Дацкая фізік Бор Нільс: біяграфія, адкрыцця

Нільс Бор - дацкая фізік і грамадскі дзеяч, адзін з заснавальнікаў фізікі ў сучасным выглядзе. Быў заснавальнікам і кіраўніком Капенгагенскага Інстытута тэарэтычнай фізікі, стваральнікам сусветнай навуковай школы, а таксама замежным членам акадэміі навук СССР. У гэтым артыкуле будуць разгледжаны гісторыя жыцця Нільса Бора і яго асноўныя дасягненні.

заслугі

Дацкая Фізік Бор Нільс заснаваў тэорыю атама, якая грунтуецца на планетарнай мадэлі атама, квантавых паняццяў і прапанаваных ім асабіста пастулатах. Акрамя таго, Бор запомніўся важнымі працамі па тэорыі атамнага ядра, ядзерных рэакцый і металаў. Ён быў адным з удзельнікаў стварэння квантавай механікі. Акрамя напрацовак у галіне фізікі, Бору належыць шэраг прац па філасофіі і прыродазнаўстве. Вучоны актыўна змагаўся з атамнай пагрозай. У 1922 годзе яго ўзнагародзілі Нобелеўскай прэміяй.

дзяцінства

Будучы навуковец Нільс Бор нарадзіўся ў горадзе Капенгагене 7 кастрычніка 1885 года. Яго бацька Крысціян быў прафесарам фізіялогіі ў мясцовым універсітэце, а маці Элен паходзіла з заможнай яўрэйскай сям'і. У Нільса быў малодшы брат Харальд. Бацькі пастараліся зрабіць дзяцінства сыноў шчаслівым і насычаным. Станоўчы ўплыў сям'і, і ў прыватнасці маці, адыграла важную ролю ў станаўленні іх душэўных якасцяў.

адукацыя

Пачатковую адукацыю Бор атрымаў у Гаммельхольмской школе. У школьныя гады ён захапляўся футболам, а пазней - лыжных і ветразным спортам. У дваццаць тры гады Бор стаў выпускніком Капенгагенскага ўніверсітэта, у якім яго лічылі незвычайна таленавітым фізікам-даследчыкам. За дыпломны праект, прысвечаны вызначэнню павярхоўнага нацяжэння вады з дапамогай вібрацый воднай бруі, Нільса ўзнагародзілі залатым медалём ад Дацкай каралеўскай акадэміі навук. Атрымаўшы адукацыю, пачатковец фізік Бор Нільс застаўся працаваць ва універсітэце. Там ён ажыццявіў шэраг важнейшых даследаванняў. Адно з іх было прысвечана класічнай электроннай тэорыі металаў і легла ў аснову доктарскай дысертацыі Бора.

Нестандартнае мысленне

Аднойчы да прэзідэнта Каралеўскай акадэміі, Эрнэст Радэрфорд, звярнуўся па дапамогу калега з Капенгагенскага ўніверсітэта. Апошні меў намер паставіць свайму студэнту самую нізкую адзнаку, у той час як той лічыў, што заслугоўвае ацэнкі «выдатна». Абодва ўдзельніка спрэчкі пагадзіліся разлічваць на меркаванне трэцяй асобы, няма каго арбітра, якім і стаў Радэрфорд. Згодна з экзамэнацыйных пытаньнях, студэнт павінен быў растлумачыць, як з дапамогай барометра можна вызначыць вышыню будынка.

Студэнт адказаў, што для гэтага трэба прывязаць барометр да доўгай вяроўцы, падняцца з ім на дах будынка, апусціць яго да зямлі і замяраць даўжыню вяроўкі якая пайшла ўніз. З аднаго боку, адказ быў абсалютна верным і поўным, але з другога - ён меў мала агульнага з фізікай. Тады Радэрфорд прапанаваў студэнту яшчэ раз паспрабаваць адказаць. Ён даў яму шэсць хвілін, і папярэдзіў, што адказ павінен ілюстраваць разуменне фізічных законаў. Праз пяць хвілін, пачуўшы ад студэнта, што ён выбірае лепшыя з некалькіх рашэнняў, Радэрфорд папрасіў яго датэрмінова адказаць. На гэта раз студэнт прапанаваў падняцца з барометрам на дах, скінуць яго ўніз, замяраць час падзення і, скарыстаўшыся спецыяльнай формулай, высветліць вышыню. Гэты адказ задаволіў выкладчыка, аднак ён з Резерфордом не маглі адмовіць сабе ў задавальненні праслухаць астатнія версіі студэнта.

