第六十三回：王子追電子探得微觀新奧秘，數學加物理闢出力學新體系

——量子力學的創立上回說到愛因斯坦被德國法西斯勢力迫害流亡美國。從此，世界物理學研究中心便開始逐漸從歐洲向美國轉移。在這個大轉移還未全部完成以前，讓我們看看歐洲大陸的物理學家們，正在趕緊做一點什麼工作。

前幾回講的那個索爾維量子討論會，與會科學家中有一個叫莫里斯的，此人出身公爵世家，卻酷愛科學，他在自己巴黎的住宅內還裝備了一個完善的實驗室。莫里斯有一個弟弟，叫路易斯•德布羅意(1892－)，本是學文科的，但他很尊敬哥哥，也常來他的實驗室裡好奇地問這問那。這弟兄二人，毫無貴族子弟常有的那種浮浪之氣，整日潛心讀書，研討問題。

再說莫里斯那天開完會從布魯塞爾剛回到巴黎，德布羅意便到家中看望哥哥，並且打聽會議上可有什麼科學新聞。莫里斯將會上關於量子理論的爭論如此這般地講了一回，德布羅意早聽得如醉如痴。半天，他突然張口說道：“哥哥，我要跟您一起研究物理。”

“什麼？”莫里斯大吃一驚，“你再有兩年就要拿到歷史學方面的學位，現在改行豈不前功盡棄？”

“您放心，文科學位我照樣要爭到手，但是我覺得應給自己再開闢一塊知識領地。歷史，是在人們對已經知道的甚至親身經歷過的事實進行梳理、編織；而物理則是去探尋那些早已存在卻還不為人知的事實，他對我有更大的吸引力。”

“可是現在早已不是伽利略、牛頓時代，物理學已伸入到微觀世界，每走一步就更加艱苦。而且過去的宏觀經典理論已不適應，新的理論體系還遠未建立。這時你來入夥實在冒險，也許我們這些人費盡九牛二虎之力，撈的卻是一個水中的月亮。”

“，我直覺地感到量子理論是很有希望的，我決心獻出全部精力弄清這神秘量子的真正本質。”

正是：

金衣玉食何足貴？過眼煙雲不多時。

聰明貴胄有奇志，不愛虛榮愛真知。

再說德布羅意剛下定決心開始對理論物理的研究，不久，第一次世界大戰就爆發了，他便服兵役上了前線，直到1922年他才重回哥哥的實驗室繼續中斷許久的研究。漸漸地他生成了一個大膽的思想：光波是粒子，那麼粒子是不是波呢？就是說光的波粒二象性是不是可以推廣到電子這類的粒子呢？就像當年法拉第由電變磁推想磁變電一樣，德布羅意思路一開立即拓出一片新的天地。1923年他接連發表三篇論文，提出“物質波”的新概念，他堅信大至一個行星，一塊石頭，小至一粒灰塵，一個電子，都能生成物質波。物質波有其獨特之處，它能在真空中傳播不要介質，因此不是機械波。但它又可以由不帶電的物體運動生成，因此它又不是電磁波。他還運用愛因斯坦的相對論，推出了物質波的波長公式λ＝h/mu。即波長與粒子的質量和速度的乘積成反比。他還算出中等速度的電子的波長應相當於x射線的波長。

第二年，1924年，德布羅意將自己的這個新思想寫成一篇論文《關於量子理論的研究》去考博士學位。可以說是當時物理學界一個獨一無二的新觀點，許多人看了文章都搖頭，眼看德布羅意的博士學位是毫無希望了。這時他的老師朗之萬出來說了一句話：“我雖然很難相信德布羅意的這種觀點，但是他的論文實在是才華橫溢，因此我還是同意授予他博士學位。”他總算勉強通過答辯。再說朗之萬對這件事總是不放心，也不知他的這個學生到底該算是個才子還是個瘋子，便將論文稿寄給愛因斯坦審閱。愛因斯坦真不愧為一個理論物理大師，他剛讀完文章就拍案叫絕，並立即向物理學界的幾個大人物寫信，籲請對這個新思想給予關注：“請讀一讀這篇論文吧，這可能是一個瘋子寫的，但只有瘋子才有這種膽量。它的內容很充實。看來粒子的每一個運動都伴隨著一個波場，這個波場的物理性質雖然我們現在還不清楚，但是原則上應該能夠觀察到。德布羅意幹了一件大事，另一個物理世界的那幅巨大的帷幕，已經被輕輕地掀開了一角。”

花開兩朵，各表一枝。在物理學中同一個題目常常是理論和實驗雙管齊下，稿紙上的推算和實驗室裡的測試刀槍並舉，經過一場激戰，堡壘才宣告攻克。

事有湊巧，就在愛因斯坦這話剛說過不久，和法國隔洋相望的美國出了一件事。在紐約的貝爾電話實驗室裡有一個研究人員叫戴維遜，長期以來他和助手革末在做電子轟擊金屬的實驗。這天二人正聚精會神地觀察，忽然一聲巨響，一隻盛放液態空氣的瓶子倒地炸裂。這下可糟了，實驗用的金屬靶子是置於真空條件下的，現在液態空氣立即氣化，瀰漫全室，鑽進了真空系統，那塊當靶子的鈍鋅板立即就被氧化。他們只好自認倒霉，連夜加班，將這塊鋅板換下來又是加熱，又是洗刷，費力地將鋅板表面的氧化膜去乾淨，再裝回真空容器裡。

第二天，戴維遜和革末又來到實驗室，他們將儀器安置好後又開始了那個不知重複了多少次的實驗。戴維遜板動開關將電流直向鋅板射去，一邊喊革末調整一下鋅靶的角度。革未將鋅靶輕輕轉了一個角度，戴維遜卻吃驚地喊道：“見鬼，今天怎麼連電子也學會與我繞彎子！——革末，再將鋅靶轉個角度。”

“先生，您發現了什麼？”革末一邊轉動鋅靶，一邊問道。

“您自己來看，莫非是我的眼睛出了毛病？”戴維遜說著和革末換了個位置。

“哎呀，電子束怎麼不穩定了呢？”

各位讀者，你道他們發現了什麼？原來隨著鋅板的取向變化，電子束的強度也在變化，這種現象很像一束波繞過障礙物時發生的衍射那樣，但是電子明明是粒子啊，它怎麼能有波的性質呢？戴維遜師徒兩人又將這個實驗重複了多遍，仍然如此，他們一下跌入悶葫蘆裡。要說電子也是波，這簡直就好像說人頭上長角一樣不可思議。他們就這樣百思不得其解，在悶葫蘆裡一直悶了兩年。

兩年後的夏天，戴維遜訪問英國，遇到著名的物理學家玻恩。兩人剛坐好，戴維遜就迫不及待，將那個在肚子裡憋了兩年的問題提了出來。玻恩不聽猶可，一聽戴維遜如此這般地描述，便喜不自禁，也不顧是與客人初次見面，突然在對方肩上拍了一把，大聲說道：“朋友，您已經撞開了上帝的大門。”

“難道電子真的也是一種波嗎？”