我们之前讲过，在认识光的本质这个问题上，科学家们经历了几千年的争论。有时候人们认为光是粒子，也有时候人们认为光是波，直到爱因斯坦提出光电效应方程，人们终于认识到：光是具有波粒二象性的，有时候我们必须用波动说解释一些现象，有时候又必须用粒子说解释它。

可是，人们马上意识到一个更加深刻的问题：光为何如此特殊呢？粒子就是一个个小球，波是振动的传递，为什么光可以同时具有两种性质呢？两种性质之间，又具有怎样的联系呢？

在科学界和哲学界，始终有一种观点：自然界是简单和谐的，所有物质的规律都应该可以用统一的方程描述，不应该存在某种特例。这种思想让物理学家们发现了很多深刻的规律，例如法拉第通过实验发现变化的磁场可以产生电场，麦克斯韦就联想到变化的电场也能产生磁场，并最终得到了普遍的电磁学方程组。同样在这种思想的影响下，一位年轻的法国学者大胆的预言：不只光具有波粒二象性，电子这样的粒子也有波粒二象性。这个人就是法国学者路易·维克多·德布罗意公爵。

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德布罗意家族从17世纪开始为法国国王服务，1740年被授予公爵称号，由长子继承。家族历史上出现了数位法国元帅、外交家和政治家。例如第五代德布罗意公爵就是法兰西第三共和国总理。1901年去世后由长子莫里斯·德布罗意继承为第六代公爵。1960年，莫里斯去世，我们的主人公路易·德布罗意成为了第七代德布罗意公爵。

德布罗意家族家徽

路易十四岁时，他的父亲就去世了，好在他的哥哥莫里斯像父亲一般照顾他，送他去著名的詹森萨伊中学读书。中学毕业后，德布罗意进入了索邦大学就读。由于他天资聪颖，所有科目成绩都非常优秀，自己也不知道要选择什么专业。大学时首先选择读历史，后来又转向了法律。一直到他读了昂利·庞加莱的著作《科学和假设》与《科学的价值》，他才发现原来物理学才是自己的最爱。

庞加莱

1911年秋天，第一届索尔维会议在布鲁塞尔举行，主题是辐射与量子。会议吸引了爱因斯坦、居里夫人、庞加莱、洛仑兹等一大批科学泰斗。莫里斯刚好是会议秘书，经常把一些会议资料拿回家，年轻的路易被科学家们深邃的思想迷住了，很快，他拜物理学家郎之万为师，攻读物理学博士学位。

第一届索尔维会议

读了几年书，德布罗意面临毕业问题。但是死活写不出论文来。他着急，他导师朗之万更着急，他深知这个官二代惹不起，必须让他毕业。可是写不出论文来肯定不能毕业，这可怎么办？

郎之万

这时，德布罗意读到了爱因斯坦关于光电效应的论文：光具有粒子性。德布罗意想：既然光具有粒子性，那反过来，粒子是不是也具有波动性呢？他灵机一动，在1924年以《量子理论的研究》为题写了一份论文交给了导师郎之万。

由于这份论文思想过于超前，朗之万心里也没底，于是把论文写信寄给爱因斯坦，并特别提到：这是一个法国公爵面临能否毕业的重大政治问题，如果您能赞同他的观点，那么您以后来法国肯定会很受欢迎的。

爱因斯坦：我懂

爱因斯坦当时正在研究玻色-爱因斯坦统计，没有太多时间看德布罗意的论文，但他欣然明白了朗之万的意思，当即回信说：德布罗意已经揭开了面纱的一角。于是在爱因斯坦的背书下，德布罗意顺利获得了梦寐以求的博士学位。

到了1929年，诺贝尔奖委员会开始审议当年诺贝尔奖候选人时，突然发现德布罗意说的好像是对的，于是决定授予他诺贝尔物理学奖。德布罗意是世界上第一个通过博士论文拿到诺贝尔奖的人。

德布洛意

要证实一个物理理论，必须通过实验。既然粒子具有波动性，那么就应该能表现出波的特点——干涉和衍射。干涉和衍射是指：波通过障碍物时会传播方向会发生变化，造成障碍物后面出现不同于直线传播的图案。例如：两列波相遇时有些地方振动加强有些地方振动减弱就是干涉，光通过圆孔后形成同心圆环就是衍射。

光通过圆孔后的衍射图样

干涉和衍射是波特有的，声波、水波、光波都具有干涉和衍射现象。要证实物质波的存在，就必须发现粒子的干涉和衍射现象。

宏观物体的波长很短，很难观察到干涉和衍射。但是如果粒子的质量很小，它的波长就相对较大，更容易观测到波动性。例如：电子的质量只有0.91×10^-30kg,假如用100V的电压加速电子，电子的速度大约有6×10⁶m/s,代入德布罗意公式可以得到电子的波长大约1×10^-10m，这个波长已经与X射线的波长相差无几.

如果将这样的电子照射到晶体上，就应该能观察到类似X射线的衍射图样。而X射线衍射的规律，早在1915年，就由布拉格父子发现了。他们指出X射线照射到晶体表面时，由于干涉和衍射的原因，在不同角度处会出现反射的X射线强度不同。

1927年，贝尔实验室的克林顿·戴维森和雷斯特·革末使用电子照射镍单晶表面，果然发现了类似的效果：电子在晶体表面反射后，强度规律与布拉格父子的X射线衍射规律相同。这说明：电子也能像X射线一样发生衍射现象。

戴维森-革末实验

几乎于此同时，英国物理学家GP汤姆孙（发现电子的JJ汤姆孙之子），使用电子照射金属晶体薄膜，在晶体后面同样发现了类似于光的衍射的同心环图案，这显然是波的特点，再次印证了电子具有波动性是确凿无疑的事实。

GP汤姆孙实验

在1927年10月的第五届索尔维会议上，物理学家们再次齐聚一堂，人们盛赞戴维森-革末和汤姆孙的美妙实验，而这一切成就又都指向了理论的提出者—德布罗意。于是，1929年，德布罗意获得诺贝尔物理学奖。1937年，戴维孙和汤姆孙也因为发现电子衍射方面的贡献获得诺贝尔物理学奖。