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玻尔·尼尔斯·亨利克·大卫。 一位科学家的传记
爱因斯坦曾说：“玻尔作为一个有思想的科学家，令人惊讶的魅力在于勇气和谨慎的罕见融合；很少有人能如此直观地把握隐藏事物的本质，并结合敏锐的批评。他无疑是我们这个时代最伟大的科学思想家之一。” 丹麦物理学家尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔于 7 年 1885 月 1903 日出生于哥本哈根，是克里斯蒂安·玻尔和艾伦 (nee Adler) 玻尔三个孩子中的老二。 他的父亲是哥本哈根大学著名的生理学教授； 他的母亲来自一个在银行、政治和知识界享有盛誉的犹太家庭。 他们的家是激烈的科学和哲学问题讨论的中心，玻尔终其一生都在思考他的工作的哲学含义。 他在哥本哈根的 Gammelholm 文法学校学习，并于 XNUMX 年毕业。 玻尔和他成为著名数学家的兄弟哈拉尔德在学生时代都是狂热的足球运动员。 后来，尼尔斯喜欢上了滑雪和航海。 在那些年里，哈拉尔德比尼尔斯的名气要大得多，虽然与其说是一位才华横溢的科学家，但作为丹麦最好的足球运动员之一。 多年来，他在大联盟球队中担任中卫，并于 1908 年参加了伦敦奥运会，丹麦获得了银牌。 尼尔斯也是一位充满激情的足球运动员，但他从未超越过大联盟球队的替补守门员，尽管他只在非常罕见的比赛中担任过这个角色。 “当然，尼尔斯打得很好，但他经常迟到离开大门，”哈拉尔德开玩笑说。 如果在学校里尼尔斯·玻尔被普遍认为是一个能力一般的学生，那么在哥本哈根大学他的天赋很快就让他谈论自己。 1904 年 XNUMX 月，Helga Lund 写信给她的挪威朋友： “顺便说一句，关于天才。我每天都会遇到一个。这就是尼尔斯·玻尔，我已经告诉过你了，他的非凡能力越来越明显。这是世界上最优秀、最谦虚的人。他有一个兄弟Harald，他几乎和他一样有天赋，是个数学系的学生。我从来没有见过两个如此形影不离、如此相爱的人。他们都很年轻，一个17岁，另一个19岁，但我更喜欢只和他们，因为他们非常愉快。” 尼尔斯确实被认为是一位非常有能力的研究人员。 在他的毕业项目中，他通过水射流的振动确定了水的表面张力，为他赢得了丹麦皇家科学院的金质奖章。 1907年，他成为了一名单身汉。 1909年获得哥本哈根大学硕士学位。 他关于金属中电子理论的博士论文被认为是一项精湛的理论研究。 除其他外，它揭示了经典电动力学无法解释金属中的磁现象。 这项研究帮助玻尔在其科学生涯的早期阶段意识到，经典理论无法完全描述电子的行为。 1911 年获得博士学位后，玻尔前往英国剑桥大学与 1897 年发现电子的 J.J.汤姆森一起工作。 诚然，那时汤姆森已经开始处理其他话题，他对玻尔的论文和其中包含的结论几乎没有兴趣。 起初，玻尔缺乏英语知识，因此，在抵达英国后，他立即开始阅读大卫科波菲尔的原著。 以他一贯的耐心，他在字典里查了每一个词，他怀疑的丹麦语对应的词，特别为此他给自己买了一本字典，它在所有有疑问的情况下都对他有用。 博尔后来一生都没有与这本红色词典分开。 很快，玻尔的人生发生了决定性的转折：1912 月，在卡文迪许实验室举行的年度庆祝晚宴上，他第一次见到了欧内斯特·卢瑟福。 虽然当时玻尔没有亲自见过他，但卢瑟福给他留下了深刻的印象。 玻尔对曼彻斯特大学欧内斯特·卢瑟福的工作产生了兴趣。 卢瑟福和他的同事们研究了元素的放射性和原子的结构。 XNUMX 年初，玻尔搬到曼彻斯特几个月，并积极投身于这些研究。 他从卢瑟福提出的原子核模型中推导出了许多结果，该模型尚未得到广泛认可。 在与卢瑟福和其他科学家的讨论中，玻尔提出了导致他创建自己的原子结构模型的想法。 1910 年，尼尔斯遇到了玛格丽特·奈伦德，尼尔斯·埃里克·纳伦德的妹妹，哈拉尔德·波尔同志，斯拉格尔斯药剂师阿尔弗雷德·纳伦德的女儿。 1911年，他们订婚了。 1912 年夏天，玻尔回到哥本哈根，成为哥本哈根大学的助理教授。 同年 1 月 XNUMX 日，在玻尔第一次到卢瑟福进行短期学习旅行回来四天后，他与玛格丽特结婚。 他们的蜜月带他们去了英国，在剑桥逗留一周后，这对年轻夫妇访问了卢瑟福。 