玻爾 - 個(gè)人簡(jiǎn)介
玻爾(1885-1962),全名:尼爾斯·亨瑞克·戴維·玻爾(Niels Henrik David Bohr)
丹麥人,是原子物理學(xué)的奠基人。他在研究量子運(yùn)動(dòng)時(shí),提出了一整套新觀點(diǎn),建立了原子的量子論,首次打開(kāi)了人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的大門(mén),為近代物理研究開(kāi)辟了道路。近代物理學(xué)大廈的基礎(chǔ)-量子力學(xué),是以玻爾為領(lǐng)袖的一代杰出物理學(xué)家集體才華的結(jié)晶。1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。他是一位卓越的科學(xué)研究工作的領(lǐng)導(dǎo)和組織者,1921年創(chuàng)建了哥本哈根理論物理研究所,并逐漸在物理學(xué)界形成了舉世聞名的“哥本哈根學(xué)派”。玻爾還是一位杰出的人道主義者和社會(huì)活動(dòng)家,當(dāng)法西斯注意在歐洲橫行的時(shí)候,他曾幫助一大批德國(guó)和意大利學(xué)者免遭迫害。第二次世界大戰(zhàn)中,為了反對(duì)法西斯,他參加研制原子彈。戰(zhàn)后,他又是呼吁和平利用原子能的知名人士。
玻爾 - 科學(xué)成就
玻爾從1905年開(kāi)始他的科學(xué)生涯,一生從事科學(xué)研究,整整達(dá)57年之久。他的研究工作開(kāi)始于原子結(jié)構(gòu)未知的年代,結(jié)束于原子科學(xué)已趨成熟,原子核物理已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的時(shí)代。他對(duì)原子科學(xué)的貢獻(xiàn)使他無(wú)疑地成了20世紀(jì)上半葉與愛(ài)因斯坦并駕齊驅(qū)的、最偉大的物理學(xué)家之一。
1.原子結(jié)構(gòu)理論
在1913年發(fā)表的長(zhǎng)篇論文《論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造》中創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)理論,為20世紀(jì)原子物理學(xué)開(kāi)辟了道路。
1914年玻爾再一次修改盧瑟福的原子模型。這是原子模型的又一次發(fā)展。他所提的原子模型,至今還在使用。
當(dāng)時(shí)已經(jīng)知道,當(dāng)原子受熱時(shí)會(huì)發(fā)射出一些能量固定的輻射(光譜)。但沒(méi)一個(gè)人能解析這種現(xiàn)象。玻爾修改盧瑟福的原子模型去解析它。玻爾所提的原子模型要點(diǎn)如下:
(1).原子核位于原子的中心。(2)電子繞原子核不停地做軌道運(yùn)動(dòng)。這是穩(wěn)定態(tài),原子不會(huì)輻射出能量(但具有一定能量)。(3)當(dāng)一個(gè)電子從某一軌道(狀態(tài))轉(zhuǎn)移到另一軌道(狀態(tài))時(shí),這個(gè)電子就會(huì)損失或獲得能量(吸收或輻射)(4)原子光譜的每一根譜線都與某一電子從某一狀態(tài)移到另一狀態(tài)有關(guān)。根據(jù)玻爾的原子模型就可以解析原子受熱時(shí)所發(fā)射的光譜現(xiàn)象。這就是玻爾的原子模型。
2.創(chuàng)建著名的“哥本哈根學(xué)派”
1921年,在玻爾的倡議下成立了哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所。玻爾領(lǐng)導(dǎo)這一研究所先后達(dá)40年之久。這一研究所培養(yǎng)了大量的杰出物理學(xué)家,在量子力學(xué)的興起時(shí)期曾經(jīng)成為全世界最重要、最活躍的學(xué)術(shù)中心,而且至今仍有很高的國(guó)際地位。
3.創(chuàng)立互補(bǔ)原理
1928年玻爾首次提出了互補(bǔ)性觀點(diǎn),試圖回答當(dāng)時(shí)關(guān)于物理學(xué)研究和一些哲學(xué)問(wèn)題。其基本思想是,任何事物都有許多不同的側(cè)面,對(duì)于同一研究對(duì)象,一方面承認(rèn)了它的一些側(cè)面就不得不放棄其另一些側(cè)面,在這種意義上它們是“互斥”的;另一方面,那些另一些側(cè)面卻又不可完全廢除的,因?yàn)樵谶m當(dāng)?shù)臈l件下,人們還必須用到它們,在這種意義上說(shuō)二者又是“互補(bǔ)”的。
