الخبير هو شخص ارتكب جميع الأخطاء الممكنة في مجال ضيق جداً.
Niels Henrik David Bohr كان فيزيائياً دانماركياً قدم إسهامات أساسية في فهم البنية الذرية ونظرية الكم، وحصل على جائزة Nobel في الفيزياء عام 1922. كان Bohr أيضاً فيلسوفاً ومروجاً للبحث العلمي.
طور Bohr نموذج Bohr للذرة، حيث اقترح أن مستويات الطاقة للإلكترونات منفصلة وأن الإلكترونات تدور في مدارات مستقرة حول النواة الذرية لكن يمكنها القفز من مستوى طاقة أو مدار إلى آخر. على الرغم من أن نموذج Bohr قد حل محله نماذج أخرى، فإن مبادئه الأساسية تبقى صحيحة. ابتكر مبدأ التكامل: أن العناصر يمكن تحليلها بشكل منفصل من حيث خصائص متناقضة، مثل التصرف كموجة أو تيار من الجزيئات. هيمن مفهوم التكامل على تفكير Bohr في كل من العلم والفلسفة.
أسس Bohr معهد الفيزياء النظرية بجامعة Copenhagen، المعروف الآن باسم معهد Niels Bohr، والذي افتتح عام 1920. قام Bohr بتوجيه والتعاون مع فيزيائيين بما فيهم Hans Kramers وOskar Klein وGeorge de Hevesy وWerner Heisenberg. توقع وجود عنصر جديد يشبه الزركونيوم، وسُمي هافنيوم، نسبة إلى الاسم اللاتيني لـ Copenhagen، حيث تم اكتشافه. لاحقاً، تم تسمية العنصر bohrium باسمه.
خلال الثلاثينيات ساعد Bohr اللاجئين من النازية. بعد احتلال ألمانيا للدنمارك، التقى بـ Heisenberg الذي أصبح رئيس مشروع السلاح النووي الألماني. في سبتمبر 1943 وصل إلى Bohr خبر أنه سيتم اعتقاله من قبل الألمان، فهرب إلى السويد. من هناك، تم نقله بالطائرة إلى بريطانيا، حيث انضم إلى مشروع Tube Alloys النووي البريطاني، وكان جزءاً من البعثة البريطانية إلى مشروع Manhattan. بعد الحرب، دعا Bohr للتعاون الدولي على الطاقة النووية. كان متورطاً في تأسيس CERN ومعهد أبحاث Risø التابع للجنة الطاقة الذرية الدانماركية، وأصبح الرئيس الأول للمعهد الشمالي للفيزياء النظرية عام 1957.
السنوات الأولى
وُلد Bohr في Copenhagen، الدنمارك، في 7 أكتوبر 1885، وهو الثاني من ثلاثة أطفال من Christian Bohr، أستاذ الفسيولوجيا بجامعة Copenhagen، و Ellen Bohr née Adler، التي كانت ابنة David B. Adler من عائلة Adler البنكية اليهودية الدانماركية الثرية. كان لديه أخت أكبر سناً، Jenny، وأخ أصغر Harald. أصبحت Jenny معلمة، بينما أصبح Harald عالم رياضيات وكرة قدم لعب للفريق الوطني الدانماركي في الألعاب الأولمبية الصيفية عام 1908 في London. كان Niels متحمساً لكرة القدم أيضاً، ولعب الأخوان عدة مباريات لنادي Akademisk Boldklub كرة القدم الأكاديمي بمقره في Copenhagen، مع Niels كحارس مرمى.
تعلم Bohr في مدرسة Gammelholm Latin School، بدءاً من سن السابعة. في عام 1903، التحق Bohr كطالب جامعي في جامعة Copenhagen. تخصصه كان الفيزياء، التي درسها تحت إشراف الأستاذ Christian Christiansen، الأستاذ الوحيد للفيزياء بالجامعة في ذلك الوقت. كما درس الفلك والرياضيات تحت إشراف الأستاذ Thorvald Thiele، والفلسفة تحت إشراف الأستاذ Harald Høffding، صديق والده.
في عام 1905 رعت الأكاديمية الملكية الدانماركية للعلوم والآداب مسابقة لجائزة ذهبية للتحقيق في طريقة لقياس التوتر السطحي للسوائل التي اقترحها Lord Rayleigh عام 1879. تضمن هذا قياس تردد تذبذب نصف قطر نفاثة مائية. أجرى Bohr سلسلة من التجارب باستخدام مختبر والده في الجامعة؛ لم تكن الجامعة نفسها تمتلك مختبر فيزياء. لإكمال تجاربه، اضطر إلى صنع الزجاج بنفسه، وإنشاء أنابيب اختبار بالمقاطع العرضية البيضاوية المطلوبة. ذهب أبعد من المهمة الأصلية، ودمج تحسينات في كل من نظرية Rayleigh وطريقته، من خلال أخذ لزوجة الماء في الاعتبار، والعمل مع السعات المحدودة بدلاً من السعات المتناهية الصغر فقط. فازت مقالته، التي قدمها في اللحظة الأخيرة، بالجائزة. قدم لاحقاً نسخة محسّنة من الورقة إلى الجمعية الملكية في London للنشر في Philosophical Transactions of the Royal Society.
