厚宇德

（山西大學(xué) 科學(xué)技術(shù)史研究所，太原 030006）

《對玻恩及其學(xué)派的系列研究》連載

《對玻恩及其學(xué)派的系列研究》連載?
——玻恩與德布羅意物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

厚宇德

（山西大學(xué) 科學(xué)技術(shù)史研究所，太原 030006）

理論物理學(xué)家與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的工作不是完全同步、密切對接的.20世紀(jì)20年代在德布羅意提出物質(zhì)波假設(shè)之前，戴維孫等人已經(jīng)做了慢速電子的衍射實(shí)驗(yàn).弗蘭克是最早認(rèn)識到戴維孫實(shí)驗(yàn)意義的人之一.他的弟子艾爾薩色也獨(dú)立認(rèn)識到了這一點(diǎn)，并嘗試做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.但是未能如愿.尋求弗蘭克的幫助，也未如愿.艾爾薩色發(fā)表了一篇理論分析小文章，明確提出讓電子通過晶體可以觀察衍射圖案，從而驗(yàn)證德布羅意的物質(zhì)波假設(shè).該文發(fā)表兩年左右后，玻恩在牛津的一次學(xué)術(shù)會議上重提艾爾薩色的文章，才真正引起戴維孫和湯姆遜的注意，很快他們得到了很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，獲得了1937年諾貝爾物理獎.弗蘭克的忽視使艾爾薩色的一個(gè)很重要的想法喪失了先機(jī).

艾爾薩色；德布羅意波；弗蘭克；玻恩

任何歷史人物（被神話的除外）或團(tuán)體，無論多么偉大、多么了不起，都肯定有遺憾與錯(cuò)誤.玻恩與弗蘭克締造的成就斐然的哥廷根物理學(xué)派也是一樣.這個(gè)學(xué)派的遺憾之一是兩位學(xué)派領(lǐng)袖尤其弗蘭克，葬送了一名弟子---艾爾薩色的一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究好點(diǎn)子.

科學(xué)史家托馬斯·庫恩認(rèn)識到這是量子力學(xué)發(fā)展史上不能忽視的一個(gè)事件.因此在20世紀(jì)60年代他及其同事采訪玻恩、弗蘭克、約當(dāng)，以及艾爾薩色等人時(shí)，從不同角度都提到了這一事件.而令歷史工作者感到棘手的是，這幾個(gè)人對于這同一事件的回憶，差別不小.這充分展示了基于口述史開展研究的歷史學(xué)家最頭痛的典型問題：如何處理對于同一事件不同人物回憶中的明顯差異？

一個(gè)人回憶一件事時(shí)，很多時(shí)候不是站在這件事情之外去觀察和審視，然后描述和分析這件事，而是從自己的內(nèi)心出發(fā)去描述這件事給自己留下的印象.印象存乎心，很多時(shí)候描述中很自然就從敘述者變?yōu)楫?dāng)事人，甚至是決定性的當(dāng)事人，讓自己擔(dān)當(dāng)事件的主角（事實(shí)上往往根本不是這樣），去構(gòu)建整個(gè)事件合乎邏輯的完整過程，并自然給出結(jié)論.這是不同人物對于同一事件的口述文獻(xiàn)中出現(xiàn)矛盾的根本原因.

1 艾爾薩色自己回憶艾爾薩色事件

1962年5月29日，海爾布朗采訪艾爾薩色，談起了這一事件.

艾爾薩色：“最近我在一些地方讀到了玻恩的評論.玻恩說他建議我去做關(guān)于衍射的事情，我想他晚年記憶力是有點(diǎn)衰退了.現(xiàn)在我說說在我身上發(fā)生了什么.……不知從哪里，我自己得到了發(fā)表在柏林科學(xué)院的愛因斯坦關(guān)于玻色統(tǒng)計(jì)的原創(chuàng)論文.愛因斯坦計(jì)算了玻色氣體的漲落.這些漲落可以通過一個(gè)由兩項(xiàng)相加的公式表示.其中一項(xiàng)就是粒子在盒子中時(shí)的常規(guī)漲落，另一部分恰好是一個(gè)空腔里充滿駐波時(shí)的漲落.……那時(shí)他認(rèn)為這相當(dāng)奇怪.……他在這篇論文里的一個(gè)注腳中提到了德布羅意的論文.我很好奇，我說，‘我必須看看能否從圖書館找到它.’令我很吃驚的是，在哥廷根大學(xué)的圖書館竟然有德布羅意的論文.……里面有著名的德布羅意公式f=h/p等等.……我開始思考，最后我有了想法，這些波可能比我想象的要真實(shí)很多.……所

