Нилс Бор е датски физик и общественик, един от основателите на съвременната физика. Той е основател и ръководител на Копенхагенския институт по теоретична физика, основател на световната научна школа, а също и чуждестранен член на Академията на науките на СССР. Тази статия ще прегледа житейската история на Нилс Бор и основните му постижения.
Заслуги
Датският физик Бор Нилс основава теорията за атома, която се основава на планетарния модел на атома, квантовите концепции и постулати, предложени лично от него. Освен това Бор е запомнен с важната си работа по теорията на атомното ядро, ядрените реакции и металите. Той беше един от участниците в създаването на квантовата механика. В допълнение към разработките в областта на физиката, Бор притежава редица трудове по философия и естествени науки. Ученият активно се бори срещу атомната заплаха. През 1922 г. е удостоен с Нобелова награда.
Детство
Бъдещият учен Нилс Бор е роден в Копенхаген на 7 октомври 1885 г. Баща му Кристиан е бил професор по физиология в местен университет, а майка му Елън е от богато еврейско семейство. Нилс имаше по-малък брат Харалд. Родителите се опитаха да направят детството на синовете си щастливо и изпълнено със събития. положителенвлиянието на семейството, и в частност на майката, изиграва основна роля в развитието на духовните им качества.
Образование
Бор получава основното си образование в училището Гамелхолм. През ученическите си години той обичаше футбола, а по-късно - ски и ветроходство. На двадесет и три години Бор завършва университета в Копенхаген, където е смятан за изключително надарен физик-изследовател. За дипломния си проект за определяне на повърхностното напрежение на водата с помощта на вибрациите на водна струя, Нилс е награден със златен медал от Кралската датска академия на науките. След като получи образованието си, амбициозният физик Бор Нилс остава да работи в университета. Там той извършва редица важни изследвания. Един от тях е посветен на класическата електронна теория на металите и е в основата на докторската дисертация на Бор.
Мислете извън кутията
Един ден президентът на Кралската академия, Ърнест Ръдърфорд, беше помолен за помощ от колега от университета в Копенхаген. Последният възнамерявал да даде на ученика си най-ниската оценка, когато смятал, че заслужава оценка "отличен". И двете страни в спора се съгласиха да разчитат на мнението на трета страна, определен арбитър, който стана Ръдърфорд. Според изпитния въпрос студентът трябваше да обясни как може да се използва барометър за определяне на височината на сграда.
Студентът отговори, че за това трябва да завържете барометър на дълго въже, да се изкачите с него на покрива на сградата, да го спуснете на земята и да измерите дължината на въжето, което е слязло надолу. От една страна отговорът бешеабсолютно вярно и пълно, но от друга страна, нямаше много общо с физиката. Тогава Ръдърфорд предложи на ученика да опита отново да отговори. Той му даде шест минути и предупреди, че отговорът трябва да илюстрира разбирането на физическите закони. Пет минути по-късно, след като чу от ученика, че избира най-доброто от няколко решения, Ръдърфорд го помоли да отговори предсрочно. Този път студентът предложи да се качат на покрива с барометър, да го хвърлят надолу, да измерят времето на падане и с помощта на специална формула да открият височината. Този отговор удовлетвори учителя, но той и Ръдърфорд не можеха да си откажат удоволствието да слушат останалите версии на ученика.
Следващият метод се основаваше на измерване на височината на сянката на барометъра и височината на сянката на сградата и след това решаване на пропорцията. Ръдърфорд хареса тази опция и той ентусиазирано помоли студента да подчертае останалите методи. Тогава студентът му предложи най-простия вариант. Просто трябваше да поставите барометъра до стената на сградата и да направите марки, след което да преброите броя на марките и да ги умножите по дължината на барометъра. Студентът вярваше, че такъв очевиден отговор определено не трябва да се пренебрегва.
За да не бъде смятан за шегаджия в очите на учените, студентът предложи най-сложния вариант. След като завърза връв към барометъра, каза той, трябва да го завъртите в основата на сградата и върху покрива й, като измерите величината на гравитацията. От разликата между получените данни, ако желаете, можете да разберете височината. В допълнение, чрез завъртане на махало върху струна от покрива на сграда, може да се определи височината от периода на прецесия.
Най-накрая студентпредложи да намери управителя на сградата и в замяна на прекрасен барометър да разбере височината от него. Ръдърфорд попита дали ученикът наистина не знае общоприетото решение на проблема. Той не скри какво знае, но призна, че му е писнало от налагането на своя начин на мислене от учителите върху учениците, в училище и колежа и отхвърлянето им на нестандартни решения. Както вероятно се досещате, този ученик е Нилс Бор.
Преместване в Англия
След като работи в университета в продължение на три години, Бор се премества в Англия. Първата година той работи в Кеймбридж с Джоузеф Томсън, след което се премества при Ърнест Ръдърфорд в Манчестър. Лабораторията на Ръдърфорд по това време се смята за най-забележителната. Наскоро в него бяха проведени експерименти, които дадоха началото на откриването на планетарния модел на атома. По-точно, тогава моделът беше все още в начален стадий.
Експерименти с преминаването на алфа-частици през фолиото позволиха на Ръдърфорд да разбере, че в центъра на атома има малко заредено ядро, което представлява почти цялата маса на атома, а наоколо са разположени леки електрони то. Тъй като атомът е електрически неутрален, сумата от зарядите на електроните трябва да бъде равна на модула на заряда на ядрото. Заключението, че зарядът на ядрото е кратно на заряда на електрона, е основно за това изследване, но досега остава неясен. Вместо това са идентифицирани изотопи – вещества, които имат същите химични свойства, но различни атомни маси.
Атомен брой елементи. Закон за изместване
Работейки в лабораторията на Ръдърфорд, Бор разбра, че химическите свойства зависят от числотоелектрони в атома, тоест от неговия заряд, а не от масата, което обяснява съществуването на изотопи. Това беше първото голямо постижение на Бор в тази лаборатория. Тъй като алфа частицата се прикрепя към хелиево ядро със заряд +2, по време на алфа разпад (частицата излита от ядрото), елементът „дете“в периодичната таблица трябва да бъде поставен две клетки вляво от „ майка”, а при бета-разпад (електронът излита от ядрото) – една клетка вдясно. Така се формира „законът за радиоактивните измествания”. Освен това датският физик прави редица по-важни открития, които засягат самия модел на атома.
модел на Rutherford-Bohr
Този модел се нарича още планетарен, защото в него електроните се въртят около ядрото, точно както планетите около Слънцето. Този модел имаше редица проблеми. Факт е, че атомът в него беше катастрофално нестабилен и загуби енергия за сто милионна част от секундата. В действителност това не се случи. Възникналият проблем изглеждаше неразрешим и изискваше коренно нов подход. Тук се доказа датският физик Бор Нилс.
Бор предполага, че противно на законите на електродинамиката и механиката, има орбити в атомите, движещи се по които електроните не излъчват. Орбитата е стабилна, ако ъгловият импулс на електрон, разположен върху нея, е равен на половината от константата на Планк. Излъчването възниква, но само в момента на преминаване на електрон от една орбита в друга. Цялата енергия, която се отделя в този случай, се отнася от кванта на излъчване. Такъв квант има енергия, равна на произведението на честотата на въртене и константата на Планк, или разликата между началната икрайната енергия на електрона. Така Бор съчетава работата на Ръдърфорд и идеята за квантите, която е предложена от Макс Планк през 1900 г. Такъв съюз противоречи на всички разпоредби на традиционната теория и в същото време не го отхвърля напълно. Електронът се считаше за материална точка, която се движи според класическите закони на механиката, но само тези орбити, които отговарят на „условията за квантуване“, са „разрешени“. В такива орбити енергиите на електрона са обратно пропорционални на квадратите на числата на орбитите.
Извеждане от "правилото за честотата"
Въз основа на "правилото на честотите", Бор заключи, че честотите на излъчването са пропорционални на разликата между обратните квадрати на цели числа. Преди това този модел беше установен от спектроскописти, но не намери теоретично обяснение. Теорията на Нилс Бор направи възможно обяснението на спектъра не само на водорода (най-простият от атомите), но и на хелия, включително йонизирания. Ученият илюстрира влиянието на движението на ядрото и предсказва как се запълват електронните обвивки, което дава възможност да се разкрие физическата природа на периодичността на елементите в системата на Менделеев. За тези разработки Бор е удостоен с Нобелова награда през 1922 г.
Bohr Institute
След завършване на работата на Ръдърфорд, вече признатият физик Бор Нилс се завръща в родината си, където е поканен през 1916 г. като професор в университета в Копенхаген. Две години по-късно той става член на Кралското датско общество (през 1939 г. ученият го оглавява).
През 1920 г. Бор основава Института по теорияфизика и стана неин лидер. Властите на Копенхаген, като признание за заслугите на физика, му предоставят сградата на историческата "Бивоварна къща" за института. Институтът отговори на всички очаквания, изигравайки изключителна роля в развитието на квантовата физика. Струва си да се отбележи, че личните качества на Бор изиграха решаваща роля в това. Той се заобиколи с талантливи служители и студенти, границите между които често бяха невидими. Институтът на Бор беше международен, хората се опитваха да попаднат в него отвсякъде. Сред известните личности на школата Бор са: Ф. Блох, В. Вайскопф, Х. Казимир, О. Бора, Л. Ландау, Дж. Уилър и много други.
Немският учен Верне Хайзенберг посещава Бор повече от веднъж. По времето, когато се създава „принципът на неопределеността“, Ервин Шрьодингер, който е привърженик на чисто вълновата гледна точка, обсъжда с Бор. Основата на една качествено нова физика на ХХ век е оформена в бившата къща на пивоварите, една от ключовите фигури в която е Нилс Бор.
Моделът на атома, предложен от датския учен и неговия ментор Ръдърфорд, беше непоследователен. Той обединява постулатите на класическата теория и хипотезите, които явно й противоречат. За да се премахнат тези противоречия, беше необходимо радикално да се преразгледат основните положения на теорията. Преките заслуги на Бор, неговият авторитет в научните среди и просто личното влияние изиграха важна роля в тази посока. Работата на Нилс Бор показа, че за да се получи физическа картина на микросвета, подходът, който се използва успешно за "света на големите неща", не е подходящ и станаедин от основателите на този подход. Ученият въвежда понятия като "неконтролирано въздействие на измервателните процедури" и "допълнителни количества".
Копенхагенска квантова теория
Вероятностната (известна още като Копенхаген) интерпретация на квантовата теория, както и изучаването на нейните много "парадокси", се свързва с името на датския учен. Важна роля тук изигра дискусията на Бор с Алберт Айнщайн, който не харесва квантовата физика на Бор в вероятностна интерпретация. „Принципът на съответствието“, формулиран от датския учен, изигра важна роля за разбирането на моделите на микрокосмоса и тяхното взаимодействие с класическата (неквантова) физика.
Ядрена тема
Започвайки да изучава ядрена физика при Ръдърфорд, Бор обръща много внимание на ядрените теми. През 1936 г. той предлага теорията за сложното ядро, която скоро поражда модела на капка, който играе значителна роля в изследването на ядреното делене. По-специално, Бор предсказва спонтанното делене на уранови ядра.
Когато нацистите превземат Дания, ученият е отведен тайно в Англия, а след това в Америка, където заедно със сина си Оге работи по проекта Манхатън в Лос Аламос. В следвоенните години Бор посвещава много време на въпросите за контрола върху ядрените оръжия и мирното използване на атомите. Участва в създаването на центъра за ядрени изследвания в Европа и дори насочва идеите си към ООН. Въз основа на факта, че Бор не отказа да обсъди някои аспекти на "ядрения проект" със съветските физици, той го смята за опасенмонополно притежание на ядрени оръжия.
Други области на знанието
В допълнение, Нилс Бор, чиято биография е към своя край, също се интересуваше от въпроси, свързани с физиката, по-специално биологията. Той също се интересуваше от философията на естествените науки.
Изключителен датски учен умира от сърдечен удар на 18 октомври 1962 г. в Копенхаген.
Заключение
Нилс Бор, чиито открития със сигурност промениха физиката, се радваше на голям научен и морален авторитет. Общуването с него, дори мимолетно, направи незаличимо впечатление на събеседниците. Речта и писането на Бор показаха, че той внимателно подбира думите си, за да илюстрира мислите си възможно най-точно. Руският физик Виталий Гинзбург нарече Бор невероятно деликатен и мъдър.