Наступны спосаб быў заснаваны на вымярэнні вышыні цені барометра і вышыні цені будынка, з наступным рашэннем прапорцыі. Гэта варыянт спадабаўся Рэзерфорда, і ён з энтузіязмам папрасіў студэнта асвятліць тыя, што засталіся спосабы. Тады студэнт прапанаваў яму самы просты варыянт. Трэба было проста прыкладаць барометр да сцяны будынка і рабіць адзнакі, а затым злічыць колькасць адзнак і памножыць іх на даўжыню барометра. Студэнт лічыў, што гэтак відавочны адказ дакладна нельга выпускаць з-пад увагі.

Каб не праславіцца ў вачах навукоўцаў жартаўніком, студэнт прапанаваў і самы выдасканалены варыянт. Прывязаўшы да барометру шнурок - распавядаў ён, - трэба разгайдаць яго ў падставы будынка і на яго даху, замёршы велічыню гравітацыі. З розніцы паміж атрыманымі дадзенымі, пры жаданні можна даведацца вышыню. Акрамя таго, разгойдваючы ківач на шнурку з даху будынка, можна вызначыць вышыню па перыядзе прэцэсіі.

Нарэшце, студэнт прапанаваў знайсці кіраўніка будынкі і ўзамен на выдатны барометр выведаць у яго вышыню. Радэрфорд спытаў, няўжо студэнт і сапраўды не ведае агульнапрынятага рашэння задачы. Ён не стаў хаваць, што ведае, але прызнаўся, што сыты па горла навязваннем настаўнікамі свайго ладу мыслення падапечным, у школе і каледжы, і отверганием імі нестандартных рашэнняў. Як вы напэўна здагадаліся, гэтым студэнтам быў Нільс Бор.

Пераезд у Англію

Прапрацаваўшы ў універсітэце тры гады, Бор пераехаў у Англію. Першы год ён працаваў у Кембрыджы ў Джозэфа Томсана, затым перабраўся да Эрнэст Радэрфорд ў Манчэстэр. Лабараторыя Рэзерфорда на той момант лічылася найбольш выбітнай. Апошнім часам у ёй праходзілі эксперыменты, якія спарадзілі адкрыццё планетарнай мадэлі атама. Дакладней, мадэль тады знаходзілася яшчэ на стадыі станаўлення.

Досведы па праходжанні альфа-часціц праз фальгу дазволілі Рэзерфорда ўсвядоміць, што ў цэнтры атама размяшчаецца невялікае зараджанае ядро, на якое прыпадае ці ледзь уся маса атама, а вакол яго размяшчаюцца лёгкія электроны. Так як атам электронейтрален, сума зарадаў электронаў павінна раўняцца модулю зарада ядра. Заключэнне аб тым, што зарад ядра кратны зараду электрона было цэнтральным у гэтым даследаванні, але пакуль што заставалася незразумелым. Затое былі выяўлены ізатопы - рэчывы, якія маюць аднолькавыя хімічныя ўласцівасці, але розную атамную масу.

Атамны нумар элементаў. закон зрушэння

Працуючы ў лабараторыі Рэзерфорда, Бор зразумеў, што хімічныя ўласцівасці залежаць ад колькасці электронаў у атаме, гэта значыць ад яго зарада, а не масы, што і тлумачыць існавання ізатопаў. Гэта стала першым важным дасягненнем Бора ў гэтай лабараторыі. Так як альфа-часціца прыстаўляе сабой ядро гелія з зарадам +2, пры альфа-распадзе (часціца вылятае з ядра) «даччыны» элемент у табліцы Мендзялеева павінен размяшчацца лявей на дзве клеткі чым «мацярынскі», а пры бэта-распадзе (электрон вылятае з ядра) - правей на адну клетачку. Так быў сфарміраваны «закон радыеактыўных зрушэнняў». Далей дацкая фізік зрабіў шэраг больш важных адкрыццяў, якія тычыліся самой мадэлі атама.

