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各位读者，我必须在这里插上几句话，因为我们已经在不知不觉中来到了一个命运攸关的时刻。回头望去，玻尔原子的耀眼光芒已经消失在遥远的天际，同时也带走了我们唯一的火把和路标。现在，我们又一次失去了前进的方向，周围野径交错，迷雾湿衣。在接下来的旅途中，大家必须小心翼翼地紧跟我们的步伐，不然会有迷路掉队的危险。史话讲到这里，我希望各位已经欣赏到了不少令人心驰神往的风光美景，也许大家曾经在某些问题上彷徨困惑过一阵子，但总的来说，道路还不算太过崎岖坎坷。然而，必须提醒大家的是，在这之后，我们将进入一个完完全全的奇幻世界。这个世界光怪陆离，和我们平常所感知认同的迥然不同。在这个新世界里，所有的图像和概念都显得疯狂而不理性，显得更像是爱丽丝梦中的奇境，而不是踏踏实实的土地。许多名词是如此稀奇古怪，以致只有借助数学工具才能把握它们的真实意义。当然，笔者将一如既往地试图用最浅白的语言将它们表述出来，但是各位仍然有必要事先做好心理准备，因为量子革命的潮水很快就要铺天盖地地狂啸而来了。这一切来得是那样汹涌澎湃，以致很难分清主次线索，为了不至于使大家摸不着头绪，我将尽量把一个主题阐述完整再转向下一个。那些希望把握时间感的读者应该留意具体的年代和时间。
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好了，闲话少说，我们的话题回到德布罗意身上。他一直在思考一个问题，就是如何能够在玻尔的原子模型里面自然地引进一个周期的概念，以符合观测到的现实。原本，这个条件是强加在电子上面的量子化模式：电子的轨道是不连续的。可是，为什么必须如此呢？在这个问题上，玻尔只是态度强硬地做了硬性规定，而没有解释理由。在他的威名震慑下，电子虽然乖乖听话，但总有点不那么心甘情愿的感觉。德布罗意想，是时候把电子解放出来，让它们自己做主了。
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20世纪初的法国，很少有科学家投入到量子领域的研究中，但老布里渊（Louis Marcel Brillouin，他的儿子小布里渊Léon Nicolas Brillouin也是一位物理名家）是一个例外。1919－1922年，布里渊发表了一系列关于玻尔原子的论文，试图解释只存在分立的定态轨道这样一个事实。在老布里渊看来，这是因为电子在运动的时候会激发周围的“以太”，这些被振荡的以太形成一种波动，它们互相干涉，在绝大部分地方抵消掉了，因此电子不能出现在那里。
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德布罗意读过布里渊的文章后，若有所思：干涉抵消的说法是可能的，但“以太”就不令人信服了。我们可敬的老以太，37年前的迈克尔逊—莫雷实验已经宣判了它的死刑，而爱因斯坦则在19年的缓刑期后亲手处决了它，现在，又有什么理由让它再次借尸还魂呢？导致玻尔轨道的原因必定直接埋藏在电子内部，而不用导入什么以太之类的多余概念。问题是，我们必须对电子本身的性质再一次进行认真的审视，莫非电子背后还隐藏着一些无人知晓的秘密？
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德布罗意想到了爱因斯坦和他的相对论。他开始这样推论：根据爱因斯坦那著名的方程，如果电子有质量m，那么它一定有一个内禀的能量E=mc2 。好，让我们再次回忆那个我说过很有用的量子基本方程， ，也就是说，对应这个能量，电子一定会具有一个内禀的频率。这个频率的计算很简单，因为 所以 。
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好，电子有一个内在频率。那么频率是什么呢？它是某种振动的周期。那么我们又得出结论，电子内部有某些东西在振动。是什么东西在振动呢？德布罗意借助相对论，开始了他的运算，结果发现……当电子以速度ν0 前进时，必定伴随着一个速度为c2 /ν0 的波……
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噢，你没有听错。电子在前进时，本身总是伴随着一个波。细心的读者可能要发出疑问，因为他们发现这个波的速度c2 /ν0 将比光速还快上许多，但这不是一个问题。德布罗意证明，这种波不能携带实际的能量和信息，因此并不违反相对论。爱因斯坦只是说，没有一种能量信号的传递能超过光速，对德布罗意的波，他是睁一只眼闭一只眼的。
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德布罗意把这种波称为“相波”（phase wave），后人为了纪念他，也称其为“德布罗意波”。计算这个波的波长是容易的，就简单地把上面得出的速度除以它的频率，那么就得到：(2) 。
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但是，等等，我们似乎还没有回过神来。我们在谈论一个“波”！可是我们起初明明在讨论电子的问题，怎么突然从电子里冒出了一个波呢？我们并没有引入所谓的“以太”啊，只有电子，这个波又是从哪里出来的呢？难道说，电子其实本身就是一个波？
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什么？电子居然是一个波？！这未免让人感到太不可思议。可敬的普朗克绅士在这些前卫而反叛的年轻人面前，只能摇头兴叹，连话都说不出来了。德布罗意把相波的证明作为他的博士论文提交了上去，但并不是所有人都相信他。“证据，我们需要证据。”在博士答辩中，所有的人都在异口同声地说，“如果电子是一个波，那么就让我们看到它是一个波的样子。把它的衍射实验做出来给我们看，把干涉图纹放在我们眼前。”德布罗意有礼貌地回敬道：“是的，先生们，我会给你们看到证据的。我预言，电子在通过一个小孔或者晶体的时候，会像光波那样，产生一个可观测的衍射现象。”
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在当时，德布罗意并未说服所有的评委，虽然他凭借出色的答辩最终获得了博士学位，但人们仍然倾向于认为相波只是一个方便的理论假设，而非物理事实(3) 。但是，爱因斯坦却相当支持这个理论，当朗之万把自己弟子的大胆见解交给爱因斯坦点评时，他马上予以了高度评价，称德布罗意“揭开了大幕的一角”。整个物理学界在听到爱因斯坦的评论后大吃一惊，这才开始全面关注德布罗意的工作。
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事实上，德布罗意的博士学位当然不是侥幸得来的，恰恰相反，这也许是颁发过的含金量最高的学位之一。德布罗意是有史以来第一个仅凭借博士论文就直接获取科学最高荣誉―诺贝尔奖的例子，而他的精彩预言也将和他本人一样在物理史上流芳百世。因为仅仅两年之后，奇妙的事情就在新大陆发生了。
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上帝掷骰子吗？：量子物理史话（升级版） [:1700958613]
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Part. 4
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上次说到，德布罗意发现电子在运行的时候，居然同时伴随一个波。他还大胆地预言，这将使得电子在通过一个小孔或者晶体的时候，会产生一个可观测的衍射现象。也许是上帝存心要让物理学的混乱在20年代中期到达一个最高潮，这个预言很快就被戴维逊（C.J.Davisson）和革末（L. H. Germer）在美国证实了。
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戴维逊出生于美国伊利诺伊州，并先后在芝加哥、普度和普林斯顿大学接受了物理教育。他曾先后师从密立根和理查德森（O.W.Richardson），都是有名的光电子理论专家。完成学业之后，戴维逊本应顺理成章地进入大学教学，但他有一个致命的缺点―口吃，这使他最终放弃了校园生涯，加入到西部电气公司的工程部去做研究工作。这个部门后来在1925年被当时AT&T的总裁吉福（Walter Gifford）撤销，摇身一变，成为了大名鼎鼎的贝尔电话实验室（Bell Labs）。
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不过我们还是回到正题。1925年，戴维逊和他的助手革末正在这个位于纽约的实验室里进行一个实验：用电子束轰击一块金属镍（nickel）。实验要求金属的表面绝对纯净，所以戴维逊和革末把金属放在一个真空的容器里，以确保没有杂质混入其中。然而，2月5日，突然发生了一件意外，这个真空容器因为某种原因发生了爆炸，空气一拥而入，迅速地氧化了镍的表面。戴维逊和革末非常懊丧，因为通常来说发生了这样的事故后，整个装置就基本报废了。不过这次他们决定对其进行修补，重新净化金属表面，把实验从头来过。在当时，去除氧化层的最好办法就是对金属进行高热加温，而这正是两人所做的。
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戴维逊和革末
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他们却并不知道，正如雅典娜暗中助推着阿尔戈英雄们的船只，幸运女神正在这个时候站在他俩的身后。容器里的金属在高温下发生了不知不觉的变化：原本它是由许许多多块小晶体组成的，而在加热之后，整块镍熔合成了几块大晶体。虽然在表面看来，两者并没有太大的不同，但是内部的剧变已经足够改变物理学的历史。
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折腾了两个多月后，实验终于又可以继续进行了。一开始没有什么奇怪的结果出现，可是到了5月中，实验曲线突然发生了剧烈的改变！两人吓了一跳，百思不得其解，实验毫无成果地拖了一年多。终于，戴维逊在这上面感到筋疲力尽，决定放松一下，和夫人一起去英国度“第二次蜜月”。他信誓旦旦地承诺说，这将比第一次蜜月还要甜蜜。
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戴维逊实验和电子衍射