以我用計(jì)算尺算出當(dāng)?shù)虏剂_意波透過金屬多晶間的空隙時(shí)，能得到什么.然后，我也立即考慮了冉紹耳效應(yīng).當(dāng)?shù)虏剂_意波透過金屬多晶之間的空隙時(shí)電子能通過原子而沒有發(fā)現(xiàn)阻礙，這是很奇怪的事.……它確實(shí)看起來很像衍射現(xiàn)象.當(dāng)然不能從任何經(jīng)典模型得出這一結(jié)論.”［1］

根據(jù)艾爾薩色本人的回憶，我們可以概括出以下幾點(diǎn).

① 艾爾薩色認(rèn)為玻恩回憶有誤，不是玻恩的指導(dǎo)而是愛因斯坦的論文（尤其一個(gè)注腳），引導(dǎo)他去尋找并閱讀德布羅意的論文.

② 讀過德布羅意的論文后，經(jīng)過深入思索，艾爾薩色想到了用物質(zhì)波衍射解釋戴維孫實(shí)驗(yàn)以及冉紹耳效應(yīng)的想法.

艾爾薩色：“當(dāng)我寫完這篇注解性小文章后，我首先把它給弗蘭克看，他把論文拿給玻恩看.然后他們說，‘噢，這很瘋狂，但是你應(yīng)該把它寄給伯利納先生.’那時(shí)他是《自然科學(xué)》的編輯.……伯利納首先把它寄給實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家普林斯海姆.這位很不清楚該怎么給出評價(jià).他們又將稿子寄給另外的什么人，我忘記是誰了.最后他們認(rèn)為應(yīng)該將稿子給愛因斯坦看.

……那時(shí)愛因斯坦住在柏林，他似乎說，‘我想應(yīng)該給這個(gè)家伙一個(gè)機(jī)會，可以發(fā)表它.’因此他們發(fā)表了它.戴維孫看到了它，但是很顯然它沒有給他留下什么印象.它看起來是很瘋狂的想法.我從來不了解（我的文章影響戴維孫）的故事細(xì)節(jié).……戴維孫的傳記作者對其有準(zhǔn)確的解釋.當(dāng)他第一次看到我的文章時(shí)，他認(rèn)為這只是胡說八道.而后在他與革末剛做好最終的實(shí)驗(yàn)之后，戴維孫到歐洲旅行.在那里他與薛定諤和湯姆孫等人對話時(shí)，他們都告訴他去思考波的衍射.這時(shí)他已經(jīng)差不多把我的論文忘得一干二凈.那時(shí)薛定諤的工作已為人所知，而他在自己文章中給我的文章做了一個(gè)很好的腳注，這就是一切.事實(shí)上，你看寫文章時(shí)我只有21歲，人微言輕，我不能引起人們對這個(gè)思想的較大關(guān)注.”［1］在此我們可以進(jìn)一步歸納出：

③ 艾爾薩色說他去找弗蘭克談這事時(shí)，他已經(jīng)寫完了文章.弗蘭克與玻恩討論的結(jié)果是他們肯定艾爾薩色的工作，并建議投稿給《自然科學(xué)》.

④ 戴維孫讀到過艾爾薩色的文章，但是并不認(rèn)可艾爾薩色的解釋.

⑤戴維孫到歐洲旅行，在薛定諤等人建議下，開始認(rèn)為這是衍射現(xiàn)象.但此時(shí)他已經(jīng)忘記了艾爾薩色的論文.

⑥ 艾爾薩色認(rèn)為他自己是因?yàn)槿宋⒀暂p，而沒能得到這篇文章本該得到的認(rèn)同和榮譽(yù).

海爾布朗：“弗蘭克和玻恩對此沒興趣么？”

艾爾薩色：“弗蘭克是很慷慨的.我努力了2-3個(gè)月去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)爭取發(fā)現(xiàn)這些事實(shí).弗蘭克說我可以到他那里去做這一切.但是他不能讓他手下的人放下自己的工作來幫助我.我曾經(jīng)這樣請求過.所以我想3個(gè)月之后我放棄了實(shí)驗(yàn)研究，因?yàn)檫@對于一個(gè)21歲的毫無實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來說實(shí)在太難了.這是一個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)工作.”［1］

⑦ 艾爾薩色晚年認(rèn)為當(dāng)年要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證他的這一設(shè)想，那將是一個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn).這是21歲的他做不到的.

