Bohr, Niels

Niels Bohr
datum Niels Bohr
Namn vid födseln datum Niels Henrik David Bohr
Födelsedatum 7 oktober 1885( 1885-10-07 ) [1] [2] [3] […]
Födelseort Köpenhamn , Danmark
Dödsdatum 18 november 1962( 1962-11-18 ) [1] [2] [3] […] (77 år)
En plats för döden
Land
Vetenskaplig sfär teoretisk fysik
Arbetsplats
Alma mater Köpenhamns universitet
vetenskaplig rådgivare Christian Christiansen [8] och Thomson, Joseph John [9]
Studenter Lev Landau
Hendrik Kramers
Oscar Klein
Aage Bohr
John Wheeler
Känd som en av grundarna av modern fysik
Utmärkelser och priser
Nobelpriset - 1922 Nobelpriset i fysik  ( 1922 )
Riddare av elefantorden Storkorset av Falkorden
Silverkors av Danebrogorden Riddare av Sankt Olafs orden Officer av hederslegionens orden
Autograf
Wikiquote logotyp Citat på Wikiquote
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Niels Henrik David Bohr ( danska Niels Henrik David Bohr , danska:  [ˈne̝ls ˈpoɐ̯ˀ] ; 7 oktober 1885 , Köpenhamn  – 18 november 1962 , ibid.) var en dansk teoretisk fysiker och offentlig person, en av skaparna av modern fysik. Nobelpriset i fysik ( 1922 ). Medlem av Det Kongelige Danske Selskab ( 1917 ) och president sedan 1939 . Han var medlem i mer än 20 vetenskapsakademier i världen, inklusive en utländsk hedersmedlem i USSR:s vetenskapsakademi ( 1929 ; motsvarande medlem - sedan 1924 ).

Bohr är känd som skaparen av den första kvantteorin om atomen och en aktiv deltagare i utvecklingen av grunderna för kvantmekaniken . Han gav också ett betydande bidrag till utvecklingen av teorin om atomkärnan och kärnreaktioner , processerna för interaktion mellan elementarpartiklar och miljön.

Översikt över liv och arbete

En familj. Barndom och ungdom

Niels Bohr föddes i familjen till en professor i fysiologi vid Köpenhamns universitet, Christian Bohr (1858-1911), som två gånger blev kandidat till Nobelpriset i fysiologi eller medicin [10] och Ellen Adler (1860-1930 ) ), dotter till en inflytelserik och mycket rik judisk bankir och parlamentariker - liberalen David Baruch Adler ( 1826-1878 ) och Jenny Raphael (1830-1902) från den brittiska judiska bankdynastin Raphael Raphael & sons [11] . Bohrs föräldrar gifte sig 1881.

Ungdom. Bohr–van Leuvens sats (1885–1911)

I skolan visade han en tydlig benägenhet till fysik och matematik , såväl som filosofi . Detta underlättades av de regelbundna besöken av hans fars kollegor och vänner - filosofen Harald Göffding , fysikern Christian Christiansen , lingvisten Wilhelm Thomsen [12] . En nära vän och klasskamrat till Bohr under denna period var hans andre kusin (på modersidan), den blivande gestaltpsykologen Edgar Rubin (1886-1951; bland de optiska illusioner han föreslog var den så kallade Rubin - vasen ; 1915) [13 ] Rubin lockade Bohr till studiet av filosofi.  

Bors andra passion var fotboll . Nils och hans bror Harald (som senare blev en berömd matematiker ) spelade för amatörklubben " AB " (den första - som målvakt och den andra - som mittfältare ). I framtiden spelade Harald framgångsrikt i det danska landslaget och vann silver i dess sammansättning vid OS 1908 , där det danska laget förlorade i finalen mot britterna [11] .

År 1903 kom Niels Bohr in på Köpenhamns universitet , där han studerade fysik , kemi , astronomi och matematik . Tillsammans med sin bror organiserade han en studentfilosofisk cirkel, där dess medlemmar omväxlande gjorde presentationer [14] . Vid universitetet utförde Niels Bohr sitt första arbete med studiet av svängningarna i en vätskestråle för att mer exakt bestämma storleken på vattnets ytspänning. En teoretisk studie 1906 belönades med en guldmedalj från Det Kongelige Danske Selskab . Under de följande åren ( 1907-1909 ) kompletterades den med experimentella resultat som Bohr erhöll i sin fars fysiologiska laboratorium [ 15] och publicerades enligt idéerna från armaturerna från dåvarande fysiken Ramsay och Rayleigh [16] .