尼尔斯·玻尔 (Niels Bohr) 将阿尔法粒子减速的工作留给了他，该工作在回国前不久就开始了。 Niels Bohr 与 Margaret Nerlund 的婚姻给他们带来了真正的幸福——他们对彼此意义重大。 玛格丽特·玻尔成为她丈夫真正不可或缺的支持者，不仅因为她的性格、智慧和生活知识的力量，更重要的是，这要归功于她无限的奉献精神。 他们有六个儿子，其中一个，奥格·玻尔，也成为了著名的物理学家。 博尔的另一个儿子汉斯后来写道： “......不可能不注意到母亲在我们家中扮演的角色。她的意见对她父亲来说是决定性的，他的生命就是她的生命。无论如何 - 无论大小 - 她都参与其中，当然，是必要时最接近她父亲的顾问做出决定。” 在接下来的两年里，玻尔继续研究与原子核模型相关的问题。 卢瑟福认为原子由一个带正电的原子核组成，带负电的电子围绕该原子核在轨道上旋转。 根据经典电动力学，轨道电子必须不断失去能量。 逐渐地，电子应该向原子核旋转，最后落在它上面，这将导致原子的破坏。 事实上，原子非常稳定，因此在经典理论中存在差距。 玻尔对经典物理学这个明显的悖论特别感兴趣，因为这太让人想起他在写论文时遇到的困难。 他认为，解决这个悖论的可能方法在于量子理论。 玻尔将新的量子理论应用于原子结构问题，提出电子有一些允许的稳定轨道，在这些轨道上它们不辐射能量。 只有当电子从一个轨道移动到另一个轨道时，它才会获得或失去能量，而能量变化的量恰好等于两个轨道之间的能量差。 粒子只能有特定轨道的想法是革命性的，因为根据经典理论，它们的轨道可以位于离原子核的任何距离，就像行星原则上可以在任何围绕太阳的轨道上旋转一样。 虽然玻尔模型看起来很奇怪而且有点神秘，但它解决了长期以来困扰物理学家的问题。 特别是，它提供了分离元素光谱的关键。 当来自发光元素（例如由氢原子组成的加热气体）发出的光通过棱镜时，它不会产生包含所有颜色的连续光谱，而是会产生一系列离散的亮线，这些亮线被更宽的暗区隔开。 根据玻尔的理论，每条明亮的彩色线（即每个单独的波长）对应于电子从一个允许的轨道移动到另一个低能量轨道时发出的光。 玻尔推导出了氢谱线频率的公式，其中包含普朗克常数。 频率乘以普朗克常数等于电子进行跃迁的初始轨道和最终轨道之间的能量差。 玻尔的理论发表于 1913 年，使他声名鹊起。 他的原子模型被称为玻尔原子。 卢瑟福立即意识到玻尔工作的重要性，为他提供了曼彻斯特大学的讲师职位，玻尔从 1914 年到 1916 年担任该职位。 1916 年，他接任哥本哈根大学为他设立的教授职位，继续研究原子结构。 1920年，他在哥本哈根创立了理论物理研究所。 除了第二次世界大战期间，玻尔不在丹麦时，他一直领导着这个研究所，直到他生命的尽头。 在他的领导下，该研究所在量子力学（物质和能量的波和粒子方面的数学描述）的发展中发挥了主导作用。 在 XNUMX 年代，玻尔的原子模型被一个更复杂的量子力学模型所取代，该模型主要基于他的学生和同事的研究。 然而，玻尔原子作为原子结构世界和量子理论世界之间的桥梁发挥了重要作用。 玻尔获得了 1922 年的诺贝尔物理学奖，“以表彰他对研究原子结构及其发射的辐射的贡献”。 在获奖者的演讲中，瑞典皇家科学院院士 Svante Arrhenius 指出，玻尔的发现“使他的理论思想与詹姆斯·克拉克·麦克斯韦经典假设的理论思想大相径庭”。 Arrhenius 补充说，玻尔的原则“有望在未来的研究中取得丰硕成果”。 1924 年，玻尔在 Lunnen 买下了一座庄园。 在这里，在一片美丽的草地上，他真的很喜欢休息。 他与妻子和孩子一起骑自行车穿过树林，在海里游泳，踢足球。 在 XNUMX 年代，这位科学家对后来被称为量子力学的哥本哈根解释做出了决定性的贡献。 基于维尔纳·海森堡的测不准原理，哥本哈根解释的出发点是，我们在日常宏观世界中熟悉的严格的因果规律不适用于原子内现象，原子内现象只能解释为概率术语。 例如，即使在原则上也无法预先预测电子的轨迹； 相反，可以指定每个可能轨迹的概率。 玻尔还阐述了决定量子力学发展的两个基本原理：对应原理和互补原理。 对应原理指出，宏观世界的量子力学描述必须与其在经典力学框架内的描述相对应。 互补性原则指出，物质和辐射的波和微粒性质是相互排斥的性质，尽管这两种表示都是理解自然的必要组成部分。 波或粒子行为可能出现在某种类型的实验中，但从未观察到混合行为。 在接受了两种明显矛盾的解释并存后，我们被迫放弃视觉模型——这就是玻尔在他的诺贝尔演讲中表达的思想。 他说，在处理原子世界时，“我们必须谦虚地进行探究，满足于形式上的概念，因为它们缺乏我们如此熟悉的视觉画面。” 玻尔的工作方法对许多人来说似乎很不寻常。 但经过更深入的了解，很明显他完全符合他的科学信条。 除了私人信件和简短的笔记，玻尔本人只写了几篇文章。 最重要的是，当他不写作而是口授时，他的想法就奏效了。 此外，博尔总是需要一个可以与他讨论问题的人在场。 这种活生生的音板是工作的必要前提，是检验论证强度的一种手段。 他感到内心需要批评，对任何批评性陈述的反应都非常尖锐。 通常在讨论过程中，他能够以最好的方式表达他的想法。 玻尔贪婪地抓住每一个关于用词选择的公平评论，并心甘情愿地对文本进行修改。 三十年代，玻尔转向核物理学。 恩里科·费米和他的合作者研究了中子轰击原子核的结果。 玻尔和其他一些科学家提出了原子核的液滴模型，与许多观察到的反应一致。 该模型将不稳定的重原子核的行为与裂变液滴的行为进行了比较，使 Otto R. Frisch 和 Lise Meitner 在 1938 年末开发了一个理解核裂变的理论框架。 二战前夕裂变的发现立即引起了人们对如何利用裂变释放巨大能量的猜测。 在 1939 年初访问普林斯顿期间，玻尔确定铀的一种常见同位素铀 235 是一种裂变材料，对原子弹的发展产生了重大影响。 战争初期，在德国占领丹麦的条件下，玻尔继续在哥本哈根研究核裂变的理论细节。 然而，29 年 1943 月 XNUMX 日，玻尔一再被告知德国决定逮捕他和他的全家，因为这与即将将丹麦犹太人驱逐到德国有关。 幸运的是，他设法采取了必要的措施，并于当晚与妻子、兄弟哈拉尔德和其他家人一起穿越到瑞典。 从那里，他和他的儿子奥格乘坐英国军用飞机的空弹舱飞往英国。 尽管玻尔认为制造原子弹在技术上是不可行的，但制造这种炸弹的工作已经在美国进行，盟军需要他的帮助。 1943 年底，尼尔斯和奥格·玻尔前往洛斯阿拉莫斯参与曼哈顿计划。 博尔前辈在制造炸弹的过程中取得了多项技术进步，被认为是许多在那里工作的科学家中的长者； 然而，在战争结束时，他非常担心未来使用原子弹的后果。 他会见了美国总统富兰克林·D·罗斯福和英国首相温斯顿·丘吉尔，试图说服他们在新武器问题上对苏联开诚布公，并推动建立战后军控体系。 然而，他的努力并没有成功。 战后，玻尔回到理论物理研究所，并在他的领导下不断壮大，他帮助创立了 CERN（欧洲核研究中心），并在 1950 年代在其科学计划中发挥了积极作用。 他还参与了在哥本哈根成立北欧理论原子物理研究所（Nordita），这是斯堪的纳维亚国家的统一科学中心。 在这些年里，这位科学家继续在媒体上为和平利用核能发声，并警告核武器的危险。 XNUMX年，他向联合国发出公开信，重申他在战时呼吁建立“开放世界”和国际军备控制。 博尔身材高大，富有幽默感，以友善和好客着称。 据说和玻尔下棋是绝对不可能的。 每当对手走得不好时，玻尔就把棋子放回原来的位置，让他重放。 这个故事显然是虚构的，但它非常符合玻尔的精神，他喜欢诙谐的故事，并相信一个好故事不一定是真的。 在这方面，玻尔曾引用一位德国同事的话，据称他说：“但是，我亲爱的朋友，如果你要讲一个非常有趣的故事，你不必太拘泥于事实！” 7 年 1955 月 70 日，尼尔斯·玻尔 14 岁。 值此之际，XNUMX 月 XNUMX 日举行了隆重的会议，国王出席了会议。 总统感谢国王参加会议和对协会的支持。 国王宣布他已授予总统丹尼布洛格一等勋章。 在达到强制退休年龄后，玻尔辞去了哥本哈根大学教授的职务，但仍担任理论物理研究所所长。 在他生命的最后几年，他继续为量子物理学的发展做出贡献，并对分子生物学这个新领域表现出极大的兴趣。 由于他在这个方向上的努力，他获得了福特基金会于 1957 年设立的首个和平原子奖。 由于心脏病发作，玻尔于 18 年 1962 月 XNUMX 日在哥本哈根的家中去世。 作者：萨明 D.K.
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