⑧ 當(dāng)年艾爾薩色曾請弗蘭克為他找一位有實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)的幫手，但是弗蘭克拒絕了.

2 玻恩回憶艾爾薩色事件

1962年10月17日，庫恩采訪玻恩談到艾爾薩色事件時(shí)，玻恩有如下回憶：“愛因斯坦在一封來信中第一次提到了物質(zhì)波.那是一封很短的信.我不記得很多，但是記得他寫道，‘巴黎一位叫做德布羅意的年輕人的論文讓我很激動.就像光具有波粒二象性一樣，這篇文章認(rèn)為，粒子同樣具有波粒二象性.你必須讀一讀.’從巴黎得到這篇論文并不容易，所以最后我直接給德布羅意寫信，得到了他親自寄來的論文.我讀了，這篇文章給我留下了很深的印象.但是我一點(diǎn)沒想怎樣通過實(shí)驗(yàn)去證實(shí)它.我想它只是一個(gè)抽象的理論---一個(gè)抽象的思想.……然后戴維孫的信寄來了.他寄給我一封信里面有一些電子被鎳偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)照片，至今我還記得.還有展示不同方向上異常峰值的圖表.我認(rèn)為在晶體中在不同的方向有不同的力，導(dǎo)致了這些異常.一周后我給弗蘭克看，我也曾將愛因斯坦的來信內(nèi)容告訴他.弗蘭克變得若有所思，他說，‘現(xiàn)在我不相信這些僅僅是由于不同的力造成的.你還記得愛因斯坦來信提到過的德布羅意的論文嗎？是你告訴過我的.’然后他坐下來，把這些聯(lián)系在一起，他說，‘好，我想試一試.’我們討論了幾小時(shí)嘗試怎么找到一個(gè)簡單的標(biāo)準(zhǔn)，最后我們無意中很簡單地發(fā)現(xiàn)了動量與作為倒數(shù)的波長（p=h/λ）之間相互聯(lián)系的思想.我在心里做出了一個(gè)粗略的估計(jì)，然后對弗蘭克說，‘這看起來在數(shù)量級上是對的.’‘那么讓你的一個(gè)學(xué)生去做吧’他說.我說，‘我現(xiàn)在一個(gè)也沒有，他們都很忙.’

然后，第二天弗蘭克來找我，說‘噢，我有一個(gè)不想再要的學(xué)生，他適合做這個(gè).’他說的是艾爾薩色.他是學(xué)實(shí)驗(yàn)的，但是弗蘭克總是被艾爾薩色缺乏處理簡單實(shí)驗(yàn)問題的能力所惹惱.所以，弗蘭克想將他轉(zhuǎn)給我.我不了解艾爾薩色，但是當(dāng)他來看我時(shí)，我發(fā)現(xiàn)他很好，是個(gè)吸引人的很聰明的家伙.于是我建議他去做這個(gè)問題.我說我做了很粗略的估計(jì)而認(rèn)為這是對的，而如果他證明這是對的，那是個(gè)偉大的成功.很快，他得到了這個(gè)結(jié)果.我想這是德布羅意波的第一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.”［2］

玻恩的回憶主要可以概括為一下幾點(diǎn)：

⑨ 愛因斯坦向玻恩介紹了德布羅意的論文；玻恩直接從德布羅意那里得到了他的論文；玻恩與弗蘭克討論過德布羅意的論文.

⑩ 玻恩與弗蘭克在討論戴維孫的信時(shí)，弗蘭克最先將其實(shí)驗(yàn)照片的峰值產(chǎn)生，與德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)聯(lián)系了起來.粗略的估計(jì)使玻恩相信戴維孫實(shí)驗(yàn)照片上的峰值，可以用德布羅意物質(zhì)波衍射來解釋.

? 弗蘭克建議玻恩找一個(gè)學(xué)生在理論上證明這一認(rèn)識，即戴維孫實(shí)驗(yàn)照片上的峰值是德布羅意波衍射的結(jié)果.但是玻恩學(xué)生都很忙，沒人做；弗蘭克將他的學(xué)生艾爾薩色轉(zhuǎn)給玻恩，去做此事.