År 1910 fick Bohr en magisterexamen och i maj 1911 disputerade han på sin doktorsavhandling om den klassiska elektroniska teorin om metaller [15] . I sitt avhandlingsarbete visade Bohr, som utvecklade Lorentz idéer, ett viktigt teorem för klassisk statistisk mekanik , enligt vilket det magnetiska momentet för varje uppsättning elementära elektriska laddningar som rör sig enligt klassisk mekaniks lagar i ett konstant magnetfält är lika. till noll i stationärt tillstånd. År 1919 återupptäcktes denna sats oberoende av Hendrik van Leeuwen och är känd som Bohr-van Leeuwens sats . Det innebär direkt omöjligheten att förklara materiens magnetiska egenskaper (särskilt diamagnetism ), samtidigt som den förblir inom ramen för klassisk fysik [17] . Detta var tydligen Bohrs första möte med begränsningarna i den klassiska beskrivningen, vilket ledde honom till frågor om kvantteorin.

Bor i England. Bohr Model (1911-1916)

År 1911 fick Bohr ett stipendium på 2 500 kronor från Carlsbergsstiftelsen för praktik utomlands [18] . I september 1911 anlände han till Cambridge för att arbeta vid Cavendish Laboratory under den berömda J. J. Thomson . Samarbetet fungerade dock inte: Thomson var inte intresserad av den unge dansken, som omedelbart påpekade ett fel i ett av hans verk och dessutom inte talade engelska bra . Bor kom senare ihåg det så här:

Jag var besviken över att Thomson inte var intresserad av att hans beräkningar var fel. Detta var också mitt fel. Jag kunde inte engelska tillräckligt bra och kunde därför inte förklara mig... Thomson var ett geni som faktiskt visade vägen för alla... Generellt sett var arbetet i Cambridge väldigt intressant, men det var helt värdelöst. [arton]

Som ett resultat, i mars 1912, flyttade Bohr till Manchester till Ernest Rutherford , som han hade träffat kort innan [19] . År 1911 publicerade Rutherford en planetmodell av atomen baserad på resultaten av hans experiment. Bohr blev aktivt involverad i arbetet med detta ämne, vilket underlättades av många diskussioner med den välkände kemisten Georg Hevesy , som då arbetade i Manchester, och med Rutherford själv. Den ursprungliga idén var att egenskaperna hos grundämnen bestäms av ett heltal- atomnummer , som är kärnans laddning, som kan förändras i processerna för radioaktivt sönderfall . Den första tillämpningen av Rutherford-modellen av atomen för Bohr var övervägandet under de sista månaderna av hans vistelse i England av processerna för interaktion mellan alfa- och beta-strålar med materia [20] . Sommaren 1912 återvände Bohr till Danmark .

Den 1 augusti 1912 [18] i Köpenhamn ägde bröllopet rum i Köpenhamn mellan Bohr och Margaret Nörlund, syster till Haralds nära vän Nils Erik Nörlund , som han träffade 1909 [21] . Under sin smekmånadsresa till England och Skottland besökte Bohr och hans fru Rutherford i Manchester. Bohr överlämnade till honom sin artikel förberedd för publicering, "Teorin om decelerationen av laddade partiklar när de passerar genom materia" (den publicerades i början av 1913 ). Samtidigt knöts en nära vänskap mellan familjerna Hog och Rutherford. Kommunikation med Rutherford lämnade ett outplånligt avtryck (både vetenskapligt och personligt) om Bohrs vidare öde, som skrev många år senare:

Mycket utmärkande för Rutherford var det välvilliga intresse han visade för alla unga fysiker som han hade långa eller korta kontakter med. <…> för mig blev Rutherford en andra pappa. [22]

Vid återkomsten till Köpenhamn undervisade Bohr vid universitetet, samtidigt som han arbetade intensivt med kvantteorin om atomens struktur. De första resultaten finns i ett utkast som skickades till Rutherford i juli 1912 och kallas "Rutherford Memorandum" [23] . Avgörande framgångar uppnåddes dock i slutet av 1912 - början av 1913 . Nyckelögonblicket var bekantskapen i februari 1913 med lagarna för arrangemanget av spektrallinjer och den allmänna kombinationsprincipen för frekvenserna av strålning från atomer. Bohr sa senare:

Så fort jag såg Balmers formel blev hela frågan direkt klar för mig. [24]

