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爱因斯坦慧眼识英才

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:在阅读玻色的文章之前,爱因斯坦在研究量子统计时已经注意到,应该对物质粒子的独立性、可识别性加上某种限制,所以他一读完玻色的文章,他立即知道,他的光量子假说借助玻色统计便可以得到普朗克公式。正在这时,爱因斯坦收到了朗之万寄来的德布罗意论文的副本。1925年1月的论文吸引了爱因斯坦的注意。正是由于爱因斯坦的极力推荐,才使一些著名的物理学家迅速注意到德布罗意的物质波理论。

后来的事实证明,朗之万的这一措施,对于人们迅速接受德布罗意的理论起了至关重要的作用。爱因斯坦读了朗之万寄来的德布罗意博士论文的副本后,高兴地赞赏道:“厚幕的一角被德布罗意揭开了!”日本物理学史家广重彻在他写的《物理学史》一书中,曾对此感叹地说道:“爱因斯坦的作用是何等重要啊

爱因斯坦之所以能够迅速认识到德布罗意思想的重要性,其间也有一定的原因。

印度物理学家玻色。

1924年,一位不知名的印度物理学家玻色(Satyendra Nath Bose18941974)寄给爱因斯坦一篇论文,他根据他自己发现的“玻色统计”用光量子气体推导出了普朗克辐射分布公式。这个年轻人真是大胆,他不仅希望爱因斯坦酌情推荐一下,并且鲁莽地“想麻烦爱因斯坦把他(用英文写的)文章翻译成德文”,以便能在德国物理期刊上发表。幸好爱因斯坦没有因为玻色的无礼而把他的文章丢进字纸篓里,反而认真仔细看了玻色的文章。这一看,出现了物理学史上的一个伟大发现!

在阅读玻色的文章之前,爱因斯坦在研究量子统计时已经注意到,应该对物质粒子的独立性、可识别性加上某种限制,所以他一读完玻色的文章,他立即知道,他的光量子假说借助玻色统计便可以得到普朗克公式。这显然是一个重要突破,于是他很快将玻色的论文译成德文,寄给了德国的《物理杂志》。

接着,爱因斯坦把玻色的方法扩大到理想气体的统计力学得出了“玻爱因斯坦凝聚”(Bose-Einstein condensation)在此之后,他又用完全类于1909年推导黑体辐射公式的方法,得出了一个涨落公式,这个公式的第二项暗示光和物质都应该具有波粒二象性!但是,爱因斯坦对于光有二象性还有胆量设想,对于物质粒子也有二象性,却是连想都有一些不敢想。

正在这时,爱因斯坦收到了朗之万寄来的德布罗意论文的副本。他在德布罗意的论文中立即发现了他想过但未敢提出的设想:物质粒子和光类似,也具有波粒二象性。于是他立即相信,他的公式中的第二项正是由德布罗意物质波的干涉所引起的。这正如俗语所说,“瞌睡来了送枕头”,爱因斯坦正需要一个大胆的假说时,德布罗意就送来了一个合适的假说。

于是,爱因斯坦一有机会就极力向人们推荐德布罗意的理论。1952年德布罗意曾经回忆说:

 

19251月的论文吸引了爱因斯坦的注意。在此之前,没有什么人肯对它多瞟上两眼。由于这个原因,我永远对他怀着非常深沉的个人感激之情,感激他给我的巨大鼓励。

 

正是由于爱因斯坦的极力推荐,才使一些著名的物理学家迅速注意到德布罗意的物质波理论。其中对德布罗意理论的传播和应用起十分重要作用的有两位:薛定谔(Erwin Schrödinger,18871961,1933年获得诺贝尔物理学奖)和玻恩。玻恩注意到德布罗意理论之后,就和哥根的同事弗兰克就德布罗意物质波的实验证明进行了一些讨论。1925年,玻恩收到美国实验物理学家克林顿·戴维(Clinton J. Davisson,18811958,1937年获得诺贝尔物理学奖)的一篇有一些奇怪的实验报告,其中的实验曲线非常像物质波的衍射图形(下面还会详细说到),于是建议让研究生埃尔萨瑟(Walter Elsasser,19041991)进行研究。正是这些量子力学大师的关注,才让德布罗意的理论迅即被人们接受。

我们在后面还会专门讲到实验,现在先谈谈德布罗意的思路。这两位实验物理学家以后我们还会见到。

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