說起德布羅意的物質波物質波,就不得不提他那被評為史上最牛結業論文了,而德布羅意物質波的概念,就是出自此論文。
德布羅意家族顯赫,其妻子當過日本首相和外交科長等職。所以生活環境的豐厚導致了德布羅意成為類似于現今“王思聰一樣的國民媳婦的待遇”。不過,惟一和思聰不同的是,德布羅意非常聰明。除了他,他的弟弟也是聰明至極,是實驗化學學家,還是美國公爵兼法國郡王,地位十分顯赫。而德布羅意專科是歷史學專的,后來實在閑著無趣去讀了5年博士,最后交的博士論文居然是一頁紙!!!該論文給出了德布羅意波動多項式,并且怎奈太詭異聽聞,其導師朗之萬擔心過不了,所以把德布羅意的論文寄送給了愛因斯坦求其給與支持,給愛的信中寫道:“請您給此論文一個評價,順便給您介紹一下,此論文作者母親是敝國內閣廳長,如您不惜給出評價,相信您來敝國一定會收到隆重接待”。
德布羅意
這樣的信其實是帶有逼迫勸誘的,不過愛因斯坦見到德布羅意的創造性思維以后,真的給與其了高度評價:“揭開了改領域大幕的一角”。有了愛因斯坦的支持,德布羅意的論文立刻收到了化學學界的關注,非常是當時還是一位郁郁不得志的講師薛定諤聽到后,受到啟發。閉關了整整一年,悟出了絕世大作:薛定諤波動多項式。從此,德布羅意關于物質波的描述除了幫助其順利領到了博士論文,并得了諾貝爾獎;還改變了薛定諤的命運,使其三躍成為當時最知名的量子化學學家之一,并因而也獲得了諾貝爾獎。一頁紙的博士論文,幫助兩個人活得諾貝爾獎,也算是前無古人后無來者了。
愛因斯坦
德布羅意波,指的是微觀粒子而非宏觀物質的波
言歸正傳,德布羅意波動多項式正是參考了光的波粒二象性實驗而提出的物質波,他覺得不僅僅是光,其它微觀粒子也具有波動性。注意,這兒是微觀粒子,并不是說的宏觀物質。其實了,如今把德布羅意的波動概念拓展到宏觀物質也行,例如一個運動的車輛,并且如此估算出來,其波長會遠大于普朗克寬度,顯得毫無意義。所以,德布羅意波動多項式比較適宜微觀基本粒子,例如質子、中子、電子等質量很小的粒子,這樣得出的波長是小于普朗克寬度的,是有意義的。例如我們通過估算,可以得到200ev電子的波長是0.87埃,即0.087nm,遠遠大于通常晶體的晶格寬度。所以,想要認清楚電子的衍射圖形,須要使用特殊的晶體做衍射光柵才行。而物質波的證明,也正是借助這些方法。
物質波波長公式
德布羅意波是機率波,并非真實的機械波
盡管德布羅意得出了物質波的波長公式,提出了物質波概念,薛定諤據此得出了量子的波動多項式,并且那位兩自己都沒有厘清楚自己所提出概念的數學意義。直至過去許久,才有化學學界玻恩給出了物質波的數學學意義,即物質波是機率波,它表示微觀粒子在空間上某個點出現的機率。比如德布羅意電子波,就是電子在空間某點出現的機率波,可以用一個機率函數來表示,即薛定諤多項式。可惜的是,薛定諤仍然不承認玻恩對自己波函數的解釋,他和愛因斯坦一樣,都覺得上帝不會擲色子來決定宇宙怎樣運行。
薛定諤和德布羅意波
德布羅意波在實際生活中的應用實例
好多人認為德布羅意波就是一個艱深難懂的化學學公式而已,在現實生活在毫無益處。但是并非這么,德布羅意波在個別科技領域給與了我們極大幫助,例如我們如今碼率最高的使用最廣泛的顯微鏡(電鏡):透射電鏡,就涉及到了德布羅意波。
透射電鏡原理圖
我們都曉得,顯微鏡的碼率公式為:σ=λ/N;式中σ為最小區分距離;λ為光線的波長;N為目鏡的數值孔徑。由于可見光的波長有一個最小值,所以想要提供顯微鏡碼率只才能加強目鏡的數值孔徑。并且目鏡再改建和優化。其數值孔徑也有一個極限值。所以很長一段時間內,科學家對此毫無辦法,想要認清楚物質的圍觀形貌,簡直難于上青天。
納米顆粒形貌-透射電鏡圖
雜化納米顆粒-投射電鏡圖
球狀納米金顆粒-投射電鏡圖
好在德布羅意波出現了,德布羅意波可以是基本粒子波,這種粒子的波比光子小的多,所以假如使用這種粒子波,這么顯微鏡的幀率無疑會提高好多倍。所以,科學家經過論證,發明了借助電子束作為波的電子投射顯微鏡(投射電鏡),借助這些電鏡,我們可以認清楚好多物質的微觀形貌,其碼率可以達到埃米級!而現今納米科技這么蓬勃發展,這和投射電鏡是完全分不開的。
所以德布羅意的貢獻,是劃時代的,無與倫比的。向德布羅意致敬!