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Broglie,不但是一位政治家,曾於1873-1874年間當過法國總理,同時也是一位出色的歷史學家,尤其精於晚羅馬史,寫出過著作《羅馬教廷史》(Histoire de l'église etde l'empire romain)。小路易斯在祖父的薰陶下,決定進入巴黎大學攻讀歷史。18歲那年(1910),他從大學畢業,然而卻沒有在歷史學領域進行更多的研究,因為他的興趣已經強烈地轉向物理方面。他的哥哥,莫里斯•;德布羅意(第六代德布羅意公爵)是一位著名的射線物理學家,路易斯跟隨哥哥參加了1911年的布魯塞爾物理會議,他對科學的熱情被完全地激發出來,並立志把一生奉獻給這一令人激動的事業。
轉投物理後不久,第一次世界大戰爆發了。德布羅意應徵入伍,被分派了一個無線電技術人員的工作。他比可憐的亨利•;莫斯里要幸運許多,能夠在大戰之後毫髮無傷,繼續進入大學學他的物理。他的博士導師是著名的保羅•;朗之萬(Paul Langevin)。
寫到這裡筆者需要稍停一下做一點宣告。我們的史話講述到現在,雖然已經回顧了一些令人激動的革命和讓人大開眼界的新思想(至少筆者希望如此),但總的來說,仍然是在經典世界的領域裡徘徊。而且根據本人的印象,至今為止,我們的話題大體還沒有超出中學物理課本和高考的範圍。對於普通的讀者來說,唯一稍感陌生的,可能只是量子的跳躍思想。而接受這一思想,也並不是一件十分困難和不情願的事情。
然而在這之後,我們將進入一個完完全全的奇幻世界。這個世界光怪陸離,和我們平常所感知認同的那個迥然不同。在這個新世界裡,所有的圖象和概念都顯得瘋狂而不理性,顯得更像是愛麗絲夢中的奇境,而不是踏踏實實的土地。許多名詞是如此古怪,以致只有藉助數學工具才能把握它們的真實意義。當然,筆者將一如既往地試圖用最淺白的語言將它們表述出來,但是仍然有必要提醒各位做好心理準備。為了表述的方便,我將盡量地把一件事情陳述完全,然後再轉換話題。雖然在歷史上,所有的這一切都是鋪天蓋地而來,它們混雜在一起,澎湃洶湧,讓人分不出個頭緒。在後面的敘述中,我們可能時時要在各個年份間跳來跳去,那些希望把握時間感的讀者們應該注意確切的年代。
我們已經站在一個偉大時刻的前沿。新的量子力學很快就要被建立出來,這一次,它的力量完完全全地被施展開來,以致把一切舊事物,包括玻爾那個半新不舊的體系,都摧枯拉朽般地毀滅殆盡。它很快就要為我們揭開一個新世界的大幕,這個新世界,哪怕是稍微往裡面瞥上一眼,也足夠讓人頭暈目眩,心馳神搖。但是,既然我們已經站在這裡,那就只有義無返顧地前進了。所以跟著我來吧,無數激動人心的事物正在前面等著我們。
我們的話題回到德布羅意身上。他一直在思考一個問題,就是如何能夠在玻爾的原子模型裡面自然地引進一個週期的概念,以符合觀測到的現實。原本,這個條件是強加在電子上面的量子化模式,電子在玻爾的硬性規定下,雖然乖乖聽話,總有點不那麼心甘情願的感覺。德布羅意想,是時候把電子解放出來,讓它們自己做主了。
如何賦予電子一個基本的性質,讓它們自覺地表現出種種週期和量子化現象呢?德布羅意想到了愛因斯坦和他的相對論。他開始這樣地推論:根據愛因斯坦那著名的方程,如果電子有質量m,那麼它一定有一個內稟的能量E = mc^2。好,讓我們再次回憶那個我說過很有用的量子基本方程,E = hν,也就是說,對應這個能量,電子一定會具有一個內稟的頻率。這個頻率的計算很簡單,因為mc^2 = E = hν,所以ν = mc^2/h。
好。電子有一個內在頻率。那麼頻率是什麼呢?它是某種振動的週期。那麼我們又得出結論,電子內部有某些東西在振動。是什麼東西在振動呢?德布羅意藉助相對論,開始了他的運算,結果發現……當電子以速度v0前進時,必定伴隨著一個速度為c^2/v0的波……
噢,你沒有聽錯。電子在前進時,總是伴隨著一個波。細心的讀者可能要發出疑問,因為他們發現這個波的速度c^2/v0將比光速還快上許多,但是這不是一個問題。德布羅意證明,這種波不能攜帶實際的能量和資訊,因此並不違反相對論。愛因斯坦只是說,沒有一種能量訊號的傳遞能超過光速,對德布羅意的波,他是睜一隻眼閉一隻眼的