Мадэль Рэзерфорда-Бора

Гэтую мадэль таксама называюць планетарнай, бо ў ёй электроны круцяцца вакол ядра падобна таму, як планеты вакол Сонца. Такая мадэль мела шэраг праблем. Справа ў тым, што атам у ёй быў катастрафічна няўстойлівы, і губляў энергію за стомільённы долю секунды. У рэчаіснасці ж такога не адбывалася. Якая ўзнікла праблема здавалася невырашальнай і патрабавала радыкальна новага падыходу. Тут і праявіў сябе дацкая фізік Бор Нільс.

Бор выказаў здагадку, што, насуперак законам электрадынамікі і механікі, у атамах ёсць арбіты, перамяшчаючыся па якіх электроны ня выпраменьваюць. Арбіта стабільная, калі момант колькасці рухаў электрона які знаходзіцца на ёй роўны палове пастаяннай Планка. Выпраменьванне адбываецца, але толькі ў момант пераходу электрона з адной арбіты на іншую. Уся энергія, якая пры гэтым вызваляецца, выносіцца квантаў выпраменьвання. Такі квант мае энергію, роўную твору частоты кручэння на пастаянную Планка, ці рознасці паміж пачатковай і канчатковай энергіяй электрона. Такім чынам, Бор аб'яднаў напрацоўкі Рэзерфорда і ідэю квантаў, якая была прапанаваная Максам Планкам ў 1900 годзе. Такое аб'яднанне супярэчыла ўсім палажэнням традыцыйнай тэорыі, і ў той жа самы час, не ахоплівала яе цалкам. Электрон быў разгледжаны як матэрыяльны пункт, якая рухаецца па класічных законам механікі, але «дазволенымі» з'яўляюцца толькі тыя арбіты, якія выконваюць «умовам квантавання». На такіх арбітах, энергіі электрона назад прапарцыйныя квадрат нумароў арбіт.

Вывад з «правілы частот»

Абапіраючыся на «правіла частот», Бор зрабіў выснову, што частоты выпраменьвання прапарцыйныя рознасці паміж зваротнымі квадратамі цэлых лікаў. Раней гэтая заканамернасць была ўсталяваная спектроскопистами, аднак не знаходзіла тэарэтычнага тлумачэння. Тэорыя Нільса Бора дазваляла растлумачыць спектр не толькі вадароду (найпростага з атамаў), але і гелія, у тым ліку іянізаванага. Вучоны праілюстраваў ўплыў содвижения ядра і прадбачыў, як запаўняюцца электронныя абалонкі, што дазволіла выявіць фізічную прыроду перыядычнасці элементаў сістэме Мендзялеева. За гэтыя напрацоўкі, у 1922 г. Бор быў ганараваны Нобелеўскай прэміі.

інстытут Бора

Па завяршэнні работ ў Радэрфорда ўжо прызнаны фізік Бор Нільс вярнуўся на радзіму, куды яго запрасілі ў 1916 г. прафесарам у капенгагенскі універсітэт. Праз два гады ён стаў членам Дацкага каралеўскага таварыства (ў 1939 годзе навуковец ўзначаліў яго).

У 1920 году Бор заснаваў Інстытут тэарэтычнай фізікі і стаў яго кіраўніком. Улады Капенгагена, у знак прызнання заслуг фізіка, далі яму для інстытута будынак гістарычнага «Дома Півавара». Інстытут апраўдаў усе чаканні, згуляўшы ў развіцці квантавай фізікі выдатную ролю. Варта адзначыць, што галоўнае значэнне ў гэтым мелі асабістыя якасці Бора. Ён атачыў сябе таленавітымі супрацоўнікамі і вучнямі, межы паміж якімі часта былі непрыкметныя. Інстытут Бора быў інтэрнацыянальны, у яго імкнуліся апасці адусюль. Сярод знакамітых выхадцаў Бароўскай школы можна вылучыць: Ф. Блыха, В. Вайскопф, Х. Казіміра, О. Бора, Л. Ландау, Дж. Уиллера і многіх іншых.

