专家是在某个狭窄领域中犯过所有可能犯的错误的人。
Niels Henrik David Bohr是一位丹麦物理学家,对原子结构和量子论的理解做出了基础性贡献,因此获得了1922年的诺贝尔物理学奖。Bohr也是一位哲学家和科学研究的推动者。
Bohr开发了Bohr原子模型,他提出电子的能级是离散的,电子在原子核周围的稳定轨道上运行,但可以从一个能级或轨道跳跃到另一个。尽管Bohr模型已被其他模型所取代,但其基本原理仍然有效。他提出了互补性原理:物体可以根据相互矛盾的特性分别进行分析,比如表现为波或粒子流。互补性的概念主导了Bohr在科学和哲学中的思想。
Bohr在Copenhagen大学创立了理论物理研究所,现在被称为Niels Bohr研究所,该研究所于1920年开放。Bohr指导并与包括Hans Kramers、Oskar Klein、George de Hevesy和Werner Heisenberg在内的物理学家合作。他预测了一种新的锆类元素的存在,该元素被命名为hafnium,取自Copenhagen的拉丁名字,该元素就是在那里被发现的。后来,元素bohrium也以他的名字命名。
在1930年代,Bohr帮助了逃离纳粹的难民。在丹麦被德国占领后,他与已成为德国核武器项目负责人的Heisenberg进行了著名的会面。1943年9月,Bohr得到消息说他即将被德国人逮捕,于是逃往瑞典。从那里,他被飞往英国,加入了英国Tube Alloys核武器项目,并参与了英国派往曼哈顿计划的代表团。战后,Bohr呼吁在核能方面进行国际合作。他参与建立了CERN和丹麦原子能委员会的Research Establishment Risø,并于1957年成为Nordic Institute for Theoretical Physics的第一任主席。
早年时期
Bohr于1885年10月7日在丹麦Copenhagen出生,是三个孩子中的次子,父亲是Christian Bohr,Copenhagen大学生理学教授,母亲是Ellen Bohr(娘家姓Adler),她是来自富裕的丹麦犹太Adler银行家族的David B. Adler的女儿。他有一个姐姐Jenny和一个弟弟Harald。Jenny成为了教师,而Harald成为了数学家和足球运动员,在1908年伦敦夏季奥运会上代表丹麦国家队出场。Niels也是一名充满热情的足球运动员,两兄弟都为位于Copenhagen的Akademisk Boldklub学术足球俱乐部踢过多场比赛,Niels担任门将。
Bohr在Gammelholm拉丁学校接受教育,从七岁开始就读。1903年,Bohr以本科生身份入学Copenhagen大学。他的主修专业是物理学,在当时大学唯一的物理学教授Christian Christiansen的指导下学习。他还在教授Thorvald Thiele指导下学习天文学和数学,在教授Harald Høffding(他父亲的朋友)指导下学习哲学。
1905年,Royal Danish Academy of Sciences and Letters赞助了一场金奖竞赛,以研究一种由Lord Rayleigh在1879年提出的测量液体表面张力的方法。这涉及测量水射流半径振荡的频率。Bohr使用他父亲在大学里的实验室进行了一系列实验;大学本身没有物理实验室。为了完成他的实验,他必须自己制造玻璃仪器,创建具有所需椭圆截面的试管。他超越了原始任务,通过考虑水的粘度和采用有限振幅而不仅仅是无穷小振幅,对Rayleigh的理论和方法都进行了改进。他在最后一刻提交的论文赢得了奖项。他后来将论文的改进版本提交给伦敦皇家学会,发表在《皇家学会哲学汇刊》上。

Bohr两兄弟中获得硕士学位的人,他在1909年4月因数学获得了硕士学位。Niels又花了九个月时间获得他关于金属电子论的硕士学位,这是一个由他的导师Christiansen分配的课题。Bohr随后将他的硕士论文扩展成更大的哲学博士(dr. phil.)论文。他查阅了该主题的文献,选定了Paul Drude提出并由Hendrik Lorentz阐述的模型,其中金属中的电子被认为表现得像气体。Bohr扩展了Lorentz的模型,但仍然无法解释霍尔效应等现象,得出结论认为电子论无法充分解释金属的磁性。论文在1911年4月被接受,Bohr在5月13日进行了正式答辩。Harald在前一年获得了博士学位。Bohr的论文是突破性的,但在斯堪的纳维亚以外引起了很少关注,因为它用丹麦语写成,这是当时Copenhagen大学的要求。1921年,荷兰物理学家Hendrika Johanna van Leeuwen将独立地从Bohr的论文推导出一个定理,该定理今天被称为Bohr–van Leeuwen定理。
1910年,Bohr遇见了Margrethe Nørlund,她是数学家Niels Erik Nørlund的妹妹。Bohr在1912年4月16日退出了丹麦教堂的成员身份,他和Margrethe在8月1日在Slagelse镇政府大厅进行了民事仪式。多年后,他的弟弟Harald也在结婚前类似地离开了教堂。Bohr和Margrethe有六个儿子。长子Christian在1934年的一次划船事故中丧生,另一个儿子Harald死于儿童脑膜炎。Aage Bohr成为了一位成功的物理学家,并在1975年获得诺贝尔物理学奖,就像他的父亲一样。Hans是化学工程师;Ernest是律师。与他的叔叔Harald一样,Ernest Bohr成为了奥运会运动员,在1948年伦敦夏季奥运会上为丹麦踢过曲棍球。
物理学
Bohr模型
1911年9月,获得Carlsberg基金会奖学金支持的Bohr前往英国。当时,大多数关于原子和分子结构的理论工作都在那里进行。他会见了Cambridge大学Cavendish实验室和Trinity学院的J. J. Thomson。他参加了James Jeans和Joseph Larmor讲授的电磁学讲座,并进行了一些关于阴极射线的研究,但未能给Thomson留下深刻印象。他与澳大利亚的William Lawrence Bragg和新西兰的Ernest Rutherford等年轻物理学家的合作更加成功,Rutherford的1911年小核心Rutherford原子模型挑战了Thomson的1904年布丁模型。Bohr收到了Rutherford的邀请,在Manchester维多利亚大学进行博士后工作,在那里Bohr遇见了George de Hevesy和Charles Galton Darwin,Bohr把他称为"真正的Darwin的孙子"。
Bohr在1912年7月返回丹麦参加他的婚礼,并在英国和苏格兰进行了蜜月旅行。回国后,他成为了Copenhagen大学的privatdocent,讲授热力学。Martin Knudsen推荐Bohr担任docent,于1913年7月被批准,Bohr随后开始教医学生。他的三篇论文后来被誉为"三部曲",发表在该年7月、9月和11月的《哲学杂志》上。他将Rutherford的核结构调整适应Max Planck的量子论,从而创建了他的Bohr原子模型。

