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德布羅依 Louis de Broglie (1892~1987)
發佈者:系統管理員 (2012-05-14 16:30:11)
最後修改者:系統管理員 (2012-05-15 00:02:36)
德布羅依(Louis- Victor PierreRaymond Prince de Broguile,1892~1987),法國物理學家。他將愛因斯坦的質能方程和普虎克的量子關係公式進行了簡單的結合,於1923年提出:對任意運動著的粒子,都存在一種"物質波",其本質不是電磁波,也不是機械波,從而建立起波動方程,將光的波粒二象性推廣到了實物粒子。
生平簡述
  德布羅依1892年8月15日出生於法國迪埃普的一個貴族家庭。他的家族在軍事和外交上為法國國王效勞了幾百年。
 
  1740年,國王路易14世把公爵頭銜封給了他家族的一個成員,這是一個只能由族長承襲的世襲頭銜。他家族第一位公爵的兒子在7年戰爭中支援了奧地利,並榮獲了親王頭銜,這是一個全家人都能享有的頭銜。
 
  1960年德布羅依哥哥去世,他同時成為法國公爵和德國親王。
  德布羅依在少年時代酷愛歷史和文學,上中學時就顯出了非凡的文學才華。上大學時,他在巴黎大學學習法制史,1909年獲得歷史學士學位。
 
  他不滿足於當時在社會科學中佔統治地位的純粹描述法,在哥哥莫里斯.德布羅依(著名物理學家,X射線的研究者)的影響下,逐漸喜歡上了數學物理和理論物理,開始了解愛因斯坦和普虎克等人的工作。
 
  1911年,他放棄了18世紀法國內政問題的學位考試,轉而學理,於1913年獲得了巴黎科學學院的科學資格證書。
 
  第一次世界大戰期間,德布羅依中斷了心愛的物理學研究工作,在埃菲爾鐵塔上的軍用無線電台服務了6年,從而熟悉了有關無線電波的知識。
 
  直到1920年,他才在哥哥的私人實驗室裡重新開始了對X射線的研究,後來又轉向輻射本質的研究。
 
  1924年,德布羅依在他的博士論文《關於量子理論的研究》中提出了物質波的概念,把光的波粒二象性推廣到了實物粒子,獲得了科學博士學位。由於這項開拓性的研究成果,他獲得了1929年的諾貝爾物理學獎。
 
1928年,名揚四海的德布羅依回到母校任教,成為巴黎大學的理論物理學教授。
1933年成為法國科學院院士,1942年被推選為科學院永久秘書。
1944年成為法國科學院法蘭西研究所研究員。
1945年被任命為法國原子能高級委員會的顧問。
1950~1967年還兼任法國國防科學委員會委員。
1948年成為美國國立科學院院士。
1953年成為英國倫敦皇家學會會員。
1958年成為前蘇聯科學院院士。
1965年成為羅馬尼亞科學院榮譽院士。除此之外,許多國家還授予德布羅依名譽科學稱號和學位。
 
  德布羅依創立物質波理論以後,主要從事電動力學和基本粒子理論的研究,一生中發表了大量的論文,著有20多部書籍,並且寫了不少科普著作,將一些深奧的物理學問題,用簡明的文字介紹給廣大讀者。
 
  德布羅依還是一位傑出的教師和教育家,他十分關心從中學生到研究生不同程度的物理教育,提出了一系列用意深刻的主張,為使當代的教育現代化做出了貢獻。
 
  德布羅依雖然身為法國公爵和德國親王,但他一生生活簡樸,平易近人,即使1962年退休以後,也仍然關心著各種最新的科學問題,直到1987年逝世,把畢生獻給了科學事業。
重大貢獻
1.物質波
2.波動方程
科學貢獻
  質波的理論是德布羅依對現代量子理論的最大貢獻。這種物質波存在於任何運動的物體,人到一顆行星、一塊石頭,小到一粒灰塵、一個電子。物質波可以由不帶電的物體產生,並且可以在頁空中傳播。因此,物質波在本質上既不是電磁波,也不是機械波。物質波的理論是德布羅依在認真研究了愛因斯坦和普虎克等人的相對論理論及量子理論,並分析了光學的發展歷史後提出來的。發現定理19世紀末到20世紀初,關於絕對黑體輻射、康普頓效應和光電效應問題的研究,逐漸把波與粒子聯繫起來。
 
