科学外史II（30）俺去啦

经典物理学到19世纪末还是集其大成，有的物理学家以至瞻仰我方将要没什么事情可干了。可是刚一过问20世纪，经典物理学这个贵族之家，就出了一个名叫“量子力学”的逆子，才二十几年功夫就将经典物理学搞得家反宅乱。在这个经过中，一个现实中的法国贵族起了要害作用。

经典物理学家眷的逆子

有一种说法觉得，量子力学出生于1900年12月17日——德国物理学家普朗克（Max Planck）在柏林科学院物理学会作念了一次对于热放射表面的报告，这天其后就被东谈主们视为量子力学的生日。

普朗克提议，在热辐掷中，能量不是像东谈主们惯常念念象的那样以结合的格式输出，而是以一小包一小包的格式输出。这一小包一小包的能量被称为“能量子”，时常由“普朗克常数”来表征。“量子”的主意由此出生——经典物理学寰宇中的结合性被浮松了。

不外其时科学界对普朗克的报告反馈并不浓烈，毕竟东谈主们（包括普朗克本东谈主）还绝对无法念念象量子力学会弄出多大贫乏。但这个逆子长到五岁那年，又出了一件和量子力学关连的大事。

这年是1905年，还有一个响亮的名字——“爱因斯坦古迹年”。在这一年，专利局小职员爱因斯坦一下发表了五篇物理学论文，狭义相对论便是在这年创立的。爱因斯坦莫得因为相对论而取得诺贝尔物理学奖，但以“光电效应”给了他一个奖（1921年），“光电效应”是他1905年另一篇论文的主题。

爱因斯坦提议了“光量子”的主意，他觉得光无非便是一束“能量子”造成的流，而吞并波长的系数量子齐捎带着相通的能量。这些“光量子”其后就得名“光子”。这种不雅念和普朗克的“量子”不约而同，又一次浮松了经典物理学寰宇的协调从容——其实光的微粒说之前就有了，但麦克斯韦（J. C. Maxwell）的电磁表面将光视为一种波，何况在表面和实验上齐取得了无缺的证明（表面物理“四大肆学”中的“电能源学”就包括电磁波的系统表面），微粒说已被毁掉许真切。而当今无缺的电磁表面竟然无法解释光电效应。

爱因斯坦因此方针用“光的波粒二象性”来解释光电效应，光的微粒说再次回生，光的实质再次成为未解之谜。物理学家们为光是粒子照旧波，以及若何长入光的实质，喋喋束缚争论了20年，没念念到在1924年，他们迎来了量子力学的成东谈主礼。

这年英国《玄学杂志》9月号上，发表了法国东谈主德布罗意（L. V. De Broglie）的一篇著作，德布罗意提议了“物资波”的主意。这个主意是如斯的震天动地，如斯的难以长入，是以无意候东谈主们索性就称之为“德布罗意波”。

所谓“物资波”，肤浅罪过地说便是“世间万物只消通顺就会产生波”，它有一个十分肤浅的关系：当物体静止时，波长就变成无限大，而无限大的波长天然意味着波的消散。

按照德布罗意的念念法，物资波就好比一个粒子在冲浪——粒子坐在波上随波奔突，而波是粒子本人产生出来的。换句话说，便是“粒子骑在我方的波上”，这竟然一种难以长入的滑稽而怪诞的预见，被一些东谈主戏称为“半东谈主半马的怪物”，但用来阐明“光的波粒二象性”倒似乎又轻易不经。

现实生存中的法国贵族

德布罗意出身法国贵族，布罗意公爵的贵族身份至少不错上溯到1740年，传到他还是是第七代。这个家眷还被奥地利授予“亲王”头衔，因此德布罗意在1960年秉承了公爵和亲王两个贵族头衔。他1987年殒命于巴黎，享年95岁。

德布罗意大学念的是索邦神学院（今巴黎大学前身），原来学的是历史，但其后受其兄影响，改念物理。在一些列传作家笔下，德布罗意“留着用心修剪过的小胡子，一副精神萎顿的神志”，衣饰崇拜，“身上每一点每一毫齐是贞洁的法国贵族范儿”。

1923年德布罗意发表了3篇对于光量子的论文，1924年他将对于物资波表面的物理学论文提交索邦神学院，答辩委员们不知谈该奈何办，但“他们齐不念念让一个社会地位这样高的东谈主失望”，是以就让他通过了。德布罗意的答辩委员会主席是知名物理学家朗之万（Paul Langevin）——他的另一个知名身份是居里夫东谈主（Marie Curie）的婚外情东谈主。比拟严肃的看法是，德布罗意之是以好像通过答辩，是朗之万对他论文的欣赏起了伏击作用。

出东谈主预感的是，没过几年德布罗意尽然就得了诺贝尔物理学奖（1929年）。相传他得诺奖的论文只好半页长，谨记1980年笔者在南京大学念天体物理专科，有一次量子力学课熟识中，一谈艰苦全班无东谈主答对，过后讲解告诉环球：这谈题是凭据德布罗意得诺奖的论文翻新的，“你们淌若能答对就怪了”，听讲解这样一说，班上那些尖子同学才释然了。更道理的是瑞典皇家科学院给德布罗意的受奖词：

在莫得任何已知县实佐证的情况下，您果敢断言，物资不仅具有粒子性，也有波动性。其后的实考据明，您的看法是正确的。您给一个戴上荣耀桂冠好几个世纪的名字带来了新的荣耀。

经典物理学的薄暮

对经典物理学来说，德布罗意波主意的出现便是一场大难。因为物理学家们发现：组成当代量子力学基础德布罗意波是一种“几率波”，这种波以几率——而不是经典物理学所风尚的准确体式——决定着粒子（比如电子）的通顺。是以几率波（即德布罗意所方针的物资波）本质上已然抵赖了经典物理学中的笃定性。

1927年夏天，在布鲁塞尔的寰宇物理学家大会上，传奇德布罗意的学说“遭到了举座一致的抵赖”（可是这又并不妨碍他在两年后取得诺贝尔物理学奖），引颈风流的东谈主物换上了两位德国后生物理学家，海森堡（Werner Heisenberg）和薛定谔（Erwin Schrodinger），有东谈主觉得这两东谈主决定了而后量子力学的发展标的。

海森堡最出名确天然便是“测不准道理”，这个道理也有一个非常纯粹的关系式，和德布罗意波的抒发式有着光显的血统关系：

粒子位置的测不准量，和粒子速率的测不准量，这两个量中的任何一个为0时，另一个必为无限大。换句话说，当咱们好像准确笃定粒子的位置时，粒子的速率必为无限大，而无限大的速率意味着粒子的速率绝对无法笃定；当咱们好像准确笃定粒子的速率时，粒子位置的测不准量变成无限大，这意味着咱们绝对无法知谈粒子此刻位于那儿。

至于“薛定谔的猫”，其实仅仅文体性的修辞或比方，诚然在文东谈主作品中常被拿起，其实严肃的物理学家基本上不驳倒这只猫。

量子力学而后的各式阐扬，总体上已不关重要。测不准道理和薛定谔的猫，其实作念了吞并件事——和德布罗意系数澈底蹂躏了经典物理学寰宇的笃定性。从今以后，还是莫得任何圆满的枢纽，不错用时刻和空间、原因与后果这样传统的不雅念来姿色微不雅寰宇的事件了。

（作家系上海交通大学讲席讲解、科学史与科学文化盘问院首任院长）

江晓原

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