Эксперт — это человек, который совершил все ошибки, которые можно совершить в очень узкой области.
Нильс Хенрик Давид Bohr был датским физиком, который внёс фундаментальный вклад в понимание структуры атома и квантовой теории, за что получил Нобелевскую премию по физике в 1922 году. Bohr был также философом и сторонником научных исследований.
Bohr разработал модель атома Bohr, в которой он предположил, что энергетические уровни электронов являются дискретными и что электроны вращаются в стабильных орбитах вокруг атомного ядра, но могут прыгать с одного энергетического уровня или орбиты на другую. Хотя модель Bohr была заменена другими моделями, её основные принципы остаются действительными. Он сформулировал принцип дополнительности: что объекты могут быть проанализированы отдельно с точки зрения противоречивых свойств, таких как поведение как волна или поток частиц. Понятие дополнительности доминировало в мышлении Bohr как в науке, так и в философии.
Bohr основал Институт теоретической физики при Университете Copenhagen, ныне известный как Институт Нильса Bohr, который открылся в 1920 году. Bohr наставлял и сотрудничал с физиками, включая Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy и Werner Heisenberg. Он предсказал существование нового циркониевого элемента, который был назван гафнием в честь латинского названия Copenhagen, где он был открыт. Позднее элемент борий был назван в его честь.
В 1930-х годах Bohr помогал беженцам от нацизма. После оккупации Дании немцами он встретился с Heisenberg, который возглавлял немецкий проект создания ядерного оружия. В сентябре 1943 года Bohr узнал, что немцы собираются его арестовать, и он бежал в Швецию. Оттуда его перевезли в Британию, где он присоединился к британскому проекту Tube Alloys по созданию ядерного оружия и участвовал в британской миссии в Манхэттенский проект. После войны Bohr призывал к международному сотрудничеству в области ядерной энергии. Он участвовал в создании CERN и Научно-исследовательского центра Risø Датской комиссии по атомной энергии и стал первым председателем Северного института теоретической физики в 1957 году.
Ранние годы
Bohr родился в Copenhagen, Дания, 7 октября 1885 года, второй из трёх детей Christian Bohr, профессора физиологии в Университете Copenhagen, и Ellen Bohr (урождённая Adler), которая была дочерью David B. Adler из богатого датского еврейского банковского семейства Adler. У него была старшая сестра Jenny и младший брат Harald. Jenny стала учителем, а Harald стал математиком и футболистом, который играл за датскую национальную команду на Летних олимпийских играх 1908 года в London. Нильс был также страстным футболистом, и два брата сыграли несколько матчей за базирующийся в Copenhagen клуб Akademisk Boldklub Academic Football Club, причём Нильс играл в качестве вратаря.
Bohr учился в Latin School Gammelholm, начиная с семи лет. В 1903 году Bohr поступил студентом в Университет Copenhagen. Его специальность была физика, которую он изучал под руководством профессора Christian Christiansen, единственного в то время профессора физики в университете. Он также изучал астрономию и математику под руководством профессора Thorvald Thiele и философию под руководством профессора Harald Høffding, друга его отца.
В 1905 году Королевской датской академией наук и литературы была объявлена конкурс на золотую медаль для исследования метода измерения поверхностного натяжения жидкостей, предложенного Lord Rayleigh в 1879 году. Это включало измерение частоты колебаний радиуса водяной струи. Bohr провёл серию экспериментов, используя лабораторию своего отца в университете; сам университет не имел лаборатории физики. Чтобы завершить свои эксперименты, ему пришлось самостоятельно изготавливать посуду, создавая пробирки с требуемыми эллиптическими поперечными сечениями. Он пошёл дальше поставленной задачи, внеся улучшения как в теорию Rayleigh, так и в его метод, учитывая вязкость воды и работая с конечными амплитудами, а не только бесконечно малыми. Его эссе, которое он представил в последний момент, выиграло приз. Позже он отправил улучшенную версию статьи в Королевское общество в London для публикации в Philosophical Transactions of the Royal Society.