I mars 1913 skickade Bohr ett preliminärt utkast till tidningen till Rutherford och åkte i april till Manchester för några dagar för att diskutera sin teori. Resultatet av detta arbete var tre delar av den revolutionerande artikeln "On the structure of atoms and molecules" [25] , publicerad i tidskriften "Philosophical Magazine" i juli, oktober och december 1913 och som innehåller kvantteorin om en väteliknande atom . I Bohrs teori kan två huvudkomponenter särskiljas [26] : allmänna uttalanden (postulat) om beteendet hos atomsystem, som behåller sin betydelse och är omfattande testade, och en specifik modell av atomens struktur , som endast är av historiskt intresse idag. Bohrs postulat innehåller antaganden om existensen av stationära tillstånd och om strålningsövergångar mellan dem i enlighet med Plancks idéer om kvantiseringen av materiens energi. Bohrs modellteori om atomen bygger på antagandet att det är möjligt att beskriva elektronernas rörelse i en atom i ett stationärt tillstånd utifrån klassisk fysik , på vilken ytterligare kvantvillkor ställs (till exempel kvantisering av elektronen). rörelsemängd ). Bohrs teori gjorde det omedelbart möjligt att underbygga emissionen och absorptionen av strålning i de seriella spektra av väte , och även att förklara (korrigerat för den reducerade elektronmassan ) de väteliknande spektra med halvheltals kvanttal som tidigare observerats av Charles Pickering och Alfred Fowler som tillhörande joniserat helium . Den lysande framgången för Bohrs teori var den teoretiska härledningen av värdet på Rydbergskonstanten [27] .

Bohrs arbete väckte omedelbart fysikers uppmärksamhet och stimulerade den snabba utvecklingen av kvantkoncept . Hans samtida uppskattade det viktiga steg som den danske vetenskapsmannen tog. Sålunda skrev Rutherford 1936 :

Jag betraktar Bohrs ursprungliga kvantteori om spektra som en av de mest revolutionerande som någonsin gjorts inom vetenskapen; och jag känner inte till någon annan teori som har större framgång. [28]

1949 påminde Albert Einstein sina intryck av Bohrs teori på följande sätt:

Alla mina försök att anpassa fysikens teoretiska grunder till dessa resultat [d.v.s. konsekvenserna av Plancks lag för svartkroppsstrålning] har misslyckats totalt. Det var som om jorden hade dragits ut under deras fötter, och det fanns ingen fast mark någonstans att se att bygga på. Det har alltid förefallit mig vara ett mirakel att denna oscillerande och motsägelsefulla grund räckte för att tillåta Bohr – en man med genialisk intuition och subtil stil – att hitta huvudlagarna för atomernas spektrallinjer och elektronskal, inklusive deras betydelse för kemin. Det verkar som ett mirakel för mig nu. Detta är den högsta musikaliteten i tankens rike. [29]

Våren 1914 blev Bohr inbjuden av Rutherford för att ersätta Charles Darwin , sonson till den berömda naturforskaren , som föreläsare i matematisk fysik vid University of Manchester (Shuster School of Mathematical Physics) [30] . Han stannade i Manchester från hösten 1914 till sommaren 1916 . Vid den här tiden försökte han utvidga sin teori till många elektronatomer, men hamnade snart i en återvändsgränd. Redan i september 1914 skrev han:

För system med fler än två partiklar finns det inget enkelt samband mellan energi och antal varv, och av denna anledning kan överväganden som de jag använde tidigare inte tillämpas för att bestämma systemets "stationära tillstånd". Jag är benägen att tro, att mycket betydande svårigheter gömmer sig i detta problem, som endast kan övervinnas genom att man i större utsträckning än hittills krävt överge de vanliga föreställningarna, och att enkelheten i de övervägda systemen är den enda orsaken till den uppnådda framgången. [31]

År 1914 kunde Bohr delvis förklara uppdelningen av spektrallinjer i Stark- och Zeeman- effekterna , men han kunde inte få en uppdelning i mer än två komponenter. Detta avslöjade begränsningarna för de cirkulära banorna som beaktas i hans teori. Det blev möjligt att övervinna det först efter, i början av 1916, Arnold Sommerfeld formulerade generaliserade kvantförhållanden, introducerade tre kvanttal för en elektrons omloppsbana och förklarade den fina strukturen av spektrallinjer , med hänsyn till relativistiska korrigeringar. Bohr började omedelbart att radikalt revidera sina resultat i ljuset av detta nya tillvägagångssätt [32] .

Vidareutveckling av modellen. Korrespondensprincipen (1916–1923)

Sommaren 1916 återvände Bohr slutligen till sitt hemland och ledde Institutionen för teoretisk fysik vid Köpenhamns universitet . I april 1917 bad han de danska myndigheterna om medel för att bygga ett nytt institut för sig själv och sin personal. Den 3 mars 1921 , efter att ha övervunnit många organisatoriska och administrativa svårigheter, öppnades äntligen Institutet för teoretisk fysik [33] i Köpenhamn , som nu bär namnet på dess första ledare ( Niels Bohr Institutet ).