  1922年,德布羅依不用電磁理論而用光量子假設推導出了維恩輻射定律。他仔細分析了光學的發展歷史,從光的微粒說到光的波動說,最後發展到愛因斯坦和普朗克的光量子理論,他還注意到了哈密頓闡述過的幾何光學和經典力學的相似性,因而大膽猜測力學和光學之間在某些原理上會存在一些類比關係,試圖在物理學的這兩個領域建立一種適應兩者的關係。他想,光量子是微粒,電磁輻射是波,既然它們都能夠推導出維恩定律,豈不表明物質的波動方面和粒子方面存在著統一起來約兩重性嗎?隨著康普頓效應的正確解釋,1923年,德布羅依的思想突然昇華到一個新的境界:力學和光學的發展是對稱的,描述實物粒子的經典力學相當於光的微粒學階段,因此他設想,與光的波動說對應,實物粒子也應具有波動性。
 
  他認為:"整個世紀以來,在光學中比起波的研究方法來,如果說過於忽視了粒子的研究方法的話,那麼在實物粒子的理論上,是不是犯了相反的錯誤,把粒子圖像想得大多了而過分忽視了波的圖像呢?
 
  於是,他設想描述實物粒子能建立起波動力學,把光的波粒二象性推廣到實物粒子。
 
  1924年11月,德布羅依在他的博士論文中把這一思想表述得更為明確,他設想:一個粒子,例如一個電子,必然連帶著一系列物質波,這些波結合起來形成一個波峰,此峰會往某一點消失,瞬間之後又曾往另一點出現。波峰的速度稱為"群速",它與構成此峰的各波的速度大不相同,群速就是電子速度,相鄰兩波峰問的距離就是物質波的波長,即德布羅依波長。式中h=6.62559×10 。
 
  焦.秒,為普朗克常數,p為粒子的動量。並在論文答辯時指出,用電子在晶體上做衍射可以證明這種波的存在。德布羅依的這一設想引起一場軒然大波,許多物理學家嗤之以鼻,就連他的導師郎之萬也不相信,只不過覺得這篇論文寫的很有才華,才讓他獲得博士學位。郎之萬把論文的副本給了愛因斯坦、水丁格、德拜等人,結果使事情起了戲劇性變化。愛因斯坦在科學上有超人的美學素養,一向愛好對稱的觀點,他與德布羅依的想法產生了共鳴,稱讚說:"德布羅依的工作給我留下了深刻的印象,他揭開了大帷幕的一角。"同時呼籲同行們不要小看這位小將的工作。愛因斯坦一眼看出,德布羅依的工作決不僅是與自己光量子理論的簡單類比,這種物質波還包含了波爾、索末菲量子理論的非常卓越的幾何解釋。"看來粒子的每一運動都伴隨著波場,這個波場在原則上應該能觀察到。" 超人的預見正是愛因斯坦的特徵,有了愛因斯坦的推薦,德布羅依的物質波理論一下子引起了物理學界的廣泛注意。
 
  1925年,海森堡創立了矩陣力學。
  1926年,水丁格創立了波動力學,並證明了波動力學與矩陣力學的等價性,從而確定了量子力學的基礎,他表示,"這些考慮的靈感主要歸因於德布羅依先生的獨創性論文"。
 
  1926年,玻恩指出,粒子的波動性並不是指粒子真的像波那樣彌散到整個空間,而只是一種機率波,物質波振幅的平方是該粒子在某一位置上出現的機率。幾乎在物質波得到理論證明的同時,實驗也驗證了物質波的存在。
 
  1927年,戴維森和革末用59電子伏的低速電子通過鎳單晶體時獲得了一張電子衍射照片。同年,G.P.湯木生用高速電于從另一種途徑也獲得了一張電子衍射照片,並且利用電子能量和偏轉角計算得出的波長,與德布羅依波長的理論值完全一致。從此,德布羅依的名字永遠和物質波連在了一起。德布羅依的物質波理論使得愛因斯坦在實物和光對稱性所做的開創性工作完美無缺,光的粒子性秤實物的波動性都得到成功的演示。正如馬克士威電磁場論在先、電和磁的理論中帶來對稱性一樣,德布羅依物質'理論給出了物理理論中實物和光的對稱性,從而建立了量子波動力學的理論基礎,開創了現代科學研究的新時代。