许多数学物理专业的学生后来转行从事别的职业，都取得了不小的成就，比如我们的“欧洲一姐”默克尔，就是莱比锡大学的物理学博士，毕业三年后转战政坛，06年当选德国总理至今已14个年头，德国在她的带领下已是欧洲最强经济体；又比如著名导演，“片场暴君”詹姆斯·卡梅隆，拍出了《泰坦尼克号》、《阿凡达》等影史前几名的巨作，但他本科在加州大学却是物理学专业的学生。而那些毕业后前往华尔街用自己高超的建模能力在金融领域大展拳脚的数理系才俊更是不胜枚举。
年轻时的默克尔，是一名物理系的学霸
但如果说反过来，想从人文学科转到物理专业，还能获得巨大成就，这可能吗？接下来，我们有请巴黎大学1910届历史系学生，1929年诺贝尔物理学奖得主，法国第七代德布罗意公爵，路易·维克多·德布罗意隆重登场。
路易·维克多·德布罗意
1892年，德布罗意出生在法国迪耶普。他的家族在法国近代史中非常显赫，祖上在1740年便被波旁王朝的路易十五册封为德布罗意公爵，爵位由长子世袭，到了路易·维克多的父亲手中已是第五代德布罗意公爵，其在当时的政府中也身居部长要职。路易从小就接受严格的教育，自己也酷爱学习，喜欢研究哲学和欧洲中世纪历史。中学毕业后，他成为了巴黎大学历史系的一名学生。
就在德布罗意尽情徜徉在历史知识的长河之时，第一次索尔维会议于1911年在比利时布鲁塞尔召开，欧洲顶尖的物理学家济济一堂，讨论“辐射与量子理论”。路易的哥哥莫里斯有幸成为这次会议的秘书，他是一名X射线研究人员，日后对路易的一生都有重要影响。
主角的哥哥，实验物理学家，第六代德布罗意公爵：莫里斯·德布罗意
第一次索尔维会议恰逢物理学发展的重要转折点，19世纪末的“两朵乌云”已是遮天蔽日，而“量子理论”与“狭义相对论”被相继发表，经典物理的大厦倾覆在即，如何完善全新的理论以支撑起物理学的天空，是大师们迫在眉睫的议题。普朗克是经典物理的忠实信徒，他试图说明自己发表的量子化假设并不广泛适用，但爱因斯坦的狭义相对论则是物理学的未来；但爱因斯坦则试图说服自己的这位伯乐，量子理论不仅在黑体辐射问题上很好用，固体比热模型也一样需要它······
第一次索尔维会议
就这样，大师们精彩而重要的谈话，都被作为会议秘书的莫里斯记录并整理起来。不久，路易与哥哥交谈时，翻阅到了这些珍贵的一手资料，关于电磁波与光子间的矛盾与统一、关于物体静止质量与运动质量的关系、关于时间与空间的相对性，这些迷人的话题，唤起了德布罗意内心对自然哲学的极大兴趣。随后，这名历史系的文科生决定转学物理，虽然困难重重，但他还是依靠过人的才智仅于两年后便获得了理学学士学位。
1914年，一战爆发，德布罗意应征入伍，来到巴黎埃菲尔铁塔的军用无线电报站服役，一待就是五年。退伍之后，德布罗意开始师从巴黎大学著名教授保罗·郎之万，攻读物理学博士学位。这名才华出众的法国人，是皮埃尔·居里生前的学生，后来还与居里夫人传过一段韵事，多年之后，居里夫人的孙女还嫁给了郎之万的孙子······
保罗·郎之万
好了，回到正题。路易·德布罗意跟随郎之万攻读物理博士的生涯来到了第五个年头，他要准备完成自己的博士论文。这些年来，普朗克、爱因斯坦那些关于波动与量子关系的思想一直萦绕在德布罗意的心头，他渐渐地有了一个大胆的假设。1923年，德布罗意在《法国科学院报》中发表了一篇简短的论文，题为《波与量子》，随后又将英文版于同年发表于《自然》杂志。后世许多人以为德布罗意的博士论文只有一页纸长，这是因为他们误以为这篇最先发表的文章就是他的博士论文，其实不然，但他的确是在这篇短论文中第一次提出“象波”这个理论雏形的。尽管如此，那些人还是说错了一点事实，那就是德布罗意的这篇论文根本不到一页纸，半页都不到！