?艾爾薩色很快證明了這一設(shè)想，玻恩認(rèn)為艾爾薩色這一研究很重要，是德布羅意波第一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.事實(shí)上艾爾薩色沒做實(shí)驗(yàn)，只是理論上證明戴維孫與康斯曼的實(shí)驗(yàn)照片上的峰值是德布羅意物質(zhì)波衍射的結(jié)果.

3 弗蘭克回憶艾爾薩色事件

1962年7月12日，弗蘭克接受庫恩采訪，問及此事，弗蘭克有如下回憶.

弗蘭克：“無論如何，我想對與早期歷史相關(guān)的一件事說幾句話，這是與戴維孫-革末，不對，是戴維孫與另外某個(gè)人（是康斯曼，本文作者注）的實(shí)驗(yàn)有關(guān).現(xiàn)在這件事是我們哥廷根人都關(guān)心的很有趣的故事.一天上午艾爾薩色來了，反復(fù)要求開始實(shí)驗(yàn)研究.而我對此有點(diǎn)擔(dān)心，因?yàn)樗凶隼碚撗芯康哪X子.而剛巧一開始，他對自己要研究的題目具體要做什么不是很清晰.他說他剛讀了我不了解的一篇論文上的一些東西.我想是愛因斯坦談到德布羅意波的論文.他說：‘是的，如果有人能展示電子果然具有波的特性，那很不錯(cuò).’而我前一天剛巧讀過了戴維孫和，那個(gè)你說是誰了？噢，康斯曼的論文.因此當(dāng)他跟我這么說的時(shí)候，我說：‘是的，可能是這樣.但是如果我告訴你這事已經(jīng)有人做過了，你認(rèn)為怎么樣？只不過作者不知道他們已經(jīng)解決了這個(gè)問題.’”［1］由弗蘭克的回憶可以直接得出以下結(jié)論：

? 艾爾薩色給弗蘭克留下了不具有從事實(shí)驗(yàn)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的天賦，他初次向弗蘭克提出要做實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，弗蘭克認(rèn)為艾爾薩色的思路還不夠清晰.

? 當(dāng)他明白艾爾薩色要通過衍射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證德布羅意物質(zhì)波假設(shè)時(shí)，弗蘭克說這個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)由戴維孫和康斯曼做過了，只不過這兩個(gè)人還不明白他們的研究結(jié)果的意義.這意味著弗蘭克在艾爾薩色來之前已經(jīng)了解德布羅意物質(zhì)波假設(shè)以及戴維孫的實(shí)驗(yàn)文章.

庫恩與弗蘭克繼續(xù)對話：

庫恩：“你說這篇論文，指的是戴維孫和康斯曼的論文么？”

弗蘭克：“是的.……我關(guān)注這些事，就在我發(fā)現(xiàn)文章里的照片反映的真的很像波時(shí)，艾爾薩色來了.我說：‘艾爾薩色，現(xiàn)在最好是去做一些實(shí)驗(yàn)，你去做吧.找到金屬薄片，做成勒納德窗，讓電子通過它，我們就可以研究多晶體圖樣了---這就是后來G.P.湯姆孫所做的.’好了，我們開始做這些實(shí)驗(yàn)，但是四周以后事實(shí)證明艾爾薩色做這些實(shí)驗(yàn)根本毫無希望.他沒有實(shí)驗(yàn)天賦.因此我告訴他，‘現(xiàn)在，咱們看看.你有了電子和波的想法，而我給你看了這些人的這篇文章.現(xiàn)在你給《自然科學(xué)》寫了篇小文章，解釋他們事實(shí)上做了什么.’戴維孫和革末認(rèn)同艾爾薩色發(fā)在《自然科學(xué)》的小文章.而勞厄一直對這篇文章表示滿意.……”［1］

弗蘭克：“那時(shí)可憐的是我們用了很長時(shí)間，直到G.P.湯姆孫已經(jīng)做出來了我們還什么沒做出來.因此我對艾爾薩色說，‘去找玻恩.你是一位理論家.你不能做實(shí)驗(yàn).”［1］這就是說：

?弗蘭克告訴艾爾薩色這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎么做；艾爾薩色沒有做出來.但是艾爾薩色寫出了用晶體衍射驗(yàn)證德布羅意物質(zhì)波假設(shè)的理論分析文章，投給了《自然科學(xué)》.