من أخوي Bohr لكسب درجة الماجستير، والتي حصل عليها في الرياضيات في أبريل 1909. استغرق Niels تسعة أشهر إضافية للحصول على درجته في نظرية إلكترونية للمعادن، موضوع تم تعيينه من قبل مشرفه، Christiansen. وسّع Bohr لاحقاً أطروحة الماجستير الخاصة به إلى أطروحة دكتوراه فلسفة أكبر بكثير. استعرض الأدبيات على الموضوع، واستقر على نموذج وضعه Paul Drude وطوره Hendrik Lorentz، يُعتبر فيه الإلكترونات في المعدن تتصرف مثل الغاز. وسّع Bohr نموذج Lorentz، لكنه ظل غير قادر على تفسير ظواهر مثل تأثير Hall، وخلص إلى أن نظرية الإلكترونات لا يمكنها شرح الخصائص المغناطيسية للمعادن بشكل كامل. تم قبول الأطروحة في أبريل 1911، وأجرى Bohr دفاعه الرسمي في 13 مايو. كان قد حصل Harald على درجة الدكتوراه في السنة السابقة. كانت أطروحة Bohr رائدة، لكنها جذبت اهتماماً قليلاً خارج Scandinavia لأنها كُتبت باللغة الدانماركية، وهي متطلب جامعة Copenhagen في ذلك الوقت. في عام 1921، استنتج الفيزيائي الهولندي Hendrika Johanna van Leeuwen بشكل مستقل نظرية من أطروحة Bohr معروفة اليوم باسم نظرية Bohr–van Leeuwen.
في عام 1910، التقى Bohr بـ Margrethe Nørlund، أخت عالم الرياضيات Niels Erik Nørlund. استقال Bohr من عضويته في كنيسة الدنمارك في 16 أبريل 1912، وتزوج هو و Margrethe في حفل مدني بقاعة المدينة في Slagelse في 1 أغسطس. بعد سنوات، ترك أخوه Harald الكنيسة بطريقة مماثلة قبل الزواج. أنجب Bohr و Margrethe ستة أبناء. توفي الأكبر، Christian، في حادثة قارب عام 1934، وتوفي آخر، Harald، من التهاب السحايا في الطفولة. أصبح Aage Bohr فيزيائياً ناجحاً، وفي عام 1975 حصل على جائزة Nobel في الفيزياء، مثل والده. Hans، مهندس كيميائي؛ و Ernest، محام. مثل عمه Harald، أصبح Ernest Bohr رياضياً أولمبياً، لاعباً في الهوكي الميداني للدنمارك في الألعاب الأولمبية الصيفية عام 1948 في London.
الفيزياء
نموذج Bohr
في سبتمبر 1911، سافر Bohr، بدعم من زمالة من مؤسسة Carlsberg، إلى England. في ذلك الوقت، كانت حيث يتم معظم العمل النظري على بنية الذرات والجزيئات. التقى بـ J. J. Thomson من مختبر Cavendish وكلية Trinity بـ Cambridge. حضر محاضرات حول الكهرومغناطيسية ألقاها James Jeans وJoseph Larmor، وأجرى بعض الأبحاث على أشعة الكاثود، لكنه فشل في إثارة إعجاب Thomson. كان لديه نجاح أكبر مع فيزيائيين أصغر سناً مثل الأسترالي William Lawrence Bragg، والنيوزيلندي Ernest Rutherford، الذي تحدى نموذج Rutherford للذرة ذي النواة الصغيرة المركزية عام 1911 نموذج بودنج الكمثري الخاص بـ Thomson عام 1904. تلقى Bohr دعوة من Rutherford لإجراء عمل ما بعد الدكتوراه في جامعة Victoria بـ Manchester، حيث التقى Bohr بـ George de Hevesy وCharles Galton Darwin الذي أشار إليه Bohr باسم "حفيد Darwin الحقيقي".
عاد Bohr إلى الدنمارك في يوليو 1912 لحضور حفل زفافه، وسافر حول England و Scotland في شهر العسل. عند عودته، أصبح privatdocent في جامعة Copenhagen، يقدم محاضرات حول الديناميكا الحرارية. وضع Martin Knudsen اسم Bohr للتقدم كمحاضر، وتمت الموافقة عليه في يوليو 1913، وبدأ Bohr بعد ذلك بتدريس طلاب الطب. تم نشر أوراقه الثلاث، التي أصبحت لاحقاً مشهورة باسم "الثلاثية"، في Philosophical Magazine في يوليو وسبتمبر ونوفمبر من تلك السنة. كيّف نموذج Rutherford النووي مع نظرية الكم لـ Max Planck وبالتالي أنشأ نموذج Bohr للذرة.
لم تكن النماذج الكوكبية للذرات جديدة، لكن معالجة Bohr كانت. بدءاً من ورقة Darwin عام 1912 حول دور الإلكترونات في تفاعل جزيئات ألفا مع النواة، تقدم بنظرية الإلكترونات التي تسير في مدارات حول نواة الذرة، مع تحديد الخصائص الكيميائية لكل عنصر إلى حد كبير من خلال عدد الإلكترونات في المدارات الخارجية لذراته. أدخل فكرة أن الإلكترون يمكنه السقوط من مدار أعلى طاقة إلى مدار أقل، وفي هذه العملية ينبعث منه كم من الطاقة المنفصلة. أصبح هذا أساساً لما يُعرف الآن بالنظرية الكمية القديمة.
في عام 1885، توصل Johann Balmer إلى سلسلة Balmer الخاصة به لوصف الخطوط الطيفية المرئية لذرة الهيدروجين:
حيث λ هي الطول الموجي للضوء الممتص أو المنبعث و RH هي ثابت Rydberg. تم تأكيد صيغة Balmer من خلال اكتشاف خطوط طيفية إضافية، لكن لمدة ثلاثين سنة، لم يتمكن أحد من تفسير سبب نجاحها. في الورقة الأولى من ثلاثيته، تمكن Bohr من اشتقاقها من نموذجه:
حيث me هي كتلة الإلكترون، و e هي شحنته، و h ثابت Planck و Z هو العدد الذري للذرة 1 للهيدروجين.
كانت أول عقبة في النموذج هي سلسلة Pickering، خطوط لم تناسب صيغة Balmer. عندما تحدّاه Alfred Fowler بشأن هذا، أجاب Bohr بأنها كانت ناجمة عن الهيليوم المؤين، ذرات الهيليوم التي تحتوي على إلكترون واحد فقط. ثبت أن نموذج Bohr يعمل لمثل هذه الأيونات. لم يعجب العديد من الفيزيائيين الأكبر سناً، مثل Thomson و Rayleigh و Hendrik Lorentz، بالثلاثية، لكن الجيل الأصغر، بما فيهم Rutherford و David Hilbert و Albert Einstein و Enrico Fermi و Max Born و Arnold Sommerfeld، رأوها كنقطة تحول. كان قبول الثلاثية بسبب قدرتها على شرح الظواهر التي عرقلت النماذج الأخرى، والتنبؤ بالنتائج التي تم التحقق منها لاحقاً من خلال التجارب. اليوم، تم تجاوز نموذج Bohr للذرة، لكنه لا يزال أفضل نموذج معروف للذرة، لأنه يظهر غالباً في نصوص الفيزياء والكيمياء بالمدارس الثانوية.'
لم يستمتع Bohr بتدريس طلاب الطب. قرر العودة إلى Manchester، حيث عرض عليه Rutherford وظيفة كقارئ مكان Darwin، الذي انتهت مدة ولايته. قبل Bohr. أخذ إجازة من جامعة Copenhagen، بدأها بأخذ عطلة في Tyrol مع أخيه Harald وعمته Hanna Adler. هناك، زار جامعة Göttingen وجامعة Ludwig Maximilian في Munich، حيث التقى بـ Sommerfeld وأجرى ندوات حول الثلاثية. اندلعت الحرب العالمية الأولى بينما كانوا في Tyrol، مما عقد رحلة العودة إلى الدنمارك بشكل كبير، والرحلة اللاحقة لـ Bohr مع Margrethe إلى England، حيث وصل في أكتوبر 1914. بقيا حتى يوليو 1916، وبحلول ذلك الوقت تم تعيينه رئيساً للفيزياء النظرية في جامعة Copenhagen، منصب تم إنشاؤه خصيصاً له. تم إلغاء محاضريته في نفس الوقت، لذا كان لا يزال يتعين عليه تدريس الفيزياء لطلاب الطب. تم تقديم الأساتذة الجدد بشكل رسمي إلى الملك Christian X، الذي عبر عن سروره بمقابلة لاعب كرة قدم مشهور جداً.
معهد الفيزياء
في أبريل 1917 بدأ Bohr حملة لتأسيس معهد للفيزياء النظرية. حصل على دعم الحكومة الدانماركية ومؤسسة Carlsberg، كما تم تقديم مساهمات كبيرة من الصناعة والمتبرعين الخاصين، الكثير منهم يهود. تم تمرير التشريعات التي تؤسس المعهد في نوفمبر 1918. معروف الآن باسم معهد Niels Bohr، افتتح في 3 مارس 1921، مع Bohr كمديره. انتقلت عائلته إلى شقة في الطابق الأول. خدم معهد Bohr كنقطة محورية لمن يبحثون في ميكانيكا الكم والموضوعات ذات الصلة في