《波与量子》英文版，发表于1923年《自然杂志》，篇幅不到半页
第二年，德布罗意完成了他的博士论文《量子理论研究》，法文版有100多页。在这篇文章中他全面完整地阐述了关于物质波的理论，当然作为一名曾经的历史系学生，他开篇还不忘回顾了一下16世纪以来的物理学发展史······而就是这篇论文，让他在5年之后独得当年的诺贝尔物理学奖。
获诺贝尔物理学奖的的博士论文：《量子理论研究》
其实德布罗意提出物质波的逻辑也很简单：逆向思维。既然普朗克和爱因斯坦已经证明了作为电磁波的光具有粒子性，那么反过来，实物粒子是否也具有波动性呢？他直接引用了爱因斯坦的光量子动量式，但把它反过来：λ=h/p（德布罗意论文中还考虑到了相对论效应，这里我们不作考虑），所以只要知道粒子的动量，它的波长也自然能够给出。至于要怎么证明实物粒子的波动性，德布罗意想到的是晶体衍射：X射线在晶体中因为波长与晶格间距接近会发生衍射图案，这一点布拉格父子已经成功做出了，还因此获得了诺贝尔奖；那么如果运动的实物粒子具有波动性，也会在晶格间产生衍射图案。他在论文答辩会上也是如此回答一位教授的提问，答辩顺利通过。
在不考虑相对论效应的情况下，物质波波长可直接套用光量子的动量表达式
随后，郎之万将论文寄给了欧洲不同的学术机构，爱因斯坦也收到了一篇。在看到这位年轻人大胆而富有逻辑的推理之后，爱因斯坦大加赞赏，物质波的概念因此也在学术界得到了广泛的重视。接下来的问题，一个是在实验上得到德布罗意所说的实物粒子通过晶格时的衍射图案；另一个就是将物质波的理论融入到现有的量子力学体系，使得这一极富想象力的假设在物理学中发挥真正价值。
关于第二点，德布罗意本人在论文中其实有过叙述，他使用了玻尔氢原子模型作为例子：当电子运行轨道长度l是电子绕核运动形成的物质波波长λ的整数倍时，物质波才能因为满足波动的连续性而形成稳定的驻波，通过这种方式解释了轨道角动量量子化的条件。
由德布罗意波可以推导出玻尔氢原子模型中的轨道角动量量子化条件
而德布罗意的这篇论文，也被当时维也纳的一名青年教师读到了，他就是埃尔温·薛定谔。看到德布罗意物质波理论的薛定谔大受启发，两年之后，他便发表了量子力学最重要的成果之一：薛定谔方程，使得波动力学成为量子力学的三大诠释之一。薛定谔也因此获得1933年诺贝尔物理学奖。
埃尔温·薛定谔，其开创的波动力学受到德布罗意物质波理论的强烈启发
而另外一个问题，则由美国的戴维森和英国卡文迪许实验室的小汤姆生（其父老汤姆生是电子的发现人）于1927年解决，他们通过控制电子出射速度以及寻找晶格间隙足够小的晶体，得到了电子在通过晶格后的衍射图案。他们二人因此于1937年获得诺贝尔物理学奖。
戴维森与小汤姆生因电子在晶格中的衍射实验获得1937年诺贝尔物理学奖
电子通过晶格后的衍射图案
德布罗意于1929年被授予诺贝尔物理学奖，1934年被选为法国科学院院士，由已经成为院士的哥哥莫里斯代表全院欢迎他的到来。1960年，引领他进入科学世界的莫里斯去世，路易接过世袭头衔，成为第七代德布罗意公爵。虽然家世显赫而且自己的成就极高，荣誉加身，但德布罗意却喜爱朴素的生活，而且直到1987年去世，他也没有娶妻成家。他将一生都奉献给了物理学，但后来再没有哪项成果，比得上当年自己的博士论文那般，永远地深刻地改变了人类对物质世界的认知······
本文参加#科学V计划#，内容为作者原创。