? 弗蘭克回憶直到英國的湯姆孫做出很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，艾爾薩色還沒取得實(shí)驗(yàn)結(jié)果.于是他讓艾爾薩色終止實(shí)驗(yàn)研究，去找玻恩，去做一個(gè)理論物理學(xué)家.

必須提及，當(dāng)庫恩介紹了艾爾薩色當(dāng)年的一些想法之后，弗蘭克也說過這樣的話：

弗蘭克：“噢.我忘記了.現(xiàn)在畢竟距離我們做這一研究已經(jīng)很久了.這一定是艾爾薩色的想法，我需要回憶一下是否來確認(rèn)這是不是我的觀點(diǎn).它應(yīng)該完全是艾爾薩色的想法.”［1］

根據(jù)這句話我們認(rèn)為，弗蘭克推翻了此前他以自己為主導(dǎo)的對此事的全部敘述，就是說，整件事更多地還是艾爾薩色自己的想法.

4 約當(dāng)回憶艾爾薩色事件

1963年6月17日，庫恩與約當(dāng)有過一次會談：

約當(dāng)：“哦，對，是這樣的.在哥廷根發(fā)生的事情是這樣的：我們首先通過愛因斯坦的論文聽說了德布羅意，然后玻恩才不知道從哪里搞到了德布羅意的博士論文.這篇論文我們也讀過.”［3］

庫恩：“玻恩對德布羅意的研究也感興趣嗎”

約當(dāng)：“是的.但是我們沒有接著繼續(xù)對它的研究，因?yàn)楫?dāng)時(shí)我們已經(jīng)在另一個(gè)方向上，也就是在對應(yīng)原理與躍遷幅值這些問題上進(jìn)行了很多了.但是德布羅意的這篇論文對我們來說的確也相當(dāng)有趣并且有意義.然后艾爾薩色，他當(dāng)時(shí)是弗蘭克的助手，他認(rèn)為某個(gè)實(shí)驗(yàn)（很重要），我忘了是誰做的實(shí)驗(yàn)了.”［3］

庫恩：“是戴維孫和康斯曼的.”［3］

約當(dāng)：“對，是他們的.艾爾薩色認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是德布羅意波的一種體現(xiàn)，并且試圖自己重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn).但是接下來美國人發(fā)表了更好并且更成功的論文.于是艾爾薩色就放棄了.”［3］

庫恩：“但是美國人的實(shí)驗(yàn)在時(shí)間上要晚不少，是在1927年了.艾爾薩色在1925年就已經(jīng)在《自然科學(xué)》上面發(fā)表了一篇小文章了.”［3］

約當(dāng)：“是的.”

庫恩：“這很奇怪，為什么幾乎沒人知道艾爾薩色的那篇文章.他沒有因此獲得任何的榮譽(yù)，不知道究竟誰認(rèn)真對待過這篇文章.”

約當(dāng)：“是的，也不對.我們在哥廷根的時(shí)候已經(jīng)被說服了，相信光柵干涉是可能發(fā)生的，并且對于艾爾薩色將要得到的結(jié)論感到激動不已.但是他沒能得出結(jié)論，他在實(shí)驗(yàn)中遇到了一些困難，這導(dǎo)致他沒能得出正確結(jié)論.”［3］

庫恩：“但是，舉個(gè)例子，我記得艾爾薩色自己說過他不是一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)者，于是他請求弗蘭克讓他派一個(gè)助手來幫他看看為什么他得不到正確結(jié)果.但是弗蘭克說，‘他們太忙了’.這聽起來好像弗蘭克壓根就沒有指望這實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒?”［3］

約當(dāng)：“啊.弗蘭克好像的確沒有那么愿意花時(shí)間來參與這項(xiàng)研究.他沒有預(yù)見到這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)具有的巨大價(jià)值.”［3］約當(dāng)?shù)幕貞洷容^準(zhǔn)確，他肯定：

?哥廷根物理學(xué)派通過討論愛因斯坦的文章，了解到德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)；而玻恩得到了德布羅意的論文.

? 愛因斯坦以及德布羅意的論文引起了哥廷根人的注意，但是他們多數(shù)人卻沒在這一方向上做深入研究，因?yàn)榇藭r(shí)玻恩已經(jīng)帶領(lǐng)大家走在建立矩陣力學(xué)正確的道路上.

