Ο Niels Bohr είναι Δανός φυσικός και δημόσιο πρόσωπο, ένας από τους ιδρυτές της σύγχρονης φυσικής. Υπήρξε ο ιδρυτής και επικεφαλής του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής της Κοπεγχάγης, ο ιδρυτής της παγκόσμιας επιστημονικής σχολής και επίσης ξένο μέλος της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ. Αυτό το άρθρο θα εξετάσει την ιστορία της ζωής του Niels Bohr και τα κύρια επιτεύγματά του.
Αξία
Ο Δανός φυσικός Bohr Niels ίδρυσε τη θεωρία του ατόμου, η οποία βασίζεται στο πλανητικό μοντέλο του ατόμου, τις κβαντικές έννοιες και τα αξιώματα που πρότεινε προσωπικά. Επιπλέον, ο Bohr μνημονεύεται για το σημαντικό έργο του σχετικά με τη θεωρία του ατομικού πυρήνα, τις πυρηνικές αντιδράσεις και τα μέταλλα. Ήταν ένας από τους συμμετέχοντες στη δημιουργία της κβαντικής μηχανικής. Εκτός από τις εξελίξεις στον τομέα της φυσικής, ο Bohr είναι ιδιοκτήτης μιας σειράς έργων για τη φιλοσοφία και τις φυσικές επιστήμες. Ο επιστήμονας πολέμησε ενεργά ενάντια στην ατομική απειλή. Το 1922 τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ.
Παιδική ηλικία
Ο μελλοντικός επιστήμονας Niels Bohr γεννήθηκε στην Κοπεγχάγη στις 7 Οκτωβρίου 1885. Ο πατέρας του, Κρίστιαν, ήταν καθηγητής φυσιολογίας σε τοπικό πανεπιστήμιο και η μητέρα του, Έλεν, καταγόταν από πλούσια εβραϊκή οικογένεια. Ο Νιλς είχε έναν μικρότερο αδερφό, τον Χάραλντ. Οι γονείς προσπάθησαν να κάνουν τα παιδικά χρόνια των γιων τους χαρούμενα και γεμάτα γεγονότα. θετικόςη επιρροή της οικογένειας, και ιδιαίτερα της μητέρας, έπαιξε σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των πνευματικών της ιδιοτήτων.
Εκπαίδευση
Ο Bohr έλαβε την πρωτοβάθμια εκπαίδευση στο Gammelholm School. Κατά τη διάρκεια των σχολικών του χρόνων, του άρεσε το ποδόσφαιρο, και αργότερα - το σκι και η ιστιοπλοΐα. Στα είκοσι τρία του, ο Μπορ αποφοίτησε από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, όπου θεωρήθηκε ως ένας εξαιρετικά προικισμένος ερευνητής φυσικός. Για την αποφοίτησή του σχετικά με τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης του νερού χρησιμοποιώντας τους κραδασμούς ενός πίδακα νερού, ο Niels βραβεύτηκε με χρυσό μετάλλιο από τη Βασιλική Ακαδημία Επιστημών της Δανίας. Έχοντας λάβει την εκπαίδευσή του, ο επίδοξος φυσικός Bor Niels παρέμεινε να εργάζεται στο πανεπιστήμιο. Εκεί πραγματοποίησε μια σειρά από σημαντικές μελέτες. Ένα από αυτά ήταν αφιερωμένο στην κλασική ηλεκτρονική θεωρία των μετάλλων και αποτέλεσε τη βάση της διδακτορικής διατριβής του Bohr.
Σκέφτομαι έξω από το πλαίσιο
Μια μέρα, ο πρόεδρος της Βασιλικής Ακαδημίας, Έρνεστ Ράδερφορντ, ζήτησε βοήθεια από έναν συνάδελφο από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης. Ο τελευταίος σκόπευε να δώσει στον μαθητή του τον χαμηλότερο βαθμό, όταν θεώρησε ότι του άξιζε τον βαθμό «άριστα». Και τα δύο μέρη της διαφοράς συμφώνησαν να βασιστούν στη γνώμη ενός τρίτου μέρους, ενός συγκεκριμένου διαιτητή, ο οποίος έγινε ο Ράδερφορντ. Σύμφωνα με την ερώτηση της εξέτασης, ο μαθητής έπρεπε να εξηγήσει πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα βαρόμετρο για τον προσδιορισμό του ύψους ενός κτιρίου.
