量与波长的关系式 p=h/λ 推广到一切微观粒子上，指出：具有质量m 和速度v 的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量 h 跟粒子动量 mv 的比，即 λ= h/（mv）。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。而且根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象。

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电子衍射

德布罗意的理论可以说为持续了整整 300 年的波粒大战画上了休止符，不过德布罗意的博士论文可不止一页，很多人拿德布罗意的论文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。

然而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。并且他的论文写的非常严谨细致，从 X 射线上观测到的具体现象出发，经过了周密的论证，得出了结论。

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光是百度文库翻页都有81页

德布罗意在博士论文中提出的这个大胆且前卫的假说当时震惊了所有参与答辩的导师，要知道，当时参与答辩的导师可都是科学泰斗，包括诺奖得主佩兰。不过凭借着论文的细致周密，再加上答辩时的侃侃而谈，德布罗意顺利通过了博士答辩。

但出于对科学的严谨，朗之万将论文寄给了爱因斯坦请他再审核一遍。（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。）

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对朗之万感兴趣的，可以百度一下他和居里夫人的悲剧爱情故事

爱因斯坦看到后非常高兴。他没有想到，自己提出的光量子假说，在德布罗意手里发展成如此丰富的内容，竟扩展到了运动粒子。当时爱因斯坦正在撰写有关量子统计的论文，于是就在其中加了一段介绍德布罗意工作的内容，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，在科学界引起了关注，并且影响了一大批科学家。

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朗之万和爱因斯坦

德布罗意的物质波假说为物理学界输送了包括自己的 5 位诺奖，开辟了物理学界好几个全新的领域、学科。

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德布罗意的理论中揭示了每一种微观粒子都具有波粒二象性。电子也不例外，具有这种性质。电子是一种波动，是电子波。电子的能量与动量分别决定了它的物质波频率与波数。既然粒子具有波粒二象性，应该会有一种能够正确描述这种量子特性的波动方程，这给了薛定谔极大的启示。

因为微观粒子具有波粒二象性，所以在描述粒子时，就必须对波动性与微粒性作出统一的描述。这种描述就用波函数表示。薛定谔先求出自由粒子所满足的运动方程，然后再把它推广到粒子受到场作用的情形，就得到波动方程（薛定谔方程），从而提出了波动力学，波动力学可以说是量子力学的两大形式之一，具有非常重要的作用。

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他还利用该方程计算氢原子的谱线，得到的答案与用玻尔模型计算出的答案相同，从而证明了玻尔的氢原子模型。他将这波动方程与氢原子光谱分析结果写为一篇论文， 1926年正式发表于物理学界，由此斩获了 1933 年的诺贝尔奖。

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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。 ”

薛定谔方程在量子力学中，体系的状态不能用力学量（例如x）的值来确定，而是要用力学量的函数Ψ（x,t），即波函数（又称概率幅，态函数）来确定，因此波函数成为量子力学研究的主要对象。而物质波这个名词就是在薛定谔方程建立以后，诠释波函数的物理意义时由薛定谔正式提出的。

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那时薛定谔给出的薛定谔方程能够正确地描述波函数的量子行为。但是物理学者尚未能解释波函数的涵义，薛定谔尝试用波函数来代表电荷的密度遭到失败。 1926年，玻恩提出概率幅的概念，对波函数的物理意义作出了统计解释，即波函数的二次方代表粒子出现的几率取得了很大的成功。从统计解释可以知道，在量度某一个物理量的时候，虽然已知几个体系处在相同的状态，但是测量结果不都是一样的，而是有一个用波函数描述的统计分布。因为这一成就，由此玻恩荣获了1954年度诺贝尔物理学奖。

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不过德布罗意提出的物质波理论毕竟是假说，并没有实证，德布罗意说通过用晶体对电子的衍射实验就可以实证。所以很多科学家就想去证明德布罗意提出的物质波的确是正确的。

当时在他兄长的实验室中有一位实验物理学家道威利尔曾试图用阴极射线管做这样的实验试了一试，没有成功就放弃了。后来其他人分析，可能是电子的速度不够大，当作靶子的云母晶体吸收了空中游离的电荷，可惜道威利尔没有坚持下去，诺奖就在前方向他招手。

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阴极射线管

1921 年，著名美国科学家戴维森和助手康斯曼在用电子束轰击镍靶的实验中偶然发现，镍靶上发射的“二次电子”竟有少数具有与轰击镍靶的一次电子相同的能量，显然是在金属反射时发生了弹性碰撞，他们特别注意到“二次电子”的角度分布有两个极大值，不是平滑的曲线。他们并没有意识到这其实是一种衍射现象，试图仿照卢瑟福 α 散射实验试图用原子核对电子的静电作用力解释这一曲线。所以当戴维森继续做电子散射实验想继续获得这种曲线的时候，结果并不理想。

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这个时候，多亏了他娶了一个好老婆，他妻子是著名物理学家、诺贝尔奖获得者里查森的妹妹。 1926 年，他陪妻子回英国探亲，特意带上了自己的实验成果，希望自己的大舅子可以解答自己的疑惑。

这时正值英国科学促进会在牛津开会。戴维森随里查森参加了会议。他听到了著名的德国物理学家玻恩讲到，他们进行的实验有可能是德布罗意物质波假说所预言的电子衍射的证据。会议之后，戴维森与里查森找到玻恩和其他一些著名的物理学家，让他们看新近得到的单晶曲线，并且进行了热烈的讨论。在回美国的航程中，戴维森把所有时间用来阅读薛定谔的著作，希望可以找到答案。

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里查森

回到美国之后，他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。

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电子衍射实验示意图

几乎是同时，著名物理学家、电子的发现者J.J汤姆逊的儿子P.G.汤姆逊也以高速电子穿过多晶金属箔获得类似X射线在多晶上产生的衍射花纹，确凿证实了电子的波动性；为德布罗意波提供了又一坚实的基础。他们两个人一起于1937年斩获诺奖。

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单电子双缝实验

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。

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P.G汤姆逊（另一位诺奖得住J.J汤姆逊之子）

对德布罗意物质波的研究在 21 世纪也没有停止， 2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家就成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片。

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底部的切片状景象展示了光线的粒子特性，顶部的景象展示了光线的波特性。

所你，你能明白德布罗意的博士论文含金量有多高了吗？

德布罗意可以说出道即巅峰，一篇博士论文掀开了微观世界的神秘面纱，让我们了解了粒子的特性；包括 1929 年获得诺奖的德布罗意， 1933 年获诺贝尔物理学奖的薛定谔， 1937 年获诺贝尔奖的P.G.汤姆逊、戴维森以及 1954 年获得诺贝尔奖的玻恩。如果包含推定波函数是一个旋量，拥有自旋性质从而得到狄拉克方程的狄拉克。因德布罗意这篇博士论文直接或间接而得到诺贝尔奖的物理学奖就有6位；这篇博士论文还终结了持续三百年的波粒大战、开辟了多个物理研究新领域。

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波粒二象性

凭借着这篇博士论文，德布罗意就坐上了历史上最伟大物理学奖之一的宝座。所以说，这篇论文堪称是历史最牛博士论文了。

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