從古至今，物理學家們最愛幹的一件事就是搞個統一理論，然後告訴大家說兩個表面上看似完全不同的東西其實本質上都一樣。哥白尼日心說告訴你：地球和天上的那些天體沒有本質的區別，天和地其實是一回事。牛頓的萬有重力定律告訴你：不但太陽和地球之間有重力，世上任何有質素的物體之間也都有重力。麥克斯韋電磁理論告訴你：光其實就是電磁波。愛因斯坦的質能方程式告訴你：質素和能量竟然可以相互轉換，他倆本質上其實也是一回事。愛因斯坦的廣義相對論還告訴你，世上壓根就沒有什麽重力，有的只是時空的彎曲。
直到今天，物理學家們仍在致力於尋找一個大統一理論，一個能從微觀到宏觀解釋世間萬物的終極理論。而我們今天要說的這個理論，它的腦洞之大絕對不輸前面任何一個理論。它的核心思想是萬物皆為波。
20世紀初，人們在光到底是粒子還是波的這個問題上爭執不休。一方面，波動派有著強大的麥克斯韋電磁理論作為靠山，並且雙縫幹涉現象和帕松亮斑的存在都依然是不爭的事實。我們根據光的波長、雙縫間距以及雙縫到螢幕的距離，就可以精確計算出幹涉條紋的明暗分布。理論計算和實驗現象絲毫不差，所以光不可能不是波。另一方面，粒子派則擁有著更加先進的武器——光電效應和康普頓散射。根據光子的發射角度、光子的能量以及電子的動量，就完全可以精確計算出光子再撞上電子後的散射角度和能量。實驗結果完美符合動量守恒定律，所以光也不可能不是粒子。
雙方戰局陷入僵持，光到底是粒子還是波？當人們還在糾結這個問題時，一個來自法國的年輕人提出了一個大膽的想法：既然光可以是粒子，那為什麽電子就不能是波呢？
路易·德布羅意出生於一個法國貴族家庭，是第五公爵維克多的兒子。他的祖父曾擔任過法國總理和外交部長，家世甚是顯赫。因為家族一直是搞外交的，所以德布羅意本科期間其實學的是歷史。畢業後如果混得不好，大不了就回家繼承家業。但關鍵是德布羅意還有一個射線物理學家身份的哥哥。他哥曾經擔任過索爾維會議的學術秘書和編輯，還將會議上獲得的全部文獻都帶回了家。
在哥哥的影響下，德布羅意開始瘋狂地愛上了物理。於是在拿到歷史的本科學位後，他又轉入巴黎大學理學院開始學物理，並計劃著先拿一個理論物理的博士學位再說。現在的物理系博士生很難了解到所有前沿的物理學進展，因為要學的東西實在是太多了。而德布羅意當時則要幸運很多，他在讀博期間先後學完了相對論以及光量子學說。再加上他的哥哥還有個私人的物理實驗室，於是他又親手參與了光電效應的實驗，知道了怪異的玻爾原子模型。玻爾強硬地規定了電子的軌域是不連續的，但沒解釋這些軌域是怎麽來的。就在讀博期間，一個大膽的想法逐漸在德布羅意腦海裏成型：電子之所以這麽怪異，可能是因為電子也有波的一面。
1924年，德布羅意將自己的研究整理為博士畢業論文。這篇論文並不像網傳的只有一頁，事實上，它具有標準的畢業論文的規格。而且，其技術含量要比大多數人想象的要多得多。但這篇論文只說了一個思想：所有實物粒子都具有波動性。同時還給出了一個公式來計算這個波的波長。
公式中 h 是普朗克常數，p 是物體的動量。這個公式自動包含了光子。我們知道，愛因斯坦在狹義相對論中說過，E=mc^2 。公式中的這個 m 其實是一個物體等效的動質素。對於光子來說，它的動量就是光子的動質素乘以光速，於是就有E=pc 。結合德布羅意的物質波公式就可以得到E=hc/ 。再考慮到波長乘以頻率等於光速c ，得到的結果正好是E=hf，而這就是愛因斯坦在光電效應中給出的光子能量公式。德布羅意將這個統一的物質波稱為相波。後人為了紀念他，也稱其為德布羅意波。
但是當時博士論文評審委員會的老師們覺得這個想法並不是很靠譜，但考慮到論文中關於相波公式推導的嚴密性，以及整個理論的邏輯自洽性，並且這個公式看起來帶著一種像質能方程式那樣的優美與簡潔，於是又不敢輕易否定。事實上，當時整個巴黎大學都由於不知道如何評價德布羅意的這篇論文而處境尷尬。
這時候就需要找個稍微靠譜點的人來給點建議。於是德布羅意的博士生導師朗之萬將這篇論文寄給了他的好朋友，也是量子論的奠基人之一愛因斯坦，來讓老愛把把關。愛因斯坦看到論文後的反應出乎眾人的意料，他在給朗之萬的回信中寫道：「德布羅意可能揭開了大幕的一角。」於是評委會立馬透過了德布羅意的論文。