Trots att han var mycket upptagen med administrativa angelägenheter fortsatte Bohr att utveckla sin modell och försökte generalisera den till fallet med mer komplexa atomer, såsom helium . År 1918, i tidningen "On the Quantum Theory of Line Spectra", kvantifierade Bohr den så kallade korrespondensprincipen och kopplade kvantteorin till klassisk fysik. För första gången uppstod idén om korrespondens 1913 , när Bohr använde idén att övergångar mellan stationära banor med stora kvantantal skulle ge strålning med en frekvens som sammanfaller med frekvensen av elektronrotation [34] . Från och med 1918 blev korrespondensprincipen i Bohrs händer ett kraftfullt verktyg för att erhålla nya resultat: han tillät, enligt begreppen Einsteins koefficienter , att bestämma övergångssannolikheterna och följaktligen intensiteten av spektrallinjer; få urvalsreglerna (särskilt för den harmoniska oscillatorn ); ge en tolkning av antalet och polariseringen av komponenterna i Stark- och Zeeman-delningarna [35] . Därefter gav Bohr en tydlig formulering av korrespondensprincipen:

… "korrespondensprincipen", enligt vilken närvaron av övergångar mellan stationära tillstånd, åtföljda av strålning, är associerad med de harmoniska komponenterna i svängningen i en atoms rörelse, som i den klassiska teorin bestämmer egenskaperna hos strålning som emitteras pga. till en partikels rörelse. Således, enligt denna princip, antas det att varje övergångsprocess mellan två stationära tillstånd är associerad med motsvarande harmoniska komponent så att sannolikheten för närvaron av en övergång beror på amplituden av svängningen, medan polariseringen av strålningen beror på mer detaljerade egenskaper hos oscillationen på samma sätt som intensiteten och polariseringen av strålningen in i systemet av vågor som emitteras av en atom enligt den klassiska teorin på grund av närvaron av de angivna svängningskomponenterna, bestäms av amplitud och andra egenskaper hos den senare. [36]

Korrespondensprincipen spelade också en stor roll i konstruktionen av konsekvent kvantmekanik . Det var från den som Werner Heisenberg utgick 1925 när han konstruerade sin matrismekanik [37] . I allmän filosofisk mening är denna princip, som förbinder ny kunskap med det förflutnas landvinningar, en av de huvudsakliga metodologiska principerna för modern vetenskap [37] .

Åren 1921-1923 , i ett antal verk, var Bohr den första som gav en förklaring av Mendeleevs periodiska system baserat på hans modell av atomen, spektroskopiska data och allmänna överväganden om egenskaperna hos element , och presenterade ett schema för fyllning elektroniska banor ( skal , enligt modern terminologi) [38] . Riktigheten av tolkningen av det periodiska systemet bekräftades av upptäckten 1922 av det nya grundämnet hafnium av Dirk Coster och Georg Hevesy , som vid den tiden arbetade i Köpenhamn [39] . Som förutspått av Bohr visade sig detta element vara nära zirkonium i sina egenskaper och inte sällsynta jordartsmetaller , som tidigare trott [40] .

År 1922 tilldelades Bohr Nobelpriset i fysik "för sina tjänster till studiet av atomens struktur" [41] . I sin föreläsning "Om atomernas struktur" [42] , som hölls i Stockholm den 11 december 1922 , sammanfattade Bohr resultaten av tio års arbete.

Det var dock tydligt att Bohrs teori innehöll en inneboende motsägelse, eftersom den mekaniskt kombinerade klassiska begrepp och lagar med kvantförhållanden. Dessutom var den ofullständig, inte universell nog, eftersom den inte kunde användas för en kvantitativ förklaring av hela mångfalden av fenomen i atomvärlden. Till exempel misslyckades Bohr, tillsammans med sin assistent Hendrik Kramers , att lösa problemet med elektronernas rörelse i en heliumatom (det enklaste tvåelektronsystemet), som de hade arbetat med sedan 1916 . Bohr förstod tydligt begränsningarna av befintliga metoder (den så kallade "gamla kvantteorin") och behovet av att bygga en teori baserad på helt nya principer:

... hela förhållningssättet till problemet som helhet fortfarande var mycket semi-empiriskt till sin natur, och det blev snart ganska klart att för en uttömmande beskrivning av de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos element behövdes en ny radikal avvikelse från klassisk mekanik för att kombinera kvantpostulat till ett logiskt konsekvent schema. [trettio]

Bildning av kvantmekanik. Komplementaritetsprincipen (1924–1930)

Den nya teorin var kvantmekaniken , som skapades 1925-1927 i verk av Werner Heisenberg , Erwin Schrödinger , Max Born , Paul Dirac [43] . Samtidigt förblev kvantmekanikens grundidéer, trots dess formella framgångar, i stort sett oklara under de första åren. För en fullständig förståelse av kvantmekanikens fysiska grunder var det nödvändigt att koppla den till erfarenhet, för att avslöja innebörden av begreppen som användes i den (för användningen av klassisk terminologi var inte längre legitim), det vill säga att ge en tolkning av dess formalism.