Ο μαθητής απάντησε ότι για αυτό πρέπει να δέσετε ένα βαρόμετρο σε ένα μακρύ σχοινί, να σκαρφαλώσετε μαζί του στην οροφή του κτιρίου, να το κατεβάσετε στο έδαφος και να μετρήσετε το μήκος του σχοινιού που έχει κατέβει. Από τη μια η απάντηση ήταναπολύτως αληθινό και πλήρες, αλλά από την άλλη, είχε λίγα κοινά με τη φυσική. Τότε ο Ράδερφορντ πρότεινε στον μαθητή να προσπαθήσει ξανά να απαντήσει. Του έδωσε έξι λεπτά και προειδοποίησε ότι η απάντηση θα έπρεπε να απεικονίζει την κατανόηση των φυσικών νόμων. Πέντε λεπτά αργότερα, αφού άκουσε από τον μαθητή ότι διάλεγε την καλύτερη από πολλές λύσεις, ο Ράδερφορντ του ζήτησε να απαντήσει πριν από το χρονοδιάγραμμα. Αυτή τη φορά, ο μαθητής πρότεινε να ανέβουν στην ταράτσα με ένα βαρόμετρο, να το ρίξουν κάτω, να μετρήσουν την ώρα της πτώσης και, χρησιμοποιώντας έναν ειδικό τύπο, να βρουν το ύψος. Αυτή η απάντηση ικανοποίησε τον δάσκαλο, αλλά αυτός και ο Ρόδερφορντ δεν μπορούσαν να αρνηθούν στον εαυτό τους την ευχαρίστηση να ακούσουν τις υπόλοιπες εκδόσεις του μαθητή.
Η επόμενη μέθοδος βασίστηκε στη μέτρηση του ύψους της σκιάς του βαρόμετρου και του ύψους της σκιάς του κτιρίου και στη συνέχεια στην επίλυση της αναλογίας. Αυτή η επιλογή άρεσε στον Ράδερφορντ και ζήτησε με ενθουσιασμό από τον μαθητή να τονίσει τις υπόλοιπες μεθόδους. Τότε ο μαθητής του πρόσφερε την απλούστερη επιλογή. Απλώς έπρεπε να τοποθετήσετε το βαρόμετρο στον τοίχο του κτιρίου και να κάνετε σημάδια, και στη συνέχεια να μετρήσετε τον αριθμό των σημαδιών και να τα πολλαπλασιάσετε με το μήκος του βαρόμετρου. Ο μαθητής πίστευε ότι μια τόσο προφανής απάντηση δεν έπρεπε οπωσδήποτε να αγνοηθεί.
Για να μη θεωρηθεί αστείος στα μάτια των επιστημόνων, ο μαθητής πρότεινε την πιο εξελιγμένη επιλογή. Έχοντας δέσει ένα κορδόνι στο βαρόμετρο, είπε, πρέπει να το περιστρέψετε στη βάση του κτιρίου και στην οροφή του, μετρώντας το μέγεθος της βαρύτητας. Από τη διαφορά μεταξύ των ληφθέντων δεδομένων, εάν θέλετε, μπορείτε να μάθετε το ύψος. Επιπλέον, ταλαντεύοντας ένα εκκρεμές σε μια χορδή από την οροφή ενός κτιρίου, μπορεί κανείς να προσδιορίσει το ύψος από την περίοδο της μετάπτωσης.
Επιτέλους, ένας μαθητήςπροσφέρθηκε να βρει τον διαχειριστή του κτιρίου και, με αντάλλαγμα ένα υπέροχο βαρόμετρο, να μάθει το ύψος από αυτόν. Ο Ράδερφορντ ρώτησε αν ο μαθητής όντως δεν γνώριζε τη γενικά αποδεκτή λύση στο πρόβλημα. Δεν έκρυψε όσα ήξερε, αλλά παραδέχτηκε ότι είχε βαρεθεί με την επιβολή του τρόπου σκέψης του από τους καθηγητές στους μαθητές, στο σχολείο και στο κολέγιο, και την απόρριψη των μη τυποποιημένων λύσεων. Όπως πιθανότατα μαντέψατε, αυτός ο μαθητής ήταν ο Niels Bohr.
Μετακίνηση στην Αγγλία
Μετά από τρία χρόνια εργασίας στο πανεπιστήμιο, ο Μπορ μετακόμισε στην Αγγλία. Τον πρώτο χρόνο εργάστηκε στο Κέιμπριτζ με τον Τζόζεφ Τόμσον και στη συνέχεια μετακόμισε στον Έρνεστ Ράδερφορντ στο Μάντσεστερ. Το εργαστήριο του Ράδερφορντ εκείνη την εποχή θεωρούνταν το πιο εξαιρετικό. Πρόσφατα έγιναν πειράματα σε αυτό που οδήγησαν στην ανακάλυψη του πλανητικού μοντέλου του ατόμου. Πιο συγκεκριμένα, το μοντέλο ήταν τότε ακόμα στα σπάργανα.
