事有凑巧,就在爱因斯坦这话刚说过不久,和法国隔洋相望的美国出了一件事。在纽约的贝尔电话实验室里有一个研究人员叫戴维逊,长期以来他和助手革末在做电子轰击金属的实验。这天二人正聚精会神地观察,忽然一声巨响,一只盛放液态空气的瓶子倒地炸裂。这下可糟了,实验用的金属靶子是置于真空条件下的,现在液态空气立即气化,弥漫全室,钻进了真空系统,那块当靶子的钝锌板立即就被氧化。他们只好自认倒霉,连夜加班,将这块锌板换下来又是加热,又是洗刷,费力地将锌板表面的氧化膜去乾净,再装回真空容器里。
第二天,戴维逊和革末又来到实验室,他们将仪器安置好后又开始了那个不知重复了多少次的实验。戴维逊板动开关将电流直向锌板射去,一边喊革末调整一下锌靶的角度。革未将锌靶轻轻转了一个角度,戴维逊却吃惊地喊道:“见鬼,今天怎么连电子也学会与我绕弯子!——革末,再将锌靶转个角度。”
“先生,您发现了什么?”革末一边转动锌靶,一边问道。
“您自己来看,莫非是我的眼睛出了毛病?”戴维逊说着和革末换了个位置。
“哎呀,电子束怎么不稳定了呢?”
各位读者,你道他们发现了什么?原来随着锌板的取向变化,电子束的强度也在变化,这种现象很像一束波绕过障碍物时发生的衍射那样,但是电子明明是粒子啊,它怎么能有波的性质呢?戴维逊师徒两人又将这个实验重复了多遍,仍然如此,他们一下跌入闷葫芦里。要说电子也是波,这简直就好像说人头上长角一样不可思议。他们就这样百思不得其解,在闷葫芦里一直闷了两年。
两年后的夏天,戴维逊访问英国,遇到著名的物理学家玻恩。两人刚坐好,戴维逊就迫不及待,将那个在肚子里憋了两年的问题提了出来。玻恩不听犹可,一听戴维逊如此这般地描述,便喜不自禁,也不顾是与客人初次见面,突然在对方肩上拍了一把,大声说道:“朋友,您已经撞开了上帝的大门。”
“难道电子真的也是一种波吗?”
“是的,光有波粒二象性,一切物质微粒也有波粒二象性,电子也不例外。这正是欧洲大陆上近年来最新的理论。可惜这个假设还从没有人来验证,想不到证据却操在你的手里。”
“看来我们美国与这里远隔重洋,真是消息闭塞。我要是早一点来访问,何至于苦闷两年呢?快请您告诉我是谁提出了这个伟大的假设?”
“就是那个法国人德布罗意,这个人本是学文科的,半路出家投身物理。但也正因此他没有我们同行中惯有的旧框子,所以倒捷足先登。他不但提出假设,还推出公式,能具体地求出粒子的波长呢。他的论文发表在法国科学院会议周报上和英国的《哲学杂志》上,您可以仔细研究一下。”
这两个科学家越谈越有劲,而戴维逊心里已在悄悄地说:只今天这一席谈话我就不虚此行了。拜会过玻恩之后戴维逊已无心再到哪里转了,便草草结束了这次访问。他回到美国后,重做了两年前的实验,果然与德布罗意的预言和计算完全一致。原来两年前的那次液态气瓶爆裂帮了他的大忙。他和革末对锌板加热、洗刷后,锌板就变成了单晶体,而任何一种波经过晶体,都会生成强度周期性的变化现象。他们真是因祸得福。同时还有另一名英国物理学家小汤姆生,则从另一条途径获得一张电子衍射的照片。德布罗意理论从此得到了有力的证实。德氏因此获得1929年的诺贝尔物理学奖金,而戴维逊和小汤姆生则共同分享了1937年的诺贝尔物理学奖金。读者或许要问:这个小汤姆生与我们前面提到的老汤姆生是何关系?原来他们正是一父一子,老子发现了电子,儿子又证实了电子是波,父子二人在物理学方面做着接力研究,一时在科学史上传为美谈。
各位读者,容作者在这里插几句闲话。德布罗意和戴维逊等人证明电子是波,好像实在抽象,我们这里只举一个例子就可知这个理论的威力。我们平常所以能看到东西是靠光,那是平常的光作用于物体,再反射到我们眼里。光学显微镜所能显示的物体微小细部的能力,因所使用的光的波长小到什么程度而定。因此,放大能力最强的显微镜便使用紫外光。这好比我们撬一块大石头,要用一根粗木棍,而剔牙时却只能用一根细牙签了。好了,现在证明电子和光一样也是波,而且它的波长比紫外光要小几千倍,何不用来代替光显示物体呢?果然,人们把电子束集中在一个焦点上,射过物体,便在萤光屏上得到一个放大的图像。1932年世界上发明第一架电子显微镜。1938年美国人制成了一架能放大三万倍的电子显微镜,而当时最大的光学显微镜也只能放大2500倍,现在人们使用的电子显微镜已经能放大到二十万倍以上。