Det var dessa frågor om den fysiska tolkningen av kvantmekaniken som Bohr funderade på vid den tiden. Resultatet blev begreppet komplementaritet , som presenterades vid kongressen till minne av Alessandro Volta i Como i september 1927 [44] . Utgångspunkten i utvecklingen av Bohrs åsikter var hans antagande 1925 av våg-partikeldualism . Dessförinnan vägrade Bohr att acceptera verkligheten av Einsteins ljuskvanta ( fotoner ), som var svåra att förena med korrespondensprincipen [45] , vilket resulterade i ett gemensamt dokument med Kramers och John Slater , där ett oväntat antagande gjordes om icke-konservering av energi och momentum i individuella mikroskopiska processer (konserveringslagar antog en statistisk karaktär). Dessa åsikter motbevisades dock snart av Walter Bothe och Hans Geigers experiment [46] .

Det var den korpuskulära vågdualismen som sattes av Bohr som grund för tolkningen av teorin. Idén om komplementaritet, som utvecklades i början av 1927 när man var på semester i Norge [47] , återspeglar ett logiskt förhållande mellan två beskrivningssätt eller uppsättningar av representationer, som, även om de utesluter varandra, båda är nödvändiga för en fullständig beskrivning av staten av angelägenheter. Kärnan i osäkerhetsprincipen är att en sådan fysisk situation inte kan uppstå där båda ytterligare aspekter av fenomenet skulle manifestera sig samtidigt och lika distinkt [48] . Med andra ord finns det inga tillstånd i mikrokosmos där objektet samtidigt skulle ha exakta dynamiska egenskaper som tillhör två specifika klasser som ömsesidigt utesluter varandra, vilket uttrycks i Heisenbergs osäkerhetsrelation . Mätdata för mikrovärldsobjekt, erhållna med hjälp av olika experimentella uppställningar, under förhållanden där interaktionen mellan mätanordningen och objektet är en integrerad del av mätprocessen, står i ett slags ytterligare förhållande till varandra. [49] Bildandet av Bohrs idéer, som han själv erkände, påverkades av den filosofiska och psykologiska forskningen av Sören Kierkegaard , Harald Göffding och William James [50] .

Komplementaritetsprincipen låg till grund för den så kallade Köpenhamnstolkningen av kvantmekaniken [51] och analysen av mätprocessen [52] av mikroobjektens egenskaper. Enligt denna tolkning är de dynamiska egenskaperna hos en mikropartikel lånad från klassisk fysik (dess koordinat , rörelsemängd , energi, etc.) inte alls inneboende i själva partikeln. Betydelsen och det bestämda värdet av en eller annan egenskap hos en elektron, till exempel dess rörelsemängd, avslöjas i samband med klassiska objekt, för vilka dessa storheter har en viss betydelse och alla samtidigt kan ha ett visst värde (t.ex. klassiskt objekt kallas villkorligt för en mätanordning). Rollen för komplementaritetsprincipen visade sig vara så väsentlig att Pauli till och med föreslog att kvantmekaniken skulle kallas "komplementaritetsteorin" i analogi med relativitetsteorin [53] .

En månad efter kongressen i Como , vid den femte Solvay-kongressen i Bryssel , började de berömda diskussionerna mellan Bohr och Einstein om tolkningen av kvantmekaniken [54] [55] . Tvisten fortsatte 1930 vid den sjätte kongressen, där Bohr från kvantmekanikens synvinkel förklarade paradoxen i Einsteins fotonlåda [54] , och återupptogs sedan med förnyad kraft 1935 efter den välkända artikeln [56] av Einstein, Podolsky och Rosen om kvantmekanikens fullständighet (se EPR-paradoxen ). Diskussioner slutade inte förrän Einsteins död [57] och fick ibland en bitter karaktär. Deltagarna upphörde dock aldrig att behandla varandra med stor respekt, vilket återspeglades i Einsteins ord, skrivna 1949 :

Jag ser att jag var ... ganska hård, men ... bara bröder eller nära vänner bråkar på riktigt. [58]

Även om Bohr aldrig kunde övertyga Einstein om att han hade rätt, tillät dessa diskussioner och lösningar på många paradoxer Bohr att avsevärt förbättra klarheten i sina tankar och formuleringar, för att fördjupa sin förståelse av kvantmekaniken :

Lärdomen vi har lärt oss av detta har satt oss avgörande på vägen för den aldrig sinande kampen för harmoni mellan innehåll och form; den här lektionen har återigen visat oss att inget innehåll kan förstås utan en lämplig form, och att vilken form som helst, hur användbar den än har varit i det förflutna, kan vara för snäv för att fånga nya resultat. [59]

Kärnfysik (1930-talet)

1932 flyttade Bohr och hans familj till det så kallade "House of Honor", residenset för den mest respekterade medborgaren i Danmark, byggt av grundaren av bryggeriföretaget Carlsberg . Här besöktes han av kändisar inte bara från den vetenskapliga (till exempel Rutherford), utan också från den politiska världen (det danska kungaparet, den engelska drottningen Elizabeth , presidenter och premiärministrar i olika länder) [60] .

