对于研究生而言,毕业论文可以说是一道关卡,当你面对论文毫无头绪的时候,不用灰心,因为这可能并不是你的能力问题,在历史上很多知名的物理学家也因毕业论文犯过难,而其中就有一个叫做德布罗意的法国人。

对德布罗意而言,一开始论文的写作可能算不上顺利,但最终他还是拿出一篇颇具价值的毕业论文,更令人惊奇的是,在数年之后,他凭借这篇论文斩获了诺贝尔物理学奖,他也成为了历史上第一个凭借毕业论文而斩获诺贝尔物理学奖的科学家。德布罗意的故事是怎么样的呢?我们还要从他的身世说起。和许多出身平平或出身于书香门第的家庭不同,德布罗意可以说是出身豪门,德布罗意的家族拥有世袭的公爵爵位,而德布罗意恰恰是公爵爵位的继承人,不仅如此,德布罗意的父亲还出任过法国总理。

德布罗意虽然出生于豪门,却不是一个纨绔子弟,他很有灵性,善于思考和研究。

如果说其它的诺贝尔物理学奖得主靠的是刻苦研究,那么德布罗意则有一定的天赋成分。德布罗意的物理学之路可以说是半路出家,因为它一开始的专业是史学,主修中世纪欧洲史,后来因为一次偶然的机会,德布罗意听到了一次法国数学物理学家庞加莱的报告,于是对物理学产生了兴趣,转而研究物理,德布罗意在物理学的道路上一路前进,在博士毕业前夕,他将要面对他人生中最重要的一件事情,那就是撰写博士毕业论文,那么论文该如何选题呢?

他想到了爱因斯坦所提出的光的波粒二象性,爱因斯坦关于光的波粒二象性,简言之就是说光既具有波的特性,又具有粒子的特性。它既是波也是粒子。

无论说光是波,还是粒子,都有相关的实验可以证明。

要证明光的波动性,依靠的是光的衍射和干涉实验,让光子穿过一条细缝,那么就会在细缝后面的背板上呈现出明显的衍射条纹,而衍射条纹的显著性与光的波长呈现正相关,波长越长,则波动性越明显。而要证明光的粒子性,那么就要依靠光电效应实验了,让光照射到一块金属板上,金属板上的电子会被光子撞击而出,这就体现出了光明显的粒子性,而且实验效果与光的动量和能量呈现正相关,也就是说光的动量越大,那么粒子性就越明显。

爱因斯坦的光子理论为人类对光的认知扫清了迷雾,而且凭借这一理论,爱因斯坦斩获了他科学生涯之中的诺贝尔物理学奖。在爱因斯坦提出了光子理论之后,玻尔又提出了另外一个概念,那就是电子轨道量子化。

原子是由原子核与核外电子所构成的,核外电子围绕原子核运动。

一直以来,人们都认为电子的轨道具有随机性,可以出现在任何位置,但随着氢光谱发光现象被发现,人们发现以前的认知无法解释这种现象,于是玻尔提出了电子轨道量子化概念,简言之就是电子轨道是特定的,不能随机出现在任何位置,而这个特定的位置要满足一个条件,就是电子的质量乘以电子与原子核的距离再乘以电子的速度,这个乘积要等于普朗克常数除以2π。

玻尔的计算结果是正确的,但玻尔并不明白其中的意义。而此时德布罗意优秀的思考能力发挥了作用,他将爱因斯坦的光子理论和玻尔的电子轨道量子化概念结合起来思考,提出了一个新的概念,那就是不仅光具有波粒二象性,任何物质都具有波粒二象性,这就是物质波。

德布罗意认为电子是一种物质,是一种典型的粒子,而电子之所以只能在特定轨道上运行,是因为电子运动过程中会产生驻波。

简言之,驻波就是可以首尾相接的波,而首位相接的波所运行的轨道周长必须要等于波长的整数倍,周长是2πr,而波长是普朗克常数除以动量,而把“周长等于波长的整数倍”进行移项,就得到了玻尔的计算结果。既然粒子也具有波动性,那么为什么测不出来呢?很简单,相比光而言,物质粒子的运动速度太慢了,所以波长实在是太短了,采用常规方法很难测出来。但德布罗意也预言了,有朝一日,人类一定能够测到实物粒子的干涉和衍射现象,而这个预言已经得到了证实。为了让波长很短的电子能够出现衍射现象,汤姆孙给电子找了一个很细很细的缝,就是晶体膜,当电子通过晶体膜之后真的出现了衍射现象,毫无疑问,德布罗意的物质波理论是正确的。

来源: 原创

不仅光具有波粒二象性,所有物质都具有波粒二象性,这就是物质波

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对于研究生而言,毕业论文可以说是一道关卡,当你面对论文毫无头绪的时候,不用灰心,因为这可能并不是你的能力问题,在历史上很多知名的物理学家也因毕业论文犯过难,而其中就有一个叫做德布罗意的法国人。