?只有艾爾薩色把德布羅意的思想與戴維孫-康斯曼實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來，寫了篇文章；在做實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，沒有得到弗蘭克的大力支持.因?yàn)楦ヌm克“沒有預(yù)見到這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)具有的巨大價(jià)值.”

5 艾爾薩色事件可能是怎么回事？

顯然艾爾薩色要做實(shí)驗(yàn)的想法當(dāng)年沒有引起弗蘭克和玻恩的充分重視.這一點(diǎn)約當(dāng)看得比較清楚.玻恩不重視是因?yàn)檫@一時(shí)期，他在建設(shè)矩陣力學(xué)的道路上初見成效，他不可能分心于其他.而弗蘭克不重視則是因?yàn)樵谒磥泶藢?shí)驗(yàn)再做的意義不大.讓這兩個(gè)人回憶四十多年前沒有太重視的事，他們的回憶不夠準(zhǔn)確再合理不過.即使重要的當(dāng)事人艾爾薩色的回憶，也存在明顯的偏差和不確定.如究竟他的小文章何時(shí)寫完，是在找弗蘭克要求做實(shí)驗(yàn)之前，還是實(shí)驗(yàn)失敗后在玻恩的鼓勵下完成？后者更符合情理.再有他說戴維孫到歐洲受薛定諤之影響，之后采取的決定性研究成果.這與戴維孫等一些人的回憶都不一致.因此，我們?nèi)绻心嘤诓尚牌渲心骋粋€(gè)人的回憶，就難以對這一事件達(dá)成全面的較為合理的共識.對以上幾位的回憶做分析、比較以及合理性想象，艾爾薩色事件實(shí)際情況很可能是這樣的：

玻恩與愛因斯坦是好友，因此哥廷根物理圈子關(guān)注和了解愛因斯坦的研究成果.如艾爾薩色就從愛因斯坦一篇論文的注腳的指示下找到了德布羅意的論文，了解到德布羅意的思想.另一方面，愛因斯坦看到重要的研究成果也推薦給玻恩，如德布羅意的物質(zhì)波假設(shè).玻恩與弗蘭克討論過德布羅意物質(zhì)波假設(shè)，因此二人對其有一些了解.

決定性的進(jìn)步是艾爾薩色獨(dú)自把德布羅意物質(zhì)波假設(shè)與戴維孫-康斯曼的實(shí)驗(yàn)照片聯(lián)系了起來，認(rèn)為依據(jù)物質(zhì)波的衍射，應(yīng)該可以解釋照片上的強(qiáng)弱分布.而且更為值得肯定的是艾爾薩色雖然還不具備專業(yè)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，但他意識到了做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)

研究的必要性.當(dāng)艾爾薩色找他的導(dǎo)師弗蘭克，并提出要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證德布羅意物質(zhì)波時(shí)，弗蘭克的第一反應(yīng)是這個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)由戴維孫-康斯曼做過了，只不過他們自己尚未明白其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的意義.艾爾薩色堅(jiān)持要做實(shí)驗(yàn)，弗蘭克也給出了一些大致如何做的有道理的建議.然而年輕的艾爾薩色經(jīng)過一段時(shí)間的努力沒有取得什么實(shí)驗(yàn)進(jìn)展.這使弗蘭克斷定艾爾薩色不是一個(gè)做實(shí)驗(yàn)的人才，因此當(dāng)艾爾薩色表示，希望弗蘭克給他找一個(gè)有實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的合作者時(shí)，弗蘭克不但拒絕了，甚至建議艾爾薩色去找玻恩做理論研究，不要再做實(shí)驗(yàn)研究.艾爾薩色跟玻恩談了他的想法，玻恩鼓勵他從理論分析的角度把想法寫出來.艾爾薩色很快做出，經(jīng)玻恩與弗蘭克建議投稿給《自然科學(xué)》，并順利得以發(fā)表.

如果艾爾薩色的提議及時(shí)能夠得到弗蘭克的認(rèn)可，以弗蘭克的高超實(shí)驗(yàn)技巧，一定會在1926年前即最早得出電子物質(zhì)波通過晶體時(shí)更好的衍射照片.那么就不會有后來戴維孫-革末實(shí)驗(yàn)以及G.湯姆孫的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而他們也不會獲得1937年的諾獎了.而代替他們的獲獎?wù)弋?dāng)中很有可能就有艾爾薩色.現(xiàn)在看來弗蘭克犯了一個(gè)巨大的錯(cuò)誤，正如約當(dāng)所說，弗蘭克沒看到這個(gè)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值與意義.遮住弗蘭克學(xué)術(shù)眼光的不是他缺乏眼力，而是他錯(cuò)誤認(rèn)為在戴維孫-康斯曼實(shí)驗(yàn)之后，再做實(shí)驗(yàn)意義不大.因?yàn)檫@一實(shí)驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證了德布羅意的假設(shè).