Да Бору не аднойчы прыязджаў нямецкі навуковец Вернэ Гейзенберг. У часы, калі ствараўся «прынцып нявызначанасці», з Борам дыскутаваў Эрвін Шредингер, які быў прыхільнікам чыста-хвалевай пункту гледжання. У былым «Доме Півавара» фармаваўся падмурак якасна новай фізікі дваццатага стагоддзя, адным з ключавых фігурантаў якой быў Нільс Бор.

Мадэль атама, прапанаваная дацкім вучоным і яго настаўнікам Резерфордом, была непаслядоўна. Яна аб'ядноўвала пастулаты класічнай тэорыі і гіпотэзы, відавочна ёй супярэчаць. Каб ліквідаваць гэтыя супярэчнасці, неабходна было радыкальна перагледзець асноўныя палажэнні тэорыі. У гэтым кірунку важную ролю адыгралі прамыя заслугі Бора, яго аўтарытэт у навуковых колах, і проста асабістае ўплыў. Працы Нільса Бора паказалі, што для атрымання фізічнай карціны мікрасвету не падыйдзе падыход, з поспехам які прымяняецца для «свету вялікіх рэчаў», і ён стаў адным з заснавальнікаў такога падыходу. Вучоны ўвёў такія паняцці, як «некантралюемае ўздзеянне вымяральных працэдур» і «дадатковыя велічыні».

Капенгагенская квантавая тэорыя

З імем дацкага вучонага звязана імавернасны (яна ж Капенгагенская) інтэрпрэтацыя квантавай тэорыі, а таксама вывучэнне яе шматлікіх «парадоксаў». Важную ролю тут адыграла дыскусія Бора з Альбертам Эйнштэйнам, якому не па душы была квантавая фізіка Бора ў імавернасным тлумачэнні. «Прынцып адпаведнасці», сфармуляваны дацкім вучоным, адыграў значную ролю ў разуменні заканамернасцяў мікрасвету і іх узаемадзеяння з класічнай (неквантовой) фізікай.

ядзерная тэматыка

Пачаўшы займацца фізікай ядра яшчэ ў Радэрфорда, Бор надаваў ядзернай тэматыцы шмат увагі. Ён прапанаваў у 1936 году тэорыю складовага ядра, неўзабаве пародамі кропельным мадэль, якая адыграла важкую ролю ў даследаванні дзялення ядраў. У прыватнасці, Бору належыць прадказанне спантанага дзялення ядраў ўрану.

Калі фашысты захапілі ў Данію, вучоны таемна быў дастаўлены ў Англію, а затым у Амерыку, дзе сумесна з сынам Огэ працаваў над Манхэтеннским праектам у Лос-Аламосе. У пасляваенныя гады Бор шмат часу надаваў пытанням кантролю над ядзернай зброяй і мірнага прымянення атамаў. Ён прыняў удзел у стварэнні цэнтра ядзерных даследаванняў Еўропы і нават звяртаўся са сваімі ідэямі да ААН. Зыходзячы з таго, што Бор не адмовіўся абмяркоўваць з савецкімі фізікамі пэўныя аспекты «ядзернага праекта», ён лічыў небяспечным манапольнае валоданне атамным узбраеннем.

Іншыя вобласці веды

Акрамя таго, Нільс Бор, біяграфія якога падыходзіць да канца, цікавіўся таксама пытаннямі сумежнымі з фізікай, у прыватнасці біялогіяй. Таксама яго цікавіла філасофія прыродазнаўства.

Выбітны дацкі навуковец памёр ад сардэчнага прыступу 18 кастрычніка 1962 года ў Капенгагене.

заключэнне

Нільс Бор, адкрыцця якога, безумоўна, змянілі фізіку, карыстаўся велізарным навуковым і маральным аўтарытэтам. Зносіны з ім, нават мімалётнае, вырабляла на суразмоўцаў незгладжальнае ўражанне. Па мове дый ліста Бора было відаць, што ён старанна падбірае словы, каб максімальна дакладна праілюстраваць свае думкі. Расійскі фізік Віталь Гінзбург назваў Бора неверагодна далікатным і мудрым.