按照玻爾的看法,追究既互斥又互補(bǔ)的兩個(gè)方面中哪一個(gè)更“根本”,是毫無(wú)意義的;人們只有而且必須把所有的方面連同有關(guān)的條件全都考慮在內(nèi),才能而且必能(或者說(shuō)“就自是”)得到事物的完備描述。
玻爾認(rèn)為他的互補(bǔ)原理是一條無(wú)限廣闊的哲學(xué)原理。在他看來(lái),為了容納和排比“我們的經(jīng)驗(yàn)”,因果性概念已經(jīng)不敷應(yīng)用了,必須用互補(bǔ)性概念這一“更加寬廣的思維構(gòu)架”來(lái)代替它。因此他說(shuō),互補(bǔ)性是因果性的“合理推廣”。尤其是在他的晚年,他用這種觀點(diǎn)論述了物理科學(xué)、生物科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和哲學(xué)中的無(wú)數(shù)問(wèn)題,對(duì)西方學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了相當(dāng)重要的影響。
玻爾的互補(bǔ)哲學(xué)受到了許許多多有影響的學(xué)者們的擁護(hù),但也受到另一些同樣有影響的學(xué)者們的反對(duì)。圍繞著這樣一些問(wèn)題,爆發(fā)了歷史上很少有先例的學(xué)術(shù)大論戰(zhàn),這場(chǎng)論戰(zhàn)已經(jīng)進(jìn)行了好幾十年,至今并無(wú)最后的結(jié)論,而且看來(lái)離結(jié)束還很遙遠(yuǎn)。
4.在原子核物理方面的成就
作為盧瑟福的學(xué)生,玻爾除了研究原子物理學(xué)和有關(guān)量子力學(xué)的哲學(xué)問(wèn)題以外,對(duì)原子核問(wèn)題也是一直很關(guān)心的。從20世紀(jì)30年代開(kāi)始,他的研究所花在原子核物理學(xué)方面的力量更大了。他在30年代中期提出了核的液滴模型,認(rèn)為核中的粒子有點(diǎn)像液滴中的分子,它們的能量服從某種統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律,粒子在“表面”附近的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致“表面張力”的出現(xiàn),如此等等。這種模型能夠解釋某些實(shí)驗(yàn)事實(shí),是歷史上第一種相對(duì)正確的核模型。在這樣的基礎(chǔ)上,他又于1936年提出了復(fù)合核的概念,認(rèn)為低能中子在進(jìn)入原子核內(nèi)以后將和許多核子發(fā)生相互作用而使它們被激發(fā),結(jié)果就導(dǎo)致核的蛻變。這種頗為簡(jiǎn)單的關(guān)于核反應(yīng)機(jī)制的圖像至今也還有它的用處。
當(dāng)L.邁特納和O.R.弗里施根據(jù)O.哈恩等人的實(shí)驗(yàn)提出了重核裂變的想法時(shí),玻爾等人立即理解了這種想法并對(duì)裂變過(guò)程進(jìn)行了更詳細(xì)的研究,玻爾并且預(yù)言了由慢中子引起裂變的是鈾-235而不是鈾-238。他和J.A.惠勒于1939年在《物理評(píng)論》上發(fā)表的論文,被認(rèn)為是這一期間核物理學(xué)方面的重要成就。眾所周知,這方面的研究導(dǎo)致了核能的大規(guī)模釋放。
玻爾 - 趣聞?shì)W事
1.“不怕承認(rèn)自己是傻瓜”
愛(ài)因斯坦與玻爾圍繞關(guān)于量子力學(xué)理論基礎(chǔ)的解釋問(wèn)題,開(kāi)展了長(zhǎng)期而劇烈的爭(zhēng)論,但他們始終是一對(duì)相互尊敬的好朋友。玻爾高度評(píng)價(jià)這種爭(zhēng)論,認(rèn)為它是自己“許多新思想產(chǎn)生的源泉”,而愛(ài)因斯坦則高度稱(chēng)贊玻爾:
“作為一位科學(xué)思想家,玻爾所以有這么驚人的吸引力,在于他具有大膽和謹(jǐn)慎這兩種品質(zhì)的難得融合;很少有誰(shuí)對(duì)隱秘的事物具有這一種直覺(jué)的理解力,同時(shí)又兼有這樣強(qiáng)有力的批判能力。他不但具有關(guān)于細(xì)節(jié)的全部知識(shí),而且還始終堅(jiān)定地注視著基本原理。他無(wú)疑是我們時(shí)代科學(xué)領(lǐng)域中最偉大的發(fā)現(xiàn)者之一。”
2.玻爾與愛(ài)因斯坦真摯的諍友