1934 upplevde Bohr en allvarlig personlig tragedi. När han seglade på en yacht i Kattegatt , spolades hans äldste son, 19-årige Christian, överbord av en storm; det gick inte att hitta den [61] . Totalt fick Niels och Margaret sex barn. En av dem, Aage Bohr , blev också en framstående fysiker och fick Nobelpriset ( 1975 ).

1930-talet blev Bohr intresserad av kärntekniska ämnen och omorienterade sitt institut till det: tack vare sin berömmelse och inflytande lyckades han få finansiering för byggandet av nya installationer vid sitt institut - en cyklotron , en accelerator enligt Cockcroft-Walton modell och en van de Graaff accelerator [62] . Vid den tiden gjorde han själv ett betydande bidrag till teorin om kärnans struktur och kärnreaktioner.

År 1936 formulerade Bohr, baserat på förekomsten av nyligen observerade neutronresonanser , en grundläggande idé för kärnfysik om karaktären av förloppet av kärnreaktioner : han föreslog existensen av den så kallade sammansatta kärnan ("sammansatt kärna"). det vill säga ett exciterat tillstånd av kärnan med en livstid av samma storleksordning som en neutrons rörelse genom den. Sedan innefattar reaktionsmekanismen, som inte är begränsad till enbart neutronreaktioner, två steg: 1) bildandet av en sammansatt kärna, 2) dess sönderfall. I detta fall fortskrider dessa två stadier oberoende av varandra, vilket beror på jämviktsomfördelningen av energi mellan den sammansatta kärnans frihetsgrader . Detta gjorde det möjligt att tillämpa ett statistiskt tillvägagångssätt för att beskriva kärnornas beteende, vilket gjorde det möjligt att beräkna tvärsnitten av ett antal reaktioner , och även att tolka sönderfallet av en sammansatt kärna i termer av avdunstning av partiklar [63 ] , skapande, på förslag av Yakov Frenkel , en droppmodell av kärnan .

En sådan enkel bild sker dock endast vid stora avstånd mellan resonanser (kärnnivåer), det vill säga vid låga excitationsenergier. Som visades 1939 i Bohrs gemensamma arbete med Rudolf Peierls och Georg Placzek , när resonanserna hos den sammansatta kärnan överlappar, hinner inte jämvikten i systemet etableras och de två stegen i reaktionen upphör att vara oberoende , det vill säga naturen av sönderfallet av den mellanliggande kärnan bestäms av processen för dess bildning. Utvecklingen av teorin i denna riktning ledde till att Viktor Weiskopf , Herman Feshbach och K. Porter 1953 skapade den så kallade "optiska modellen av kärnan", som beskriver kärnreaktioner inom ett brett energiområde [64] .

Samtidigt med konceptet av den sammansatta kärnan, föreslog Bohr (tillsammans med F. Kalkar) att man skulle överväga de kollektiva rörelserna av partiklar i kärnor, vilket kontrasterade dem med bilden av oberoende nukleoner . Sådana vibrationsmoder av vätskedroppstyp återspeglas i spektroskopiska data (särskilt i kärnstrålningens multipolstruktur ). Idéerna om kärnornas polariserbarhet och deformationer utgjorde grunden för den generaliserade (kollektiva) modell av kärnan som utvecklades i början av 1950-talet av Aage Bohr , Ben Mottelson och James Rainwater [65] .

Bohrs bidrag till förklaringen av mekanismen för kärnklyvning är stort, där enorma mängder energi frigörs. Uppdelningen upptäcktes experimentellt i slutet av 1938 av Otto Hahn och Fritz Strassmann och tolkades korrekt av Lise Meitner och Otto Frisch under jullovet. Bohr fick reda på deras idéer från Frisch, som sedan arbetade i Köpenhamn , strax innan han reste till USA i januari 1939 [66] . Vid Princeton utvecklade han tillsammans med John Wheeler en kvantitativ teori om kärnklyvning, baserad på modellen för den sammansatta kärnan och konceptet med kritisk deformation av kärnan, vilket leder till dess instabilitet och förfall. För vissa kärnor kan detta kritiska värde vara lika med noll, vilket uttrycks i sönderfallet av kärnan vid godtyckligt små deformationer [67] . Teorin gjorde det möjligt att erhålla energiberoendet för fissionstvärsnittet, vilket sammanfaller med det experimentella. Dessutom kunde Bohr visa att klyvningen av uran-235- kärnor orsakas av "långsamma" (lågenergi-) neutroner och uran-238  av snabba [68] .

Motstånd mot nazismen. Krig. Kämpa mot atomhotet (1940-1950)

Efter att nazisterna kom till makten i Tyskland deltog Bohr aktivt i att ordna ödet för många emigrantforskare som flyttade till Köpenhamn . År 1933, genom insatser av Niels Bohr, hans bror Harald , chefen för vaccininstitutet, Thorvald Madsen, och advokaten Albert Jorgensen, inrättades en särskild kommitté för bistånd till flyktingforskare [69] .