из двух братьев Bohr, получивший степень магистра, которую он получил по математике в апреле 1909 года. Нильсу потребовалось ещё девять месяцев, чтобы получить свою степень по электронной теории металлов, тема, назначенная его научным руководителем Christiansen. Bohr впоследствии развил свою магистерскую диссертацию в его намного более крупную докторскую диссертацию (dr. phil.). Он изучил литературу по предмету, остановившись на модели, постулированной Paul Drude и разработанной Hendrik Lorentz, в которой электроны в металле рассматриваются как газ. Bohr расширил модель Lorentz, но всё ещё не смог объяснить такие явления, как эффект Hall, и пришёл к выводу, что электронная теория не может полностью объяснить магнитные свойства металлов. Диссертация была принята в апреле 1911 года, и Bohr провел официальную защиту 13 мая. Harald получил свою докторскую степень в предыдущем году. Диссертация Bohr была новаторской, но вызвала мало интереса за пределами Скандинавии, потому что была написана на датском языке, что было требованием Университета Copenhagen в то время. В 1921 году голландский физик Hendrika Johanna van Leeuwen независимо вывела бы теорему из диссертации Bohr, которая сегодня известна как теорема Bohr–van Leeuwen.
В 1910 году Bohr встретил Margrethe Nørlund, сестру математика Niels Erik Nørlund. Bohr отказался от своего членства в Церкви Дании 16 апреля 1912 года, и он и Margrethe поженились в гражданской церемонии в ратуше в Slagelse 1 августа. Годы спустя его брат Harald аналогичным образом покинул церковь перед свадьбой. У Bohr и Margrethe было шесть сыновей. Старший, Christian, погиб в несчастном случае на лодке в 1934 году, а другой, Harald, умер от менингита в детстве. Aage Bohr стал успешным физиком и в 1975 году был награждён Нобелевской премией по физике, как и его отец. Hans , инженер-химик; и Ernest, адвокат. Как и его дядя Harald, Ernest Bohr стал олимпийским спортсменом, играя в хоккей на траве за Данию на Летних олимпийских играх 1948 года в London.
Физика
Модель Bohr
В сентябре 1911 года Bohr при поддержке стипендии от Carlsberg Foundation отправился в Англию. В то время там проводилась большая часть теоретической работы над структурой атомов и молекул. Он встретился с J. J. Thomson из Cavendish Laboratory и Trinity College, Cambridge. Он посещал лекции по электромагнетизму, прочитанные James Jeans и Joseph Larmor, и проводил некоторые исследования катодных лучей, но не произвел впечатление на Thomson. Ему больше повезло с молодыми физиками, такими как австралиец William Lawrence Bragg и новозеландец Ernest Rutherford, чья модель атома 1911 года с малым центральным ядром бросила вызов модели Thomson 1904 года «сливового пудинга». Bohr получил приглашение от Rutherford провести постдокторские исследования в Victoria University of Manchester, где Bohr встретил George de Hevesy и Charles Galton Darwin, на которого Bohr ссылался как на «внука настоящего Darwin».
Bohr вернулся в Данию в июле 1912 года на свадьбу и путешествовал по Англии и Шотландии в свой медовый месяц. По возвращении он стал приватдоцентом в Университете Copenhagen, читая лекции по термодинамике. Martin Knudsen выдвинул имя Bohr для должности доцента, которая была утверждена в июле 1913 года, и Bohr начал преподавать студентам-медикам. Его три статьи, которые позже стали известны как «трилогия», были опубликованы в Philosophical Magazine в июле, сентябре и ноябре того же года. Он адаптировал ядерную структуру Rutherford к квантовой теории Max Planck и таким образом создал свою модель атома Bohr.
Планетарные модели атомов были не новы, но подход Bohr был. Начиная с статьи Darwin 1912 года о роли электронов во взаимодействии альфа-частиц с ядром, он развил теорию электронов, путешествующих по орбитам вокруг ядра атома, причём химические свойства каждого элемента определяются во многом числом электронов на внешних орбитах его атомов. Он ввёл идею, что электрон может упасть с орбиты более высокой энергии на более низкую, в процессе испуская квант дискретной энергии. Это стало основой того, что сейчас известно как старая квантовая теория.
В 1885 году Johann Balmer разработал свой ряд Balmer для описания видимых спектральных линий атома водорода:
где λ — это длина волны поглощённого или излучённого света, а RH — постоянная Rydberg. Формула Balmer была подтверждена открытием дополнительных спектральных линий, но в течение тридцати лет никто не мог объяснить, почему она работает. В первой статье своей трилогии Bohr смог вывести её из своей модели:
где me — масса электрона, e — его заряд, h — постоянная Planck и Z — атомный номер атома, 1 для водорода.
Первым испытанием модели была серия Pickering, линии, которые не соответствовали формуле Balmer. Когда Alfred Fowler подверг его критике, Bohr ответил, что они были вызваны ионизированным гелием, атомами гелия с одним электроном. Модель Bohr оказалась работающей для таких ионов. Многие старшие физики, такие как Thomson, Rayleigh и Hendrik Lorentz, не любили трилогию, но молодое поколение, включая Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born и Arnold Sommerfeld, рассматривали её как прорыв. Принятие трилогии целиком было обусловлено её способностью объяснять явления, которые ставили в тупик другие модели, и предсказывать результаты, которые впоследствии были проверены экспериментами. Сегодня модель атома Bohr была заменена, но остаётся самой известной моделью атома, так как часто появляется в текстах по физике и химии средней школы.'
Bohr не любил преподавать студентам-медикам. Он решил вернуться в Manchester, где Rutherford предложил ему работу читателя вместо Darwin, срок которого истёк. Bohr согласился. Он взял отпуск из Университета Copenhagen, который он начал с отпуска в Tyrol со своим братом Harald и тётей Hanna Adler. Там он посетил Университет Göttingen и Ludwig Maximilian University of Munich, где встретился с Sommerfeld и провел семинары по трилогии. Первая мировая война началась, пока они были в Tyrol, что значительно усложнило путь обратно в Данию и последующий рейс Bohr с Margrethe в Англию, где он прибыл в октябре 1914 года. Они остались до июля 1916 года, к тому времени он был назначен на должность профессора теоретической физики в Университете Copenhagen, должность, созданная специально для него. Его доцентура была отменена одновременно, поэтому ему всё ещё пришлось преподавать физику студентам-медикам. Новых профессоров официально представляли королю Christian X, который выразил свой восторг встречей с таким известным футболистом.
Институт физики
В апреле 1917 года Bohr начал кампанию по созданию Института теоретической физики. Он получил поддержку датского правительства и Carlsberg Foundation, а также значительные взносы были сделаны промышленностью и частными лицами, многие из которых были евреями. Законодательство об учреждении институт было принято в ноябре 1918 года. Ныне известный как Институт Нильса Bohr, он открылся 3 марта 1921 года, с Bohr в качестве директора. Его семья переехала в квартиру на первом этаже. Институт Bohr служил центром притяжения для исследователей квантовой механики и смежных предметов в 1920-х и 1930-х годах, когда большинство лучших известных теоретических физиков мира какое-то время находились в его обществе. Ранние приезжие включали Hans Kramers из Нидерландов, Oskar Klein из Швеции, George de Hevesy из Венгрии, Wojciech Rubinowicz из Польши и Svein Rosseland из Норвегии. Bohr стал широко известен как их приветливый хозяин и выдающийся коллега. Klein и Rosseland подготовили первую публикацию института ещё до его открытия.
Модель Bohr хорошо работала для водорода, но не могла объяснить более сложные элементы. К 1919 году Bohr отходил от идеи, что электроны вращаются вокруг ядра и разработал эвристики для их описания. Редкоземельные элементы создавали особую проблему классификации для химиков, потому что они были химически очень похожи. Важное развитие произошло в 1924 году с открытием Wolfgang Pauli принципа исключения Pauli, который поставил модели Bohr на прочную теоретическую основу. Bohr затем смог объявить, что ещё не обнаруженный элемент 72 не был редкоземельным элементом, а элементом с химическими свойствами, аналогичными свойствам циркония. Он был немедленно оспорен французским химиком Georges Urbain, который утверждал, что открыл редкоземельный элемент 72, который он назыв