但在論文答辯的現場，評委們還是問出了一個關鍵問題：「既然你說電子也可以是波，那你能做個實驗來證明它嗎？」我們知道雙縫幹涉實驗要求縫的尺寸必須和波長差不多，而電子因為擁有靜質素，因此它計算出來的波長比一般的光子要大得多，大約是在原子直徑的量級。當時的實驗技術條件根本不可能做出如此精細的雙縫，但是德布羅意似乎是有備而來。面對評委們的疑問，德布羅意當即回應道：「我預言電子在透過某些晶體的時候或許會像X光那樣產生一個可觀測的繞射現象。」評委們聽著這個方法好像還挺靠譜，於是德布羅意最終順利地透過了答辯。
結果就在三年後，居然還真的有人把這個實驗給做成了。1927年，貝爾實驗室的物理學家戴維森在將電子射向鎳晶體時，獲得了電子的繞射影像。根據鎳原子之間的距離和電子的物質波公式，計算出來的繞射結果和實驗現象絲毫不差。於是在1929年，年輕的德布羅意成為了史上第一個憑借這一篇畢業論文就拿到了諾貝爾物理學獎的人。而幫助德布羅意證明了電子也是波的幾個實驗物理學家也因此拿到了1937年的諾貝爾獎。
值得一提的是，其中一個獲獎的物理學家叫做喬治·湯姆生。沒錯，他就是之前那個發現電子的約瑟夫·湯姆生的兒子。這父子倆一個因為證明電子是粒子，一個因為證明電子是波，都拿到了諾貝爾獎。
與其糾結於我們到底是粒子還是波，不如先弄清楚這個物質波到底是種什麽波。是像聲波和水波那樣的波嗎？顯然不是。聲波和水波都是機械波，機械波的本質是介質的震動。你能聽到聲音只是因為空氣的機械震動引起了耳朵內的鼓膜震動，而不是有什麽粒子進入耳朵裏。
回想德布羅伊波的出發點是那個既有粒子性也有波動性的光，你可能會說，這不就是光的波粒二象性嗎？事實上，波粒二象性也只是一個不負責任的臨時性的詞。就像是五彩斑斕的黑，方方正正的圓一樣，語法上就存在著錯誤。它除了帶來一種文字感官上的沖突外，對於我們更好的理解物質波並沒有太大的幫助。所以這並不是一個根本性的解釋。
根本性的解釋是，物質波其實是一種概率波。概率波代表著一個物體在被觀測前是以一種概率的形式彌散在空間中。德布羅伊的這個物質波並不局限於微觀粒子，任何物體都具有波動性，包括螢幕前的你。因為你的概率波彌散在整個空間中，理論上來講，只要你的波函數不塌縮，下一秒你就有可能出現在任何地方。
即使是出現在火星的概率，理論上也不完全為零，但因為普朗克常數是個非常小的數值，計算出來的你的波長幾乎接近於零，所以你具有的波動性小到可以忽略不計。你可能會說，我只要靜止不動，那我的波長就很長，應該就有波動性了吧？也不行。這是因為就算你的身體表面能做到絕對的一動不動，你身體內的血液依然在流動，心臟在跳動，甚至只要你身體裏的某一個細胞動了一下，它所帶來的整體動量也是非常龐大的。從此量子力學的世界裏只講概率。
但是德布羅伊只是簡單的給出了這個概率波的波長是多少，但他並沒有告訴你出現在火星上的概率具體應該怎麽算。 薛定諤在德布羅伊波的基礎上找到了一個單粒子的非相對論性的波動方程式。他精確描述了一個單粒子在空間中的概率分布。什麽雙縫幹涉、單縫繞射，能階躍遷都可以用薛定諤的這個波函數精確計算出來。再後來，狄拉克透過結合相對論與量子論，找到了相對論性的單粒子波動方程式。然後在此基礎上又進一步發展出了量子場論，這是一個專門用來描述多粒子相互作用的理論。
所以接下來的量子力學發展主線概括成一句話就是：為德布羅意波尋找一個波動方程式。
說回德布羅意本人，網絡上有很多關於德布羅意的小道傳聞，說他只是個紈絝子弟，是靠關系才能僥幸畢業，憑運氣才拿到的諾貝爾獎，並且拿完之後就沒啥貢獻了。事實上，德布羅意自始至終都對物理科學充滿著極高的熱情。他雖出身貴族，卻生活簡樸。他賣掉了世襲的豪宅，居住於平民小屋。他終身未婚，卻只為更好的鉆研科學。年少成名之後，德布羅意便開始了教學工作。1932年，擔任巴黎大學的理學院理論物理系主任，並在他感興趣的領域出版了超過25本著作。1933年當選為法國科學院院士，1952年被聯合國科教文組織授予首屆卡林嘉獎。1956年，因為他在前沿物理學知識的科普中所作出的貢獻，法國國家科學研究中心為他頒發了金質獎章。1987年，德布羅意安詳去世，享年95歲。他和普朗克、愛因斯坦一樣，至死都拒絕接受量子力學的主流解釋。