6 玻恩推動實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家證實(shí)德布羅意物質(zhì)波

在整個(gè)哥廷根學(xué)派的艾爾薩色事件中，玻恩的積極與消極作用都不大.但是1926年玻恩在英國牛津的一次學(xué)術(shù)會議上，他再次詳細(xì)介紹艾爾薩色的觀點(diǎn)，他的報(bào)告以及引起的與會者的討論，使戴維孫和G.湯姆孫開始明確實(shí)驗(yàn)的真正要點(diǎn).以此為指導(dǎo)，他們很快得到了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.玻恩在這個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)上，推動了德布羅意波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)程.在報(bào)告中玻恩說：“關(guān)于電子按不同轉(zhuǎn)角的分布，理論可以給出一個(gè)普遍公式，它和經(jīng)典理論所期望的結(jié)果有明顯不同.這是艾爾薩色在普遍理論提出以前所首先提出的.他從德布羅意的概念出發(fā)即粒子的運(yùn)動伴隨著波，而這些波的頻率和波長取決于離子的能量和動量.艾爾薩色算出慢電子的波長約為10-8厘米，這正是原子直徑的大小.因此他得出結(jié)論：當(dāng)電子與原子碰撞時(shí)，應(yīng)當(dāng)引起德布羅意波的衍射，就像光被微小粒子散射的情形一樣.因此，波強(qiáng)在不同方向上的漲落應(yīng)當(dāng)表示偏轉(zhuǎn)電子分布的不規(guī)則性.戴維孫和康斯曼的實(shí)驗(yàn)證明了這個(gè)效應(yīng)……”［4］

德布羅意1924年提出物質(zhì)波概念，但事實(shí)上美國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家戴維孫和助手康斯曼1924年前用電子束轟擊鎳靶時(shí)已經(jīng)看到了電子的衍射現(xiàn)象.然而他們當(dāng)時(shí)不可能做出正確解釋.1926年8月10日戴維孫到英國參加在牛津召開的一次學(xué)術(shù)會議，他來英國的目的之一是希望得到自己的妻兄---物理學(xué)家理查森的幫助，對于自己的實(shí)驗(yàn)研究給些建議.沒想到此行他有更大的收獲.R.K.Gehrenbeck對此有如下描述：“在玻恩的報(bào)告中他聽到玻恩引用了他自己與康斯曼 1923年得到的（鉑靶）實(shí)驗(yàn)曲線，說證實(shí)了德布羅意的電子波.想象一下這令他多么驚訝.”［5］一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家不知道得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果究竟意味著什么，正在頭痛、苦惱的時(shí)候，聽到有人在報(bào)告中引用自己的實(shí)驗(yàn)成果，而且明確指出了其意義，那的確令人吃驚、興奮：“會議之后，戴維孫與理查森找到玻恩和其他一些著名的物理學(xué)家，讓他們看新近得到的單晶曲線，并且進(jìn)行了熱烈的討論.戴維孫回到紐約后，……他們已經(jīng)完全由‘不自覺’的狀態(tài)轉(zhuǎn)到‘自覺’地尋找電子波的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中來了.”［6］他們的新實(shí)驗(yàn)開始于 1926年 12月，2、3個(gè)月后，他們就取得了一系列成果，都發(fā)表于1927年12月《物理評論》.

物理學(xué)家G.湯姆孫也參加了1926年8月在牛津召開的那次學(xué)術(shù)會議.他后來回憶說：“1926年8月，英國科學(xué)促進(jìn)會對這個(gè)問題的討論，使我想到這種波會產(chǎn)生衍射.”［6］會后他立即投入于獲得電子衍射證據(jù)的實(shí)驗(yàn)研究.他所用的電子是高能電子，因此可以避免戴維孫只讓電子通過單晶體的局限.另外湯姆孫巧妙地證明了衍射圖樣是由于電子的衍射，而與X射線無關(guān).湯姆孫得到成果時(shí)間稍晚于戴維孫，但是其論文較早發(fā)表于1927年6月的 Nature期刊.戴維孫和湯姆孫分享了 1937年諾貝爾物理獎.

結(jié)局.艾爾薩色事件后，艾爾薩色成為玻恩門下的一位博士，畢業(yè)后他逐漸成為了一位物理學(xué)家，被稱為現(xiàn)代地磁場理論---發(fā)電機(jī)理論（Dynamo theory）之父，該理論解釋了地磁場產(chǎn)生的原因.艾爾薩色對理論生物學(xué)（Theoretical biology）有重要影響.1987年他獲得了由美國總統(tǒng)頒發(fā)的（美國）國家科學(xué)獎?wù)拢╰he National medal of Science）.

［1］ Thomas S.Kuhn，John L.Heilbron，Paul Forman，Lini Allen.Archives for the History of Quantum Physics.Philadelphia：The American Philosophical Society Independence Square，1967，E1，Reel 2.

［2］ Thomas S.Kuhn，John L.Heilbron，Paul Forman，Lini Allen.Archives for the History of Quantum Physics.Philadelphia：Th American Philosophical Society Independence Square，1967，E1 Reel 1.

［3］ Thomas S.Kuhn，John L.Heilbron，Paul Forman，Lini Allen.Archives for the History of Quantum Physics.Philadelphia：The American Philosophical Society Independence Square，1967，E1 Reel 3.

［4］ Max Born.Physics in My Generation［M］.London＆New York：Pergamon press，1956：12.

［5］ Gehrenbeck R K.Electron diffraction：fifty years ago［M］.Physics today，1978（1）：37.

［6］ 郭奕玲、沙振舜.著名物理實(shí)驗(yàn)及其在物理學(xué)發(fā)展中的作用［M］.濟(jì)南：山東教育出版社，1985，187-188.

注：文獻(xiàn)［1］、［2］、［3］是收藏于倫敦科學(xué)博物館圖書館的一套微型膠卷.

《物理學(xué)導(dǎo)論》推薦

《物理學(xué)導(dǎo)論》是萬人名師、吉林大學(xué)張漢壯教授在多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為滿足物理學(xué)類專業(yè)學(xué)生了解物理基本知識領(lǐng)域的需要，在參考國內(nèi)外多部優(yōu)秀教材，廣泛聽取專家意見的基礎(chǔ)上編寫而成的.

教材中以基本知識的邏輯性、歷史性、實(shí)用性的有機(jī)結(jié)合為主線.每章首先以導(dǎo)圖的形式介紹該領(lǐng)域的知識邏輯體系，然后以高度濃縮的語言概括本章知識體系構(gòu)建的歷史進(jìn)程，并輔以相關(guān)科學(xué)家的傳記，最后給出了物理學(xué)相關(guān)原理解釋日常生活中常見現(xiàn)象的實(shí)例，展示了物理學(xué)與人類生活和科技進(jìn)步的密切關(guān)系.

（高等教育出版社繆可可，忻蓓）

Max Born and experimental proofs on de Broglie wave

HOU Yu-de
（The Institute for the History of Science and Technology of Shanxi University，Taiyuan，Shanxi，030006，China）

The research works of the theoretical physicists and experimental physicists are not synchronous and not seamless.In 1920s，before the hypothesis of de Broglie wave，Davisson and Kunsman had done the diffraction experiment of electron.Franck was one of the people who first knew the meaning of the experiment.Elsasser，one of Franck’s students，grasped it himself，and he wanted to do further experiment research，but did not get any result.He seeked help from Franck，but also failed.Elsasser published a note paper，presented that we could got the pictures of electrons diffraction when electrons go through crystals.Two years later，Born in a report in Oxford mentioned the paper of Elsasser again.Born’s words attracted the attention of Davisson and G.Thomson.Quickly they got good result and won the Nobel Price in 1937.Franck did not value the idea of Elsasser and made him lost a good chance to be one of the Nobel Price winners.

W.Elsasser；de Broglie wave；James Franck；Max Born

O 4-09

A

1000-0712（2016）11-0057-05

2016-02-26；

2016-07-03

本文為國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（11375050）資助

厚宇德（1963-），黑龍江明水人，科學(xué)技術(shù)史博士，山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)史教授、博導(dǎo)，中國科學(xué)技術(shù)史學(xué)會理事、中國工程史學(xué)會理事，主要研究方向?yàn)槲锢韺W(xué)史與物理文化.