Efter ockupationen av Danmark i april 1940 fanns det en reell risk att Bohr arresterades på grund av sitt halvjudiska ursprung. Ändå beslöt han att stanna kvar i Köpenhamn så länge som möjligt för att garantera skyddet av institutet och hans personal från ockupationsmyndigheternas intrång. I oktober 1941 besöktes Bohr av Heisenberg , då chef för det nazistiska atomprojektet. Ett samtal ägde rum mellan dem om möjligheten att implementera kärnvapen, om vilket den tyske forskaren skrev följande:

Jag besökte Köpenhamn hösten 1941, jag tror det var i slutet av oktober. Vid det här laget kom vi på Uranium Society, som ett resultat av experiment med uran och tungt vatten, till slutsatsen att det var möjligt att bygga en reaktor med uran och tungt vatten för att producera energi. <...> Vid den tiden överskattade vi omfattningen av de nödvändiga tekniska kostnaderna. <...> Under sådana omständigheter trodde vi att ett samtal med Bohr skulle vara användbart. Ett sådant samtal ägde rum under en kvällspromenad i Ni-Carlsbergsområdet. Eftersom jag visste att Bohr stod under de tyska politiska myndigheternas övervakning och att hans kommentarer om mig förmodligen skulle överföras till Tyskland, försökte jag föra detta samtal på ett sätt som inte äventyrade mitt liv. Samtalet, så vitt jag minns, började med min fråga om fysiker i krigstid borde ta itu med uranproblemet, eftersom framsteg på detta område kan leda till allvarliga konsekvenser i krigstekniken. Bohr förstod omedelbart betydelsen av denna fråga, för jag kunde uppfatta hans reaktion av lätt skräck. Han svarade med en motfråga: "Tror du verkligen att uranklyvning kan användas för att tillverka vapen?" Jag svarade: "I princip är det möjligt, men det skulle kräva sådana otroliga tekniska ansträngningar som förhoppningsvis inte kan genomföras under ett riktigt krig." Bohr blev chockad av mitt svar, och antog tydligen att jag hade för avsikt att informera honom om att Tyskland hade gjort enorma framsteg i produktionen av atomvapen. Även om jag senare försökte rätta till detta felaktiga intryck, lyckades jag ändå inte vinna Bohrs förtroende ... [70]

Därmed antyder Heisenberg att Bohr inte förstod vad han menade. Bohr själv höll dock inte med om denna tolkning av hans samtal med Heisenberg. 1961, i ett samtal med Arkady Migdal , sade han:

Jag förstod honom perfekt. Han erbjöd mig att samarbeta med nazisterna... [71]

År 2002 publicerade Bohrs ättlingar Bohrs osända brev till Heisenberg, troligen skrivna samma år, 1957 [72] . I den första av dessa skriver Bohr att han helt minns deras samtal, där Heisenberg uttryckte förtroende för Tysklands slutliga seger och bjöd in Bohr att delta i utvecklingen av atombomben.

Hösten 1943 blev det omöjligt att stanna i Danmark, så Bor, tillsammans med sin son Oge , transporterades av motståndsstyrkorna, först med båt till Sverige och därifrån med bombplan till England , medan de nästan dog [73] ] . Moster Bora (hans mors storasyster) - den berömda danska läraren Hannah Adler (1859-1947) - deporterades till ett koncentrationsläger trots sin 84-åriga ålder och regeringsskydd [74] . I Storbritannien och USA , dit han snart flyttade, engagerade sig forskaren i skapandet av atombomben och deltog i den fram till juni 1945. I USA hette hon och hennes son Nicholas och Jim Baker.

Samtidigt, från och med 1944 , var Bohr medveten om faran med det atomära hotet. Ett möte med Storbritanniens premiärminister den 16 maj 1944 ledde inte till några resultat. Efter det började Niels Bohr söka ett möte med USA:s president F. Roosevelt . I sitt memorandum riktat till president Roosevelt (3 juli 1944) krävde han ett totalt förbud mot användning av kärnvapen , för att säkerställa strikt internationell kontroll över dem och samtidigt för att förstöra alla monopol på de fredliga. användning av atomenergi [73] . Därefter skickade han ytterligare två memorandum till de amerikanska ledarna - daterade 24 mars 1945 och 17 maj 1948 [75] . Bohr försökte förmedla sina tankar till Churchill och Roosevelt och under personliga möten med dem, men utan resultat. Dessutom ledde denna aktivitet, såväl som en inbjudan att komma till Sovjetunionen under kriget , från Pyotr Kapitsa i början av 1944, till misstankar om spionage till förmån för Sovjetunionen [76] .