Πειράματα σχετικά με τη διέλευση των σωματιδίων άλφα μέσω του φύλλου επέτρεψαν στον Ράδερφορντ να συνειδητοποιήσει ότι στο κέντρο του ατόμου υπάρχει ένας μικρός φορτισμένος πυρήνας, ο οποίος αντιπροσωπεύει σχεδόν ολόκληρη τη μάζα του ατόμου, και τα ελαφρά ηλεκτρόνια βρίσκονται γύρω το. Δεδομένου ότι το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, το άθροισμα των φορτίων των ηλεκτρονίων πρέπει να είναι ίσο με το μέτρο του φορτίου του πυρήνα. Το συμπέρασμα ότι το φορτίο του πυρήνα είναι πολλαπλάσιο του φορτίου του ηλεκτρονίου ήταν κεντρικό σε αυτή τη μελέτη, αλλά μέχρι στιγμής παρέμεινε ασαφές. Αντίθετα, έχουν εντοπιστεί ισότοπα – ουσίες που έχουν τις ίδιες χημικές ιδιότητες αλλά διαφορετικές ατομικές μάζες.
Ατομικός αριθμός στοιχείων. Νόμος της μετατόπισης
Δουλεύοντας στο εργαστήριο του Rutherford, ο Bohr συνειδητοποίησε ότι οι χημικές ιδιότητες εξαρτώνται από τον αριθμόηλεκτρόνια σε ένα άτομο, δηλαδή από το φορτίο του, όχι από τη μάζα, γεγονός που εξηγεί την ύπαρξη ισοτόπων. Αυτό ήταν το πρώτο σημαντικό επίτευγμα του Bohr σε αυτό το εργαστήριο. Δεδομένου ότι το σωματίδιο άλφα προσκολλάται σε έναν πυρήνα ηλίου με φορτίο +2, κατά τη διάσπαση άλφα (το σωματίδιο πετάει έξω από τον πυρήνα), το στοιχείο "παιδί" στον περιοδικό πίνακα θα πρέπει να τοποθετηθεί δύο κελιά προς τα αριστερά από το " μητέρα», και κατά τη διάσπαση βήτα (το ηλεκτρόνιο πετά έξω από τον πυρήνα) - ένα κύτταρο προς τα δεξιά. Έτσι διαμορφώθηκε ο «νόμος των ραδιενεργών μετατοπίσεων». Επιπλέον, ο Δανός φυσικός έκανε μια σειρά από πιο σημαντικές ανακαλύψεις που αφορούσαν το ίδιο το μοντέλο του ατόμου.
Μοντέλο Rutherford-Bohr
Αυτό το μοντέλο ονομάζεται επίσης πλανητικό, επειδή σε αυτό τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα, όπως και οι πλανήτες γύρω από τον Ήλιο. Αυτό το μοντέλο είχε μια σειρά από προβλήματα. Το γεγονός είναι ότι το άτομο σε αυτό ήταν καταστροφικά ασταθές και έχασε ενέργεια σε ένα εκατοστό εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Στην πραγματικότητα, αυτό δεν συνέβη. Το πρόβλημα που προέκυψε φαινόταν άλυτο και απαιτούσε μια ριζικά νέα προσέγγιση. Εδώ απέδειξε τον εαυτό του ο Δανός φυσικός Bor Niels.
Ο
Ο Bohr πρότεινε ότι, αντίθετα με τους νόμους της ηλεκτροδυναμικής και της μηχανικής, υπάρχουν τροχιές στα άτομα που κινούνται κατά μήκος των οποίων τα ηλεκτρόνια δεν ακτινοβολούν. Μια τροχιά είναι σταθερή αν η γωνιακή ορμή ενός ηλεκτρονίου που βρίσκεται πάνω της είναι ίση με το ήμισυ της σταθεράς του Planck. Η ακτινοβολία εμφανίζεται, αλλά μόνο τη στιγμή της μετάβασης ενός ηλεκτρονίου από τη μια τροχιά στην άλλη. Όλη η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση παρασύρεται από το κβάντο ακτινοβολίας. Ένα τέτοιο κβάντο έχει ενέργεια ίση με το γινόμενο της συχνότητας περιστροφής και της σταθεράς του Planck, ή τη διαφορά μεταξύ της αρχικής και τηςτην τελική ενέργεια του ηλεκτρονίου. Έτσι, ο Bohr συνδύασε το έργο του Rutherford και την ιδέα των κβαντών, που προτάθηκε από τον Max Planck το 1900. Μια τέτοια ένωση έρχονταν σε αντίθεση με όλες τις διατάξεις της παραδοσιακής θεωρίας, και ταυτόχρονα, δεν την απέρριπτε εντελώς. Το ηλεκτρόνιο θεωρήθηκε ως υλικό σημείο που κινείται σύμφωνα με τους κλασικούς νόμους της μηχανικής, αλλά μόνο εκείνες οι τροχιές που πληρούν τις «συνθήκες κβαντισμού» «επιτρέπονται». Σε τέτοιες τροχιές, οι ενέργειες ενός ηλεκτρονίου είναι αντιστρόφως ανάλογες με τα τετράγωνα των αριθμών τροχιάς.
Παραγωγή από τον "κανόνα συχνότητας"
Με βάση τον «κανόνα των συχνοτήτων», ο Bohr κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι συχνότητες της ακτινοβολίας είναι ανάλογες με τη διαφορά μεταξύ των αντίστροφων τετραγώνων των ακεραίων. Προηγουμένως, αυτό το μοτίβο καθιερώθηκε από φασματογράφους, αλλά δεν βρήκε μια θεωρητική εξήγηση. Η θεωρία του Niels Bohr κατέστησε δυνατή την εξήγηση του φάσματος όχι μόνο του υδρογόνου (το απλούστερο από τα άτομα), αλλά και του ηλίου, συμπεριλαμβανομένου του ιονισμένου. Ο επιστήμονας απεικόνισε την επίδραση της κίνησης του πυρήνα και προέβλεψε πώς γεμίζουν τα κελύφη ηλεκτρονίων, γεγονός που κατέστησε δυνατή την αποκάλυψη της φυσικής φύσης της περιοδικότητας των στοιχείων στο σύστημα Mendeleev. Για αυτές τις εξελίξεις, ο Bohr τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1922.
Ινστιτούτο Bohr
Μετά την ολοκλήρωση του έργου του Ράδερφορντ, ο ήδη αναγνωρισμένος φυσικός Μπορ Νιλς επέστρεψε στην πατρίδα του, όπου προσκλήθηκε το 1916 ως καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης. Δύο χρόνια αργότερα, έγινε μέλος της Βασιλικής Δανικής Εταιρείας (το 1939, ο επιστήμονας ήταν επικεφαλής της).
Το 1920, ο Bohr ίδρυσε το Ινστιτούτο Θεωρητικώνφυσικής και έγινε ο ηγέτης της. Οι αρχές της Κοπεγχάγης, σε αναγνώριση των προσόντων του φυσικού, του παρείχαν το κτίριο του ιστορικού «Brewer's House» για το ινστιτούτο. Το Ινστιτούτο ανταποκρίθηκε σε όλες τις προσδοκίες, διαδραματίζοντας εξαιρετικό ρόλο στην ανάπτυξη της κβαντικής φυσικής. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι προσωπικές ιδιότητες του Μπορ έπαιξαν καθοριστικό ρόλο σε αυτό. Περιβαλλόταν από ταλαντούχους υπαλλήλους και μαθητές, τα όρια μεταξύ των οποίων ήταν συχνά αόρατα. Το Ινστιτούτο του Μπορ ήταν διεθνές, οι άνθρωποι προσπαθούσαν να πέσουν σε αυτό από παντού. Ανάμεσα στους διάσημους ανθρώπους της σχολής του Bohr είναι οι: F. Bloch, W. Weisskopf, H. Casimir, O. Bora, L. Landau, J. Wheeler και πολλοί άλλοι.
Ο Γερμανός επιστήμονας Werne Heisenberg επισκέφτηκε τον Bohr περισσότερες από μία φορές. Την εποχή που δημιουργήθηκε η «αρχή της αβεβαιότητας», ο Erwin Schrödinger, ο οποίος ήταν υποστηρικτής της αμιγώς κυματικής άποψης, συζήτησε με τον Bohr. Τα θεμέλια μιας ποιοτικά νέας φυσικής του εικοστού αιώνα διαμορφώθηκαν στον πρώην Οίκο του Μπύρας, ένα από τα βασικά πρόσωπα του οποίου ήταν ο Niels Bohr.
Το μοντέλο του ατόμου που προτάθηκε από τον Δανό επιστήμονα και τον μέντορά του Rutherford ήταν ασυνεπές. Ένωσε τα αξιώματα της κλασικής θεωρίας και τις υποθέσεις που την αντέκρουαν σαφώς. Προκειμένου να εξαλειφθούν αυτές οι αντιφάσεις, ήταν απαραίτητο να αναθεωρηθούν ριζικά οι κύριες διατάξεις της θεωρίας. Τα άμεσα πλεονεκτήματα του Μπορ, η εξουσία του στους επιστημονικούς κύκλους και απλώς η προσωπική του επιρροή έπαιξαν σημαντικό ρόλο προς αυτή την κατεύθυνση. Το έργο του Niels Bohr έδειξε ότι για να αποκτήσετε μια φυσική εικόνα του μικροκόσμου, η προσέγγιση που χρησιμοποιείται με επιτυχία για τον "κόσμο των μεγάλων πραγμάτων" δεν είναι κατάλληλη και έγινεένας από τους ιδρυτές αυτής της προσέγγισης. Ο επιστήμονας εισήγαγε έννοιες όπως "ανεξέλεγκτη επίδραση των διαδικασιών μέτρησης" και "πρόσθετες ποσότητες".
Κβαντική θεωρία της Κοπεγχάγης
Η πιθανολογική (γνωστή και ως Κοπεγχάγη) ερμηνεία της κβαντικής θεωρίας, καθώς και η μελέτη των πολλών «παράδοξων» της, συνδέεται με το όνομα του Δανού επιστήμονα. Σημαντικό ρόλο εδώ έπαιξε η συζήτηση του Μπορ με τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος δεν του άρεσε η κβαντική φυσική του Μπορ σε μια πιθανολογική ερμηνεία. Η «αρχή της αντιστοιχίας», που διατύπωσε ο Δανός επιστήμονας, έπαιξε σημαντικό ρόλο στην κατανόηση των προτύπων του μικρόκοσμου και της αλληλεπίδρασής τους με την κλασική (μη κβαντική) φυσική.
Πυρηνικό θέμα
Ξεκινώντας να μελετά την πυρηνική φυσική υπό τον Rutherford, ο Bohr έδωσε μεγάλη προσοχή στα πυρηνικά θέματα. Το 1936, πρότεινε τη θεωρία του σύνθετου πυρήνα, η οποία σύντομα δημιούργησε το μοντέλο πτώσης, το οποίο έπαιξε σημαντικό ρόλο στη μελέτη της πυρηνικής σχάσης. Συγκεκριμένα, ο Bohr προέβλεψε την αυθόρμητη σχάση των πυρήνων ουρανίου.
Όταν οι Ναζί κατέλαβαν τη Δανία, ο επιστήμονας μεταφέρθηκε κρυφά στην Αγγλία και στη συνέχεια στην Αμερική, όπου, μαζί με τον γιο του Oge, εργάστηκε στο Manhattan Project στο Los Alamos. Στα μεταπολεμικά χρόνια, ο Bohr αφιέρωσε πολύ χρόνο σε ζητήματα ελέγχου των πυρηνικών όπλων και της ειρηνικής χρήσης των ατόμων. Συμμετείχε στη δημιουργία του κέντρου για την πυρηνική έρευνα στην Ευρώπη και μάλιστα έστρεψε τις ιδέες του στον ΟΗΕ. Με βάση το γεγονός ότι ο Μπορ δεν αρνήθηκε να συζητήσει ορισμένες πτυχές του «πυρηνικού έργου» με Σοβιετικούς φυσικούς, το θεώρησε επικίνδυνομονοπωλιακή κατοχή πυρηνικών όπλων.
Άλλα γνωστικά πεδία
Επιπλέον, ο Niels Bohr, του οποίου η βιογραφία πλησιάζει στο τέλος του, ενδιαφέρθηκε επίσης για θέματα που σχετίζονται με τη φυσική, ιδιαίτερα τη βιολογία. Ενδιαφερόταν επίσης για τη φιλοσοφία της φυσικής επιστήμης.
Ένας εξαιρετικός Δανός επιστήμονας πέθανε από καρδιακή προσβολή στις 18 Οκτωβρίου 1962 στην Κοπεγχάγη.
Συμπέρασμα
Ο Niels Bohr, του οποίου οι ανακαλύψεις σίγουρα άλλαξαν τη φυσική, απολάμβανε μεγάλη επιστημονική και ηθική εξουσία. Η επικοινωνία μαζί του, έστω και φευγαλέα, έκανε ανεξίτηλη εντύπωση στους συνομιλητές. Η ομιλία και η γραφή του Μπορ έδειξαν ότι επέλεξε προσεκτικά τα λόγια του για να απεικονίσει τις σκέψεις του όσο το δυνατόν ακριβέστερα. Ο Ρώσος φυσικός Vitaly Ginzburg αποκάλεσε τον Bohr απίστευτα λεπτό και σοφό.
