Nielsas Bohras yra danų fizikas ir visuomenės veikėjas, vienas iš šiuolaikinės fizikos pradininkų. Jis buvo Kopenhagos teorinės fizikos instituto įkūrėjas ir vadovas, pasaulinės mokslo mokyklos įkūrėjas, taip pat SSRS mokslų akademijos užsienio narys. Šiame straipsnyje bus apžvelgta Nielso Bohro gyvenimo istorija ir pagrindiniai jo pasiekimai.
Nupelnai
Danų fizikas Bohras Nielsas įkūrė atomo teoriją, kuri remiasi planetiniu atomo modeliu, kvantinėmis sąvokomis ir jo paties pasiūlytais postulatais. Be to, Boras prisimenamas dėl jo svarbaus darbo, susijusio su atomo branduolio, branduolinių reakcijų ir metalų teorija. Jis buvo vienas iš kvantinės mechanikos kūrimo dalyvių. Be pokyčių fizikos srityje, Bohras turi nemažai filosofijos ir gamtos mokslų darbų. Mokslininkas aktyviai kovojo su atomine grėsme. 1922 m. jis buvo apdovanotas Nobelio premija.
Vaikystė
Būsimasis mokslininkas Nielsas Bohras gimė 1885 m. spalio 7 d. Kopenhagoje. Jo tėvas Christianas buvo fiziologijos profesorius vietiniame universitete, o motina Ellen buvo kilusi iš turtingos žydų šeimos. Nielsas turėjo jaunesnį brolį Haraldą. Tėvai stengėsi, kad sūnų vaikystė būtų linksma ir kupina įvykių. teigiamasšeimos, o ypač motinos, įtaka suvaidino svarbų vaidmenį ugdant jų dvasines savybes.
Švietimas
Boras pradinį išsilavinimą įgijo Gammelholmo mokykloje. Mokyklos metais jis mėgo futbolą, vėliau – slidinėti ir buriuoti. Būdamas dvidešimt trejų, Bohras baigė Kopenhagos universitetą, kur buvo vertinamas kaip nepaprastai gabus fizikas tyrinėtojas. Už baigiamąjį projektą dėl vandens paviršiaus įtempimo nustatymo naudojant vandens srovės virpesius Nielsas buvo apdovanotas Danijos karališkosios mokslų akademijos aukso medaliu. Gavęs išsilavinimą, trokštantis fizikas Boras Nielsas liko dirbti universitete. Ten jis atliko keletą svarbių tyrimų. Vienas iš jų buvo skirtas klasikinei elektroninei metalų teorijai ir sudarė Bohro daktaro disertacijos pagrindą.
Mąstymas už langelio ribų
Vieną dieną Karališkosios akademijos prezidento Ernesto Rutherfordo pagalbos paprašė kolega iš Kopenhagos universiteto. Pastarasis savo mokiniui ketino skirti žemiausią pažymį, kai manė, kad nusipelnė pažymio „puikiai“. Abi ginčo šalys sutiko remtis trečiojo asmens – tam tikro arbitro, kuris tapo Rutherfordu, nuomone. Pagal egzamino klausimą studentas turėjo paaiškinti, kaip barometru galima nustatyti pastato aukštį.
Mokinys atsakė, kad tam reikia pririšti barometrą prie ilgos virvės, užlipti su juo ant pastato stogo, nuleisti ant žemės ir išmatuoti nusileidusios virvės ilgį. Viena vertus, atsakymas buvoabsoliučiai teisinga ir visapusiška, bet, kita vertus, su fizika tai turėjo mažai ką bendro. Tada Rutherfordas pasiūlė studentui dar kartą pabandyti atsakyti. Jis davė jam šešias minutes ir perspėjo, kad atsakymas turėtų iliustruoti fizikinių dėsnių supratimą. Po penkių minučių, išgirdęs iš studento, kad jis renkasi geriausią iš kelių sprendimų, Rutherfordas paprašė jo atsakyti anksčiau nei numatyta. Šį kartą studentė pasiūlė užlipti ant stogo su barometru, numesti jį žemyn, išmatuoti kritimo laiką ir pagal specialią formulę sužinoti aukštį. Šis atsakymas tenkino mokytoją, bet jis ir Rutherfordas negalėjo neigti, kad klausytis kitų mokinio versijų.
Kitas metodas buvo pagrįstas barometro šešėlio aukščio ir pastato šešėlio aukščio matavimu, o tada proporcijos išsprendimu. Rutherfordui patiko šis variantas, ir jis entuziastingai paprašė studento pabrėžti likusius metodus. Tada studentas jam pasiūlė paprasčiausią variantą. Tereikia priglausti barometrą prie pastato sienos ir padaryti žymes, o tada suskaičiuoti ženklų skaičių ir padauginti juos iš barometro ilgio. Studentas tikėjo, kad tokio akivaizdaus atsakymo tikrai nereikėtų pamiršti.
Kad mokslininkų akyse nebūtų laikomas juokdariu, studentas pasiūlė įmantriausią variantą. Pririšęs prie barometro virvelę, jis sakė, kad reikia siūbuoti prie pastato pagrindo ir ant jo stogo, matuojant gravitacijos dydį. Iš gautų duomenų skirtumo, jei norite, galite sužinoti aukštį. Be to, siūbavus švytuoklę ant virvelės nuo pastato stogo, galima nustatyti aukštį iš precesijos laikotarpio.
Pagaliau studentaspasiūlė susirasti pastato valdytoją ir mainais už nuostabų barometrą sužinoti iš jo aukštį. Rutherfordas paklausė, ar studentas tikrai nežino visuotinai priimto problemos sprendimo. Jis neslėpė, ką išmano, tačiau prisipažino, kad jam atsibodo dėstytojų primetimas savo mąstymo būdui studentams, mokykloje ir kolegijoje, nestandartinių sprendimų atmetimas. Kaip tikriausiai atspėjote, tas mokinys buvo Nielsas Bohras.
Persikėlimas į Angliją
Trejus metus dirbęs universitete Bohras persikėlė į Angliją. Pirmus metus jis dirbo Kembridže su Josephu Thomsonu, paskui persikėlė į Ernestą Rutherfordą Mančesteryje. Rutherfordo laboratorija tuo metu buvo laikoma iškiliausia. Neseniai jame buvo atlikti eksperimentai, dėl kurių buvo atrastas planetinis atomo modelis. Tiksliau, modelis tada dar buvo pradiniame etape.
Alfa dalelių prasiskverbimo per foliją eksperimentai leido Rutherfordui suprasti, kad atomo centre yra mažas įkrautas branduolys, kuris beveik nesudaro visos atomo masės, o aplinkui yra išsidėstę šviesos elektronai. tai. Kadangi atomas yra elektriškai neutralus, elektronų krūvių suma turi būti lygi branduolio krūvio moduliui. Išvada, kad branduolio krūvis yra elektrono krūvio kartotinis, buvo pagrindinė šiame tyrime, tačiau iki šiol liko neaiški. Vietoj to buvo nustatyti izotopai – medžiagos, turinčios tas pačias chemines savybes, bet skirtingą atominę masę.
Atominis elementų skaičius. Poslinkio dėsnis
Dirbdamas Rutherfordo laboratorijoje, Bohras suprato, kad cheminės savybės priklauso nuo skaičiauselektronai atome, tai yra iš jo krūvio, o ne masės, o tai paaiškina izotopų egzistavimą. Tai buvo pirmasis didelis Boro pasiekimas šioje laboratorijoje. Kadangi alfa dalelė prisitvirtina prie helio branduolio, kurio krūvis yra +2, alfa skilimo metu (dalelė išskrenda iš branduolio), periodinės lentelės elementas „vaikas“turėtų būti dedamas dviem ląstelėmis į kairę nei „ motina“, o beta skilimo metu (elektronas išskrenda iš branduolio) – viena ląstelė į dešinę. Taip susiformavo „radioaktyviųjų poslinkių dėsnis“. Be to, danų fizikas padarė daug svarbesnių atradimų, susijusių su pačiu atomo modeliu.
Rutherford-Bohr modelis
Šis modelis dar vadinamas planetiniu, nes jame elektronai sukasi aplink branduolį, kaip ir planetos aplink Saulę. Šis modelis turėjo daug problemų. Faktas yra tas, kad atomas jame buvo katastrofiškai nestabilus ir prarado energiją per šimtą milijonų sekundės dalių. Realybėje tai neįvyko. Iškilusi problema atrodė neišsprendžiama ir reikalauja radikaliai naujo požiūrio. Čia save įrodė danų fizikas Boras Nielsas.
Boras teigė, kad, priešingai elektrodinamikos ir mechanikos dėsniams, atomuose yra orbitos, judančios, kuriomis elektronai nespinduliuoja. Orbita yra stabili, jei joje esančio elektrono kampinis impulsas yra lygus pusei Planko konstantos. Spinduliuotė atsiranda, bet tik elektrono perėjimo iš vienos orbitos į kitą momentu. Visą energiją, kuri šiuo atveju išsiskiria, nuneša spinduliuotės kvantas. Toks kvantas turi energiją, lygią sukimosi dažnio sandaugai ir Planko konstantai arba skirtumui tarp pradinio irgalutinė elektrono energija. Taigi Bohras sujungė Rutherfordo darbą ir kvantų idėją, kurią 1900 m. pasiūlė Maxas Planckas. Tokia sąjunga prieštaravo visoms tradicinės teorijos nuostatoms ir kartu jos visiškai neatmetė. Elektronas buvo laikomas materialiu tašku, kuris juda pagal klasikinius mechanikos dėsnius, tačiau „leidžiamos“tik tos orbitos, kurios atitinka „kvantavimo sąlygas“. Tokiose orbitose elektronų energijos yra atvirkščiai proporcingos orbitos skaičių kvadratams.
Išvedimas iš „dažnio taisyklės“
Remdamasis „dažnių taisykle“, Boras padarė išvadą, kad spinduliuotės dažniai yra proporcingi skirtumui tarp atvirkštinių sveikųjų skaičių kvadratų. Anksčiau šį modelį nustatė spektroskopai, bet nerado teorinio paaiškinimo. Nielso Bohro teorija leido paaiškinti ne tik vandenilio (paprasčiausio iš atomų), bet ir helio, įskaitant jonizuotą, spektrą. Mokslininkas iliustravo branduolio judėjimo įtaką ir numatė, kaip užpildomi elektronų apvalkalai, o tai leido atskleisti Mendelejevo sistemos elementų periodiškumo fizinę prigimtį. Už šiuos pokyčius 1922 m. Bohras buvo apdovanotas Nobelio premija.
Boro institutas
Baigęs Rutherfordo darbą, jau pripažintas fizikas Bohras Nielsas grįžo į tėvynę, kur 1916 m. buvo pakviestas profesoriumi Kopenhagos universitete. Po dvejų metų jis tapo Danijos karališkosios draugijos nariu (1939 m. mokslininkas jai vadovavo).
1920 m. Bohras įkūrė Teorijos institutąfizika ir tapo jos lyderiu. Kopenhagos valdžia, pripažindama fiziko nuopelnus, institutui suteikė jam istorinių „Aludarių namų“pastatą. Institutas pateisino visus lūkesčius ir atliko išskirtinį vaidmenį plėtojant kvantinę fiziką. Verta paminėti, kad Boro asmeninės savybės suvaidino lemiamą vaidmenį. Jis apsupo save talentingais darbuotojais ir studentais, kurių ribos dažnai buvo nematomos. Boro institutas buvo tarptautinis, į jį bandyta patekti iš visur. Tarp žinomų Boro mokyklos žmonių yra: F. Blochas, W. Weisskopfas, H. Casimiras, O. Bora, L. Landau, J. Wheeleris ir daugelis kitų.
Vokiečių mokslininkas Werne'as Heisenbergas ne kartą lankėsi Bore. Tuo metu, kai buvo kuriamas „neapibrėžtumo principas“, Erwinas Schrödingeris, kuris buvo grynai banginio požiūrio šalininkas, diskutavo su Bohru. Kokybiškai naujos XX amžiaus fizikos pagrindas buvo suformuotas buvusiuose Brewer's House, kuriame viena iš pagrindinių figūrų buvo Nielsas Bohras.
Danų mokslininko ir jo mentoriaus Rutherfordo pasiūlytas atomo modelis buvo nenuoseklus. Ji sujungė klasikinės teorijos postulatus ir jai aiškiai prieštaraujančias hipotezes. Norint pašalinti šiuos prieštaravimus, reikėjo radikaliai peržiūrėti pagrindines teorijos nuostatas. Šia kryptimi svarbų vaidmenį suvaidino tiesioginiai Boro nuopelnai, autoritetas mokslo sluoksniuose ir tiesiog asmeninė įtaka. Nielso Bohro darbas parodė, kad norint gauti fizinį mikropasaulio vaizdą, metodas, kuris sėkmingai naudojamas „didžiųjų dalykų pasauliui“, nėra tinkamas, ir tapovienas iš šio požiūrio pradininkų. Mokslininkas pristatė tokias sąvokas kaip „nekontroliuojamas matavimo procedūrų poveikis“ir „papildomi kiekiai“.
Kopenhagos kvantinė teorija
Tikimybinė (dar žinoma kaip Kopenhagos) kvantinės teorijos interpretacija, taip pat daugybės jos „paradoksų“tyrimas siejamas su danų mokslininko vardu. Svarbų vaidmenį čia suvaidino Boro diskusija su Albertu Einšteinu, kuriam nepatiko Boro kvantinė fizika tikimybine interpretacija. Danų mokslininko suformuluotas „atitikties principas“suvaidino svarbų vaidmenį suprantant mikrokosmoso modelius ir jų sąveiką su klasikine (nekvantine) fizika.
Branduolinė tema
Pradėdamas studijuoti branduolinę fiziką pas Rutherfordą, Bohras daug dėmesio skyrė branduolinėms temoms. 1936 m. jis pasiūlė junginio branduolio teoriją, kuri netrukus paskatino lašo modelį, suvaidinusį reikšmingą vaidmenį branduolio dalijimosi tyrime. Visų pirma, Bohras numatė savaiminį urano branduolių dalijimąsi.
Kai naciai užėmė Daniją, mokslininkas buvo slapta išvežtas į Angliją, o paskui į Ameriką, kur kartu su sūnumi Oge dirbo prie Manheteno projekto Los Alamose. Pokario metais Bohras daug laiko skyrė branduolinių ginklų kontrolės ir taikaus atomų naudojimo klausimams. Jis dalyvavo kuriant branduolinių tyrimų centrą Europoje ir netgi nukreipė savo idėjas į JT. Remdamasis tuo, kad Bohras neatsisakė aptarti tam tikrų „branduolinio projekto“aspektų su sovietų fizikais, jis manė, kad tai pavojinga.monopolinis branduolinių ginklų turėjimas.
Kitos žinių sritys
Be to, Nielsas Bohras, kurio biografija eina į pabaigą, taip pat domėjosi fizikos, ypač biologijos, klausimais. Jis taip pat domėjosi gamtos mokslų filosofija.
Nuostabus danų mokslininkas mirė nuo širdies smūgio 1962 m. spalio 18 d. Kopenhagoje.
Išvada
Nielsas Bohras, kurio atradimai tikrai pakeitė fiziką, turėjo didelį mokslinį ir moralinį autoritetą. Bendravimas su juo, net ir trumpalaikis, pašnekovams padarė neišdildomą įspūdį. Boro kalba ir rašymas parodė, kad jis kruopščiai rinko žodžius, kad kuo tiksliau iliustruotų savo mintis. Rusų fizikas Vitalijus Ginzburgas pavadino Borą nepaprastai subtiliu ir išmintingu.