原子的行星模型并不新奇,但Bohr的处理方法与众不同。以Darwin在1912年关于电子在α粒子与原子核相互作用中的作用的论文作为起点,他推进了电子在原子核周围轨道上运行的理论,每种元素的化学性质主要由其原子外层轨道中的电子数决定。他提出了一个思想,即电子可以从较高能轨道下降到较低能轨道,在这个过程中发射离散能量的量子。这成为了现在所谓的旧量子论的基础。
1885年,Johann Balmer提出了他的Balmer系列来描述氢原子的可见谱线:
其中λ是吸收或发射光的波长,RH是Rydberg常数。Balmer的公式通过发现额外的谱线得到了证实,但30年来,没有人能够解释为什么它有效。在他的三部曲的第一篇论文中,Bohr能够从他的模型推导出它:
其中me是电子的质量,e是其电荷,h是Planck常数,Z是原子的原子序数,氢为1。
该模型的第一个难题是Pickering系列,这些谱线不符合Balmer公式。当Alfred Fowler对此提出质疑时,Bohr回答说它们是由电离的氦即只有一个电子的氦原子引起的。Bohr模型被发现对这样的离子有效。许多年长的物理学家,如Thomson、Rayleigh和Hendrik Lorentz,不喜欢这个三部曲,但包括Rutherford、David Hilbert、Albert Einstein、Enrico Fermi、Max Born和Arnold Sommerfeld在内的年轻一代认为它是一个突破。三部曲的接受完全归功于它解释困扰其他模型的现象的能力,以及预测随后被实验验证的结果。今天,Bohr的原子模型已被超越,但仍然是最著名的原子模型,因为它经常出现在高中物理和化学课本中。

Bohr不喜欢教医学生。他决定返回Manchester,那里Rutherford为他提供了一个读者的工作,以代替Darwin,Darwin的任期已经届满。Bohr接受了。他从Copenhagen大学请假,首先通过与他的弟弟Harald和姑姑Hanna Adler一起在Tyrol度假来开始。在那里,他访问了Göttingen大学和Ludwig Maximilian Munich大学,在那里他遇见了Sommerfeld并就三部曲进行了研讨会。当他们在Tyrol时,第一次世界大战爆发,大大复杂化了返回丹麦的旅程以及Bohr随后与Margrethe一起前往英国的航程,他在1914年10月抵达。他们一直呆到1916年7月,到那时他已被任命为Copenhagen大学理论物理学教授,这是一个专为他创立的职位。他的docent身份同时被废除,所以他仍然必须向医学生教授物理学。新教授正式被介绍给King Christian X,他表达了对见到这样一位著名足球运动员的喜悦。
物理学研究所
1917年4月,Bohr开始了建立理论物理研究所的运动。他获得了丹麦政府和Carlsberg基金会的支持,工业和私人捐助者,其中许多是犹太人,也做出了大量贡献。建立该研究所的立法于1918年11月通过。现在被称为Niels Bohr研究所,它于1921年3月3日开放,Bohr担任其主任。他的家人搬入了一楼的一间公寓。在1920年代和1930年代,Bohr的研究所成为了量子力学和相关主题研究人员的聚焦点,当时世界上大多数最著名的理论物理学家都花了一些时间在他的陪伴下。早期到达的人包括来自荷兰的Hans Kramers、来自瑞典的Oskar Klein、来自匈牙利的George de Hevesy、来自波兰的Wojciech Rubinowicz和来自挪威的Svein Rosseland。Bohr作为他们殷勤好客的主人和杰出的同事而得到广泛的赞赏。Klein和Rosseland甚至在研究所开放前就已经制作了该研究所的第一份出版物。
Bohr模型对氢效果很好,但无法解释更复杂的元素。到1919年,Bohr开始摒弃电子围绕原子核运行的想法,并开发了启发式方法来描述它们。稀土元素对化学家提出了一个特别的分类问题,因为它们在化学上非常相似。一个重要的发展来自1925年Wolfgang Pauli对Pauli不相容原理的发现,这为Bohr的模型提供了坚实的理论基础。随后Bohr能够宣称尚未发现的元素72不是稀土元素,而是化学性质与锆相似的元素。他立即受到法国化学家Georges Urbain的质疑,后者声称发现了稀土元素72,他称为