玻爾和愛(ài)因斯坦是在1920年相識(shí)的。那一年,年輕的玻爾第一次到柏林講學(xué),和愛(ài)因斯坦結(jié)下了長(zhǎng)達(dá)35年的友誼。但也就是在他們初次見(jiàn)面之后,兩人即在認(rèn)識(shí)上發(fā)生分岐,隨之展開(kāi)了終身論戰(zhàn)。他們只要見(jiàn)面,就會(huì)唇槍舌劍,辯論不已。1946年,玻爾為紀(jì)念?lèi)?ài)因斯坦70壽辰文集撰寫(xiě)文章。當(dāng)文集出版時(shí),愛(ài)因斯坦則在文集末尾撰寫(xiě)了長(zhǎng)篇《答詞》,尖銳反駁玻爾等人的觀點(diǎn)。他們的論戰(zhàn)長(zhǎng)達(dá)30年之久,直至愛(ài)因斯坦去世。但是,長(zhǎng)期論戰(zhàn)絲毫不影響他們深厚的情誼,他們一直互相關(guān)心,互相尊重。愛(ài)因斯坦本來(lái)早該獲得諾貝爾獎(jiǎng),但由于當(dāng)時(shí)有不少人對(duì)相對(duì)論持有偏見(jiàn),直到1922年秋才回避相對(duì)論的爭(zhēng)論,授予他上年度諾貝爾物理獎(jiǎng),并決定把本年度的諾貝爾物理獎(jiǎng)授予玻爾。這兩項(xiàng)決定破例同時(shí)發(fā)表。愛(ài)因斯坦當(dāng)時(shí)正赴日本,在途經(jīng)上海時(shí)接到了授獎(jiǎng)通知。而玻爾對(duì)愛(ài)因斯坦長(zhǎng)期未能獲得諾貝爾獎(jiǎng)深感不安,怕自己在愛(ài)因斯坦之前獲獎(jiǎng)。因此,當(dāng)玻爾得知這一消息后非常高興。立即寫(xiě)信給旅途中的愛(ài)因斯坦。玻爾非常謙虛,他在信中表示,自己之所以能取得一些成績(jī),是因?yàn)閻?ài)因斯坦作出了奠基性的貢獻(xiàn)。因此,愛(ài)因斯坦能在他之前獲得諾貝爾獎(jiǎng),他覺(jué)得這是“莫大的幸!薄(ài)因斯坦在接到玻爾的信后,當(dāng)即回了信。信中說(shuō):“我在日本啟程之前不久收到了您熱情的來(lái)信。我可以毫不夸張地說(shuō),它象諾貝爾獎(jiǎng)一樣,使我感到快樂(lè)。您擔(dān)心在我之前獲得這項(xiàng)獎(jiǎng)金。您的這種擔(dān)心我覺(jué)得特別可愛(ài)——它顯示了玻爾的本色!
3.玻爾喜歡不怕他的費(fèi)曼
當(dāng)費(fèi)曼還在美國(guó)LosAlamos實(shí)驗(yàn)室工作時(shí),職位很低。第二次世界大戰(zhàn)期間,這個(gè)實(shí)驗(yàn)室研究設(shè)計(jì)并制造了原子彈,所以有不少重要的物理學(xué)家都來(lái)過(guò)這里。一天,玻爾與他的兒子小玻爾(當(dāng)時(shí)他們的名字分別叫尼古拉·貝克和吉姆·貝克)也來(lái)了。即使是對(duì)于該實(shí)驗(yàn)室的大頭頭們,玻爾也是個(gè)神,每個(gè)人都想一睹玻爾的風(fēng)采。與玻爾聚會(huì)討論的會(huì)議開(kāi)始了,人到了很多,費(fèi)曼坐在一個(gè)角落里,只能從前面二個(gè)人的腦袋之間看到玻爾,……
舉行下一次會(huì)議的那天早晨,費(fèi)曼接到一個(gè)電話,
“喂,是費(fèi)曼么?”
“是的。”——
“我是吉姆·貝克,我父親與我想找你談?wù)。?br> “我嗎?我是費(fèi)曼,我只是個(gè)(小伙計(jì))……”
“是找你,8點(diǎn)鐘見(jiàn)面行嗎?”
到了8點(diǎn),費(fèi)曼與玻爾父子在辦公室相見(jiàn)。玻爾說(shuō):“我們一直在想怎樣能使炸彈更有威力,想法是這樣的……”
費(fèi)曼說(shuō):“不行,這個(gè)想法不行,不有效……”
“那么換一個(gè)辦法如何呢?”
“那要好一些,但這里也有愚蠢之處!
他們討論了約二個(gè)小時(shí),對(duì)于各種想法反復(fù)推敲著、爭(zhēng)論著。玻爾不斷地點(diǎn)燃著煙斗,因?yàn)樗鲜菧绲簟?br>最后玻爾邊點(diǎn)燃煙斗邊說(shuō):“我想現(xiàn)在我們應(yīng)該把大頭頭們叫來(lái)討論了!
小玻爾后來(lái)對(duì)費(fèi)曼解釋?zhuān)弦淮伍_(kāi)會(huì)時(shí),他父親對(duì)他說(shuō):“記住那個(gè)坐在后面的小伙子的名字了么?他是這里唯一不怕我的人,只有他才會(huì)指出我的想法是否瘋了。所以下次我們討論想法時(shí),將不與那些只會(huì)說(shuō)‘是的,玻爾先生,這一切都行得通’的人討論。把那個(gè)小家伙叫來(lái),我們先跟他討論!
費(fèi)曼于是恍然大悟,為什么玻爾單打電話叫他。
4.玻爾與物理考試
關(guān)于一個(gè)天才拒絕直線式思維方式的搞笑故事。
幾十年前丹麥哥本哈根大學(xué)出了一道物理考試題,這個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題是:“描述如何用氣壓計(jì)確定摩天大樓的高度”。
一位學(xué)生回答道:“你拴一根長(zhǎng)繩到氣壓計(jì)的頸部,然后,把氣壓計(jì)從摩天樓的樓頂上往下放,直到接觸地面。繩子的長(zhǎng)度加上氣壓計(jì)的長(zhǎng)度,就等于該摩天大樓的高度!
這個(gè)高度原創(chuàng)的答案激怒了主考官,結(jié)果該學(xué)生考試不及格。
該學(xué)生后來(lái)向校方上訴,理由是他的答案無(wú)可爭(zhēng)議是正確的,于是學(xué)校任命了一個(gè)獨(dú)立仲裁員來(lái)調(diào)查的這件事。
仲裁認(rèn)為答案確實(shí)是正確的,但沒(méi)有體現(xiàn)出任何明顯的物理學(xué)知識(shí)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,有關(guān)方面決定找到該學(xué)生,并讓他六分鐘內(nèi)提供一個(gè)口頭答復(fù),要求至少體現(xiàn)出最低限度對(duì)物理學(xué)基本原理的熟悉程度。
五分鐘過(guò)去了,學(xué)生坐著,一言不發(fā),皺著前額沉浸在思考中。仲裁員提醒他說(shuō),時(shí)間不多了,而學(xué)生回答他想到過(guò)過(guò)幾個(gè)非常相關(guān)的答案,但并不能確定用哪一個(gè)。
在催促下,學(xué)生回答如下: “首先,你可以把氣壓計(jì)帶到摩天大樓的屋頂,沿著屋沿往下扔,并記下到達(dá)地面所花費(fèi)的時(shí)間。樓的高度可以通過(guò)公式H = 0.5g t2得出。但氣壓計(jì)只好報(bào)廢了!薄盎蛘,如果天氣晴朗,你可以測(cè)量氣壓計(jì)的高度,然后把它立于地面,再測(cè)量它的影子的長(zhǎng)度。然后測(cè)量摩天大樓影子的長(zhǎng)度,之后就很簡(jiǎn)單了,按比例計(jì)算出摩天大樓的高度就可以了!薄暗绻阆胍叨瓤茖W(xué)性的話,你可以拴一根短繩到氣壓計(jì)上,讓它像一個(gè)鐘擺一樣搖擺,首先在地面搖擺,然后在摩天大樓的屋頂上搖擺。高度可以從重力回復(fù)力T = 2 pi (l / g)1/2的差值算出。”
“或者如果摩天大樓有外置的緊急樓梯,那就更容易了,沿樓梯從下往上走,以氣壓計(jì)長(zhǎng)度為單位標(biāo)注摩天大樓有多少個(gè)氣壓計(jì)長(zhǎng)度,然后再把這些數(shù)值加和起來(lái)!
“如果僅僅要一個(gè)乏味的正統(tǒng)答案,當(dāng)然,你可以利用氣壓計(jì)分別測(cè)量摩天大廈樓頂?shù)目諝鈮毫偷孛娴目諝鈮毫,將氣壓差毫巴?shù)轉(zhuǎn)化為英尺,就是該大廈的高度。”
“但由于我們不斷被告誡要獨(dú)立思考和運(yùn)用科學(xué)方法,毫無(wú)疑問(wèn),最好的辦法就是先敲看門(mén)人的大門(mén),并告訴他,如果你想要個(gè)又好又新的氣壓計(jì),那么告訴我這座摩天大樓的高度就送給你。”
該同學(xué)就是尼爾斯.玻爾。
玻爾 - 生平經(jīng)歷
玻爾(Bohr,Niels)1885年10月7日生于丹麥?zhǔn)锥几绫竟赣H是哥本哈根大學(xué)的生理學(xué)教授.從小受到良好的家庭教育.1903年進(jìn)入哥本哈根大學(xué)學(xué)習(xí)物理,1909年獲科學(xué)碩士學(xué)位,1911年獲博士學(xué)位.大學(xué)二年級(jí)時(shí)研究水的表面張力問(wèn)題,自制實(shí)驗(yàn)器材,通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得了精確的數(shù)據(jù),并在理論方面改進(jìn)了物理學(xué)家瑞利的理論,研究論文獲得丹麥科學(xué)院的金獎(jiǎng)?wù)拢?br>玻爾于1885年10月7日出生丹麥哥本哈根一知識(shí)分子家庭。受家庭的熏陶并得到良好教育,使他知識(shí)視野很廣,大學(xué)畢業(yè)后同盧瑟福共創(chuàng)原子科學(xué)的新時(shí)代。于1913年綜合了普朗克的量子理論,愛(ài)因斯坦的光子理論和E·盧瑟福的原子模型,提出了新的原子模型,即后來(lái)被稱(chēng)玻爾理論。這理論成功地解釋了氫光譜并排出了新的元素周期表。1922年由于對(duì)原子結(jié)構(gòu)理論的重大貢獻(xiàn),獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。1930年以后研究核物理和分子生物學(xué)等,并取得重大成就。和許多科學(xué)家共同研制了世界上第一顆原子彈。玻爾的一生得到過(guò)很多榮譽(yù),除諾貝爾物理獎(jiǎng)外,還獲得過(guò)英國(guó)、挪威、意大利、美國(guó)、德國(guó)、丹麥給予科學(xué)家的最高獎(jiǎng)賞。得到各種學(xué)術(shù)頭銜、名譽(yù)學(xué)位,會(huì)員資格比任何一位同時(shí)代的科學(xué)家都多。他熱愛(ài)祖國(guó),以他的決心和膽識(shí),謝絕各種外來(lái)的高薪聘請(qǐng),在一個(gè)人口不到五百萬(wàn)的丹麥國(guó)建立起物理學(xué)的國(guó)際中心,把哥本哈根建成了物理學(xué)家“朝拜的圣地”。他的一生就是不斷地進(jìn)取和創(chuàng)造。為后來(lái)人樹(shù)立了光輝的榜樣。
由于對(duì)盧瑟福的仰慕,于1912年3月到曼徹斯特大學(xué)在盧瑟福領(lǐng)導(dǎo)下工作了4個(gè)月,當(dāng)時(shí)正值盧瑟福提出了他的原子核式模型.人們把原子設(shè)想成與太陽(yáng)系相似的微觀體系,但是在解釋原子的力學(xué)穩(wěn)定性和電磁穩(wěn)定性上卻遇到了矛盾.這時(shí)玻爾開(kāi)始醞釀自己的原子結(jié)構(gòu)理論.
玻爾早在大學(xué)作碩士論文和博士論文時(shí),就考察了金屬中的電子運(yùn)動(dòng),并明確意識(shí)到經(jīng)典理論在闡明微觀現(xiàn)象方面的嚴(yán)重缺陷,贊賞普朗克和愛(ài)因斯坦在電磁理論方面引入的量子學(xué)說(shuō).在他研究原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí),就創(chuàng)造性地把普朗克的量子說(shuō)和盧瑟福的原子核概念結(jié)合了起來(lái).在玻爾離開(kāi)曼徹斯特大學(xué)以前,曾向盧瑟福呈交了一份論文提綱,引入了定態(tài)的概念,給出了定態(tài)應(yīng)滿足的量子條件.回到哥本哈根后,1913年初,有朋友建議他研究原子結(jié)構(gòu),應(yīng)很好地聯(lián)系和應(yīng)用當(dāng)時(shí)已有的豐富而精確的光譜學(xué)資料,這使他思路大開(kāi).通過(guò)對(duì)光譜學(xué)資料的考察,玻爾的思維和理論有了巨大的飛躍,使他寫(xiě)出了“論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造”的長(zhǎng)篇論著,提出了量子不連續(xù)性,成功地解釋了氫原子和類(lèi)氫原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì).1921年,玻爾發(fā)表了“各元素的原子結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)”的長(zhǎng)篇演講,闡述了光譜和原子結(jié)構(gòu)理論的新發(fā)展,詮釋了元素周期表的形成,對(duì)周期表中從氫開(kāi)始的各種元素的原子結(jié)構(gòu)作了說(shuō)明,同時(shí)對(duì)周期表上的第72號(hào)元素的性質(zhì)作了預(yù)言.1922年,發(fā)現(xiàn)了這種元素鉿,證實(shí)了玻爾預(yù)言的正確.1922年玻爾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).
1920年在玻爾籌劃下創(chuàng)立的哥本哈根大學(xué)理論物理研究所,在創(chuàng)立量子力學(xué)的過(guò)程中,成為世界原子物理研究中心.這個(gè)研究所不但以其一批批出色的科學(xué)成就而為人所知,而且以其無(wú)與倫比的哥本哈根精神著名,這就是勇猛進(jìn)取、樂(lè)觀向上、親切活潑、無(wú)拘無(wú)束的治學(xué)風(fēng)氣,各種看法通過(guò)辯論得到開(kāi)拓和澄清.玻爾擔(dān)任這個(gè)研究所的所長(zhǎng)達(dá)四十年,起了很好的組織作用和引導(dǎo)作用.
30年代中期,開(kāi)始出現(xiàn)了許多由中子誘發(fā)的核反應(yīng),迫切需要一種合用的核模型,玻爾提出了原子核的液滴模型,對(duì)一些類(lèi)型的核反應(yīng)作出了說(shuō)明,相當(dāng)好地解釋了重核的裂變.
1943年,玻爾從德軍占領(lǐng)下的丹麥逃到美國(guó),參加了研制原子彈的工作,但對(duì)原子彈即將帶來(lái)的國(guó)際問(wèn)題深為焦慮.1945年二次大戰(zhàn)結(jié)束后,玻爾很快回到了丹麥繼續(xù)主持研究所的工作,并大力促進(jìn)核能的和平利用.1962年11月18日,玻爾因心臟病突發(fā)而逝世.
尼爾斯·玻爾(Bohr,Niels),1887年10月7日生于丹麥?zhǔn)锥几绫竟,父親是哥本哈根大學(xué)的生理學(xué)教授.從小受到良好的家庭教育。玻爾還是一個(gè)中學(xué)生時(shí),就已經(jīng)在父親的指導(dǎo)下,進(jìn)行了小型的物理實(shí)驗(yàn)。1903年進(jìn)入哥本哈根大學(xué)學(xué)習(xí)物理,1907年,根據(jù)著名的英國(guó)物理學(xué)家,諾貝爾獎(jiǎng)獲得者瑞利的著作,玻爾在父親的實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)始研究水的表面張力問(wèn)題。自制實(shí)驗(yàn)器材,通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得了精確的數(shù)據(jù),并在理論方面改進(jìn)了瑞利的理論,研究論文獲得丹麥科學(xué)院的金獎(jiǎng)?wù)隆?909年獲科學(xué)碩士學(xué)位,1911年,24歲的玻爾完成了金屬電子論的論文,從而在哥本哈根大學(xué)取得了博士學(xué)位。他發(fā)展和完善了湯姆生和洛倫茲的研究方法,并開(kāi)始接觸到普朗克的量子假說(shuō)。
論文答辯之后,他起初在英國(guó)劍橋大學(xué)湯姆生領(lǐng)導(dǎo)下的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室工作,由于對(duì)盧瑟福的仰慕,又在曼徹斯特大學(xué)的盧瑟福實(shí)驗(yàn)室工作了4個(gè)月。當(dāng)時(shí)正值盧瑟福提出了他的原子核式模型。人們把原子設(shè)想成與太陽(yáng)系相似的微觀體系,但是在解釋原子的力學(xué)穩(wěn)定性和電磁穩(wěn)定性上卻遇到了矛盾。這時(shí)玻爾開(kāi)始醞釀自己的原子結(jié)構(gòu)理論。
玻爾早在大學(xué)作碩士論文和博士論文時(shí),就考察了金屬中的電子運(yùn)動(dòng),并明確意識(shí)到經(jīng)典理論在闡明微觀現(xiàn)象方面的嚴(yán)重缺陷,贊賞普朗克和愛(ài)因斯坦在電磁理論方面引入的量子學(xué)說(shuō)。玻爾回到哥本哈根以后,在1913年初根椐盧瑟福的原子模型發(fā)展了對(duì)氫原子結(jié)構(gòu)的新觀點(diǎn)。在盧瑟福的幫助下他的一篇《論原子和分子結(jié)構(gòu)》的長(zhǎng)篇論文,于1913年分三次發(fā)表在《哲學(xué)雜志》上。玻爾在這篇幅著作中創(chuàng)造性把盧瑟福、普朗克和愛(ài)因斯坦的思想結(jié)合起來(lái)了,把光譜學(xué)和量子論結(jié)合在一起了,提出了量子不連續(xù)性,成功地解釋了氫原子和類(lèi)氫原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。此論文被他的學(xué)生羅森菲爾德譽(yù)為“偉大的三部曲”。1913年9月,經(jīng)福勒的助手伊萬(wàn)斯所做的實(shí)驗(yàn)證實(shí),玻爾的說(shuō)法是正確的,這使玻爾的理論經(jīng)受了一次實(shí)踐的考驗(yàn),并在整個(gè)物理界取得了“轟動(dòng)性的效果”。
1916年玻爾接受哥本哈根大學(xué)理論物理講席,1920年哥本哈根大學(xué)根據(jù)他的倡議,成立了一個(gè)理論物理研究所,他擔(dān)任所長(zhǎng),玻爾擔(dān)任這個(gè)研究所的所長(zhǎng)達(dá)四十年,起了很好的組織作用和引導(dǎo)作用。在他的周?chē)奂S多有為的青年理論物理學(xué)家,如海森堡、泡利、狄拉克等。他們互相磋商,自由討論,不斷創(chuàng)新,最后發(fā)展成了有名的“哥本哈根學(xué)派”。
1921年,玻爾發(fā)表了“各元素的原子結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)”的長(zhǎng)篇演講,闡述了光譜和原子結(jié)構(gòu)理論的新發(fā)展,詮釋了元素周期表的形成,對(duì)周期表中從氫開(kāi)始的各種元素的原子結(jié)構(gòu)作了說(shuō)明,同時(shí)對(duì)周期表上的第72號(hào)元素的性質(zhì)作了預(yù)言。1922年,發(fā)現(xiàn)了這種元素鉿,證實(shí)了玻爾預(yù)言的正確。1922年玻爾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。二十世紀(jì)30年代中期,玻爾提出了原子核的液滴模型,對(duì)由中子誘發(fā)的核反應(yīng)作出了說(shuō)明,相當(dāng)好地解釋了重核的裂變。
1943年,玻爾從德軍占領(lǐng)下的丹麥逃到美國(guó),參加了研制原子彈的工作,但對(duì)原子彈即將帶來(lái)的國(guó)際問(wèn)題深為焦慮。1945年二次大戰(zhàn)結(jié)束后,玻爾很快回到了丹麥繼續(xù)主持研究所的工作,并大力促進(jìn)核能的和平利用.1962年11月18日,玻爾因心臟病突發(fā)在丹麥的卡爾斯堡寓所逝世,享年75歲。
玻爾 - 玻爾理論
⑴定態(tài)假設(shè):原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中,電子雖做變速運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射電磁波,這樣相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)稱(chēng)為定態(tài)。
⑵躍遷假設(shè):電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不輻射電磁波,但電子在兩個(gè)不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時(shí),卻要輻射(或吸收)電磁波(光子),其頻率由兩個(gè)定態(tài)的能量差值決定hν=△E
⑶軌道量子化假設(shè):由于能量狀態(tài)的不連續(xù),因此電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑也不能任意取值,必須滿足mvr=(nh/2π)(n=1,2,3……)
玻爾 - 研究領(lǐng)域
原子物理(原子結(jié)構(gòu)、元素周期系、對(duì)應(yīng)原理、互補(bǔ)原理、帶電粒子在物質(zhì)中的穿透問(wèn)題、原子核結(jié)構(gòu)、電磁場(chǎng)測(cè)量)
哲學(xué)(互補(bǔ)性的推廣、認(rèn)識(shí)論)
核反應(yīng)理論
玻爾 - 相關(guān)作品
《論原子和分子結(jié)構(gòu)》《原子物理學(xué)和人類(lèi)知識(shí)》《原子物理學(xué)和人類(lèi)知識(shí)續(xù)》《各元素的原子結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)》
注:我國(guó)著名的科學(xué)史家戈革教授(1922~2007)譯有《尼爾斯.玻爾集》共十二卷。
玻爾 - 所獲獎(jiǎng)項(xiàng)
1、研究論文獲得丹麥科學(xué)院的金獎(jiǎng)?wù)拢?/strong>
玻爾的父親是哥本哈根大學(xué)的生理學(xué)教授,從小受到良好的家庭教育。1903年進(jìn)入哥本哈根大學(xué)學(xué)習(xí)物理,1909年獲科學(xué)碩士學(xué)位,1911年獲博士學(xué)位.大學(xué)二年級(jí)時(shí)研究水的表面張力問(wèn)題,自制實(shí)驗(yàn)器材,通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得了精確的數(shù)據(jù),并在理論方面改進(jìn)了物理學(xué)家瑞利的理論,研究論文獲得丹麥科學(xué)院的金獎(jiǎng)?wù)隆?br>2、1922年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng):
20世紀(jì)之初,盧瑟福的有核原子模型剛剛確立,人們對(duì)于原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)還所知甚少,而無(wú)論是光譜學(xué)方面的少數(shù)幾條定律還是化學(xué)方面的元素周期表,也還都停留在經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的水平上,還根本沒(méi)有得到任何滿意的理論解釋。另一方面,盧瑟福的有核原子模型卻明顯地和經(jīng)典物理學(xué)不相容,就是說(shuō),按照經(jīng)典理論,盧瑟福模型將不會(huì)有物質(zhì)原子所具有的那種穩(wěn)定性。在這樣的形勢(shì)下,玻爾經(jīng)一兩個(gè)月的廢寢忘食的探索,初步創(chuàng)立了他自己的原子結(jié)構(gòu)理論。他于1912年,回國(guó),在母校任講師,利用課余時(shí)間繼續(xù)研究擴(kuò)展自己的理論。1913年,他以《論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造》為題,先后分三大部分發(fā)表了長(zhǎng)篇論文,為20世紀(jì)原子物理學(xué)開(kāi)辟了道路。他在自己的理論中,采用了當(dāng)時(shí)已有的量子概念,提出了幾條基本的“公設(shè)”,提出了至今仍很重要的原子定態(tài)、量子躍遷等概念;有力地沖擊了經(jīng)典理論,推動(dòng)了量子力學(xué)的形成。
玻爾的理論在解釋氫原子光譜的頻率規(guī)律方面取得了相當(dāng)圓滿的結(jié)果,在說(shuō)明星體光譜中某些線系的起源方面糾正了流行的看法,他的定態(tài)概念得到了越來(lái)越確切的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,他的某些理論預(yù)見(jiàn)也得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí),成就十分巨大。但是,在開(kāi)始時(shí),這種理論還不能很好地說(shuō)明其他元素的光譜,而且根本無(wú)法說(shuō)明任何一條光譜線的強(qiáng)度和偏振,而玻爾的宏偉目標(biāo)卻從一開(kāi)始就是要說(shuō)明各種原子和分子的形形色色的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),特別是說(shuō)明顯示這些性質(zhì)的變化情況的元素周期表,為了達(dá)到這樣的目的。為了更深入地探索經(jīng)典理論和量子理論之間的關(guān)系,玻爾逐步發(fā)展并于1918年初次闡述了他的理論。他認(rèn)為,按照經(jīng)典理論來(lái)描述的周期性體系的運(yùn)動(dòng)和該體系的實(shí)際量子運(yùn)動(dòng)之間存在著一定對(duì)應(yīng)關(guān)系;具體地說(shuō),體系的經(jīng)典廣義坐標(biāo)傅里葉系數(shù)和體系的躍遷幾率之間存在著簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。后來(lái)這一理論被稱(chēng)為對(duì)應(yīng)原理。這一原理在當(dāng)時(shí)的發(fā)展水平上成了從經(jīng)典理論通向量子理論的橋梁,而且后來(lái)也形成了海森伯矩陣力學(xué)的直接的前奏。玻爾的理論觸發(fā)了大量的研究工作。玻爾吸收了別人的研究成果,利用自己的對(duì)應(yīng)原理,對(duì)各種元素的光譜和X射線譜、光譜線的(正常)塞曼效應(yīng)和斯塔克效應(yīng)、原子中電子的分組和元素周期表,甚至還有分子的形成,都提出了相對(duì)合理的理論詮釋。由于這些輝煌的成績(jī),他獲得了1922年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
玻爾 - 研究基地
玻爾1909年和1911年先后獲得哥本哈根大學(xué)科學(xué)碩士和哲學(xué)博士學(xué)位,隨后到英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室,在J.J.湯姆孫指導(dǎo)下從事原子物理的實(shí)驗(yàn)和理論研究。
卡文迪什實(shí)驗(yàn)室(Cavendishlaboratory)即英國(guó)劍橋大學(xué)的物理學(xué)系。籌建于1871年,是世界上最有聲望的物理學(xué)研究和教育的中心之一;對(duì)近100年來(lái)物理學(xué)的發(fā)展起過(guò)非常出色的作用,前后培養(yǎng)出諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者共達(dá)26人。
玻爾的研究基地——卡文迪什實(shí)驗(yàn)室
卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建,標(biāo)志著物理學(xué)開(kāi)始了在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)的時(shí)代。它的優(yōu)良傳統(tǒng)是力求在新的領(lǐng)域中作出新的發(fā)現(xiàn)。在它100多年的歷史中,重要的成就有:湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子、盧瑟福發(fā)現(xiàn)元素的轉(zhuǎn)變、E.V.阿普頓發(fā)現(xiàn)電離層、J.查德威克發(fā)現(xiàn)中子、W.H.布喇格等發(fā)現(xiàn)一些重要的生物分子的結(jié)構(gòu)、M.賴(lài)爾等對(duì)射電源的普查、A.休伊什等發(fā)現(xiàn)脈沖星。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)室另一個(gè)優(yōu)良傳統(tǒng)是,實(shí)驗(yàn)中所用的關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)裝置都是由實(shí)驗(yàn)人員自己設(shè)計(jì)和制造。因此,許多非常有價(jià)值的物理實(shí)驗(yàn)用的儀器和設(shè)備,都出自這里,例如,J.J.湯姆孫的陰極射線管、F.W.阿斯頓的質(zhì)譜儀、C.T.R.威耳孫的云室和P.W.S.布萊克持的自動(dòng)云室、J.D.考克饒夫和E.T.S瓦耳頓的高壓倍加器、考克饒夫的雷達(dá)、賴(lài)爾的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。
以實(shí)驗(yàn)為根據(jù)的理論探索,在這里同樣受到重視,瑞利對(duì)聲學(xué)理論的奠基性工作、F.H.C.克瑞克和J.D.沃森提出脫氧核糖核酸(DNA)分子雙螺旋結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的遺傳學(xué)理論的進(jìn)展、N.F.莫脫等關(guān)于固體物理學(xué)理論的系統(tǒng)研究等都是極有影響的理論成就。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)室是“天才的苗圃”,注重人才的培養(yǎng)。30年代之前,英國(guó)、美國(guó)的著名物理學(xué)家大多出于這個(gè)實(shí)驗(yàn)室。其他各國(guó)來(lái)這里深造或工作過(guò)的物理學(xué)家,比比皆是;其中有中國(guó)物理學(xué)家霍秉權(quán)、張文裕、李國(guó)鼎、周長(zhǎng)寧等,中華人民共和國(guó)成立后來(lái)這里工作、進(jìn)修或?qū)W習(xí)的中國(guó)學(xué)者已近10名。
卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的研究作風(fēng)強(qiáng)調(diào)獨(dú)立性。對(duì)于學(xué)生也要求自行選擇課題,自行裝置儀器和安排實(shí)驗(yàn)。有些成果是由學(xué)生階段的人做出的。B.D.約瑟夫森發(fā)展超導(dǎo)節(jié)的理論、J.貝爾最先注意到脈沖星的信號(hào),當(dāng)時(shí)他們都是研究生。
卡文迪什實(shí)驗(yàn)室首先注意到,隨著物理實(shí)驗(yàn)規(guī)模的變大,研究組織應(yīng)向集團(tuán)性發(fā)展。1938年,W.L.布喇格將整個(gè)實(shí)驗(yàn)室按課題分組,形成一些有確定研究方面的工作集團(tuán)。這種科學(xué)研究的組織管理形式,為以后的許多物理研究機(jī)構(gòu)所仿效。
1967年后,實(shí)驗(yàn)室遷到劍橋西區(qū)。新址由四個(gè)相連的建筑物構(gòu)成:盧瑟福樓供高能物理和天體物理研究用,莫脫樓供固體物理研究用,布喇格樓中包括大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)室、圖書(shū)館和附屬工廠,另一個(gè)建筑是計(jì)算機(jī)房,F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室有研究人員100多人,研究生約150人;每年經(jīng)費(fèi)約300余萬(wàn)英鎊。
卡文迪什實(shí)驗(yàn)室既是從事科研的有名實(shí)驗(yàn)室,也是進(jìn)行物理學(xué)教學(xué)的好課堂。在實(shí)驗(yàn)室舊址的頂層閣樓上是訓(xùn)練物理學(xué)系學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室,不少有名的物理學(xué)家在這里接受物理學(xué)的基本訓(xùn)練。主持這項(xiàng)工作的G.F.C.西勒,自1902年起在這里講授物理,直到1946年80歲的時(shí)候。