I november 1945 fick Bor, på instruktioner från sovjetisk underrättelsetjänst och på rekommendation av P. Kapitsa, besök av den sovjetiske fysikern Ya. P. Terletsky , som ställde honom ett antal frågor om det amerikanska atomprojektet (om atomreaktorer). Bor berättade bara vad som hade publicerats i öppna källor vid den tiden, och rapporterade Terletskys besök hos kontraspionagetjänsterna [77] .

År 1950 publicerade Bohr ett öppet brev till FN , där han insisterade på fredligt samarbete och fritt utbyte av information mellan stater som nyckeln till att bygga en "öppen värld" [78] . I framtiden uttalade han sig upprepade gånger om detta ämne och förstärkte sin auktoritet med krav på fred och förhindrande av hotet om kärnvapenkrig [79] .

Senaste åren

De senaste åren ägnade Bohr sig främst åt sociala aktiviteter, höll föredrag i olika länder och skrev artiklar om filosofiska ämnen. Direkt inom fysikområdet under 1940-1950-talet fortsatte han att ta itu med problemet med elementarpartiklars interaktion med miljön. Bohr själv ansåg att komplementaritetsprincipen var hans mest värdefulla bidrag till vetenskapen [80] . Han försökte utvidga dess tillämpning till andra områden av mänsklig aktivitet - biologi, psykologi, kultur, och tänkte mycket på språkets roll och betydelse i vetenskapen och livet [81] .

Niels Bohr dog den 18 november 1962 av en hjärtattack . En urna med hans aska ligger i familjegraven på Assistens kyrkogård i Köpenhamn .

Bora Science School

Bohr skapade en stor internationell skola av fysiker och gjorde mycket för att utveckla samarbetet mellan fysiker runt om i världen. Sedan början av 1920-talet har Köpenhamn blivit ett "attraktionscentrum" för de mest aktiva fysikerna: de flesta av skaparna av kvantmekaniken ( Heisenberg , Dirac , Schrödinger och andra) arbetade där vid ett eller annat tillfälle, deras idéer kristalliserades i långa utmattande samtal med Bohr [82] . Av stor betydelse för spridningen av Bohrs idéer var hans föreläsningsbesök i olika länder. Således spelade de sju föreläsningar som Bohr höll i juni 1922 vid universitetet i Göttingen (den så kallade "Bohr-festivalen") en viktig roll i vetenskapens historia [83] . Det var då han träffade de unga fysikerna Wolfgang Pauli och Werner Heisenberg, elever i Sommerfeld [84] . Heisenberg uttryckte sina intryck av det första samtalet med Bohr under promenaden på följande sätt:

Denna vandring hade det starkaste inflytandet på min efterföljande vetenskapliga utveckling, eller kanske kan man bättre säga att min egen vetenskapliga utveckling bara började med denna vandring. [85]

Därefter avbröts inte Bohrgruppens koppling till Göttingengruppen ledd av Max Born och gav många enastående vetenskapliga resultat. Naturligtvis var Bohrs förbindelser med Cambridge-gruppen ledd av Rutherford mycket starka: Charles Darwin , Paul Dirac , Ralph Fowler , Douglas Hartree , Neville Mott och andra arbetade i Köpenhamn vid olika tidpunkter [84] . Bohr tog också emot sovjetiska vetenskapsmän vid sitt institut, av vilka många arbetade där under lång tid. Han kom upprepade gånger till Sovjetunionen , sista gången 1961 [86] .

Niels Bohrs skola inkluderar [87] sådana vetenskapsmän som Hendrik Kramers , Oskar Klein , Lev Landau , Viktor Weiskopf , Leon Rosenfeld , John Wheeler , Felix Bloch , Aage Bohr , Hendrik Casimir , Yoshio Nishina , Christian Möller , Abraham Pais och många andra . Arten av Bohrs vetenskapliga skola och hans relation till sina elever kan förtydligas av följande avsnitt. När Landau, under Bohrs besök i Moskva i maj 1961, frågade sin mentor: "Vilken hemlighet hade du som gjorde att du kunde koncentrera kreativa teoretiska ungdomar omkring dig i en sådan utsträckning?", svarade han:

Det fanns ingen speciell hemlighet, förutom att vi inte var rädda för att framstå som dumma inför ungdomen. [88]

Minne

Utmärkelser

Publikationer

Böcker

Artiklar

Se även

Anteckningar

  1. 1 2 MacTutor History of Mathematics Archive
  2. 1 2 BOHR NIELS // Encyclopædia Universalis  (franska) - Encyclopædia Britannica .
  3. 1 2 N.HD Bohr // KNAW Tidigare medlemmar 
  4. http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/09599916.2013.791340
  5. http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02959119
  6. http://www.jstor.org/stable/4449827
  7. http://www.nytimes.com/2005/12/27/science/27eins.html?oref=login
  8. Mathematical Genealogy  (engelska) - