德布罗意波动概念在科学史上的地位

八、德布罗意波动概念在科学史上的地位

路易斯·德布罗意在定义他的波动概念时所留下的空白，最终导致了玻恩的工作。但从科学史的角度看来，进一步的发展产生于一些更加直接的困难。而他的波动概念本身，也通过这些方面深刻地影响了物理学的发展。

第一方面的困难是实验证据的缺乏。在康普顿效应以几乎明白无误的方式展示了物质的颗粒性的微观结构的时候，引进一种与之相悖的波动假设，语近杜撰。而在1923年9月24日他的博士学位答辩会上，德布罗意也仅能含糊其词地说，他的实验验证，或可在穿过一个相当小的孔的电子流所显示的衍射现象中发现。

其实，当时在美国纽约西部电气公司工程部工作的戴维森已经获得了所要求的现象记录，只不过当时既无法确认，又不为人所知罢了。以后，戴维森在晶体表面反射的次级电子流方面，汤姆孙在穿透箔的电子流的衍射花样方面，均取得了进展。对于波动性质的研究，不仅在理论上，而且在实际应用上，蔚然成为微观物理技术的一大分支。

第二方面的困难是，路易斯·德布罗意的理论似乎未能给出新的结果。诚然，这一理论使得玻尔的量子条件变得似乎更可接受一些，但从本质上来看，他不过是引进了一个波动概念，使得玻尔的定态获得了一种图象，或者说一种图解。这种引进特异性假说来发展理论的做法，带有太大的任意性，因而同样难于接受。这样看来，德布罗意只不过是用一个较为隐蔽的困难取代了一个较为明显的困难，而理论本质上并未获得进展。

事实当然不是这样。奥地利物理学家薛定谔的工作，卓有成效地把德布罗意的波动概念发展成完整的理论，给出了波所服从的动力学方程，花了六个月时间，建立起了和矩阵力学前后辉映的波动力学，他得到一个合流超几何方程，由此自然地产生出了分立的本征值序列。物理学家们几乎立即认出，这就是玻尔能级。德布罗意的出发点正是在解释神秘的玻尔条件，现在这种条件真的作为一种普适理论的逻辑结果出现了！薛定谔于是有理由骄傲地把他的论文命名为“量子化即本征值问题”，神秘的量子化问题，得到了一个使人可以接受的物理解释。

实验中波动现象的发现，理论上对波动概念的发展，一方面大大加强了德布罗意波动观念的地位，另一方面也使得这样一个问题尖锐起来：究竟是什么在波动呢？爱因斯坦在斯特拉斯堡提出的这个问题，构成德布罗意波动概念的第三方面的困难，简言之，路易斯·德布罗意必须回答他谈论的波在物理上究竟是什么。

路易斯·德布罗意在他的工作的早期，未对这一问题作正面探讨。以后，他曾致力于一种他称作“双重解”的注释，认为波是一种广延的物理现象，而粒子是波上的，或为波所围绕的一个奇异点。在这个方向上，路易斯·德布罗意倾注了大量的心血，寄托了极大的希望，但所有这方面的努力都未能取得成果。尤其是，这波到底是什么这一点也始终晦暗不明。更糟的是，种种误解比正确的解释百倍迅速地发展起来了，以至于大多数人都认为所谓的德布罗意波，就是一种实在的波实体。(https://www.daowen.com)

玻恩根据他的好友弗兰克的散射实验，认为粒子图景不应简单地放弃。利用与经典散射理论的类比，玻恩发现，在薛定谔那儿代表德布罗意波的那个函数，与经典理论中的微分散射截面常成正比。由后者的统计性质，玻恩认为，将这种波视作“粒子的几率密度几乎是不言自明的”。

玻恩认为，德布罗意波是一种几率波，或曰一种几率分布。但是这种分布绝非数学的抽象，而是具有物理实在性的东西，因为它确实按照薛定谔方程在时-空中展开，但它又远非物理实体，它既无能量，又无动量，而这两者对于任一实体而言，都是不可须臾或缺的。

对物质的波动本性的认识，是人类从经典物理走向量子物理认识的一个必要阶段。路易斯·德布罗意最先提出波动概念，迈出了伟大的第一步，他在物理学史上的功绩是不可磨灭的。

原载《自然杂志》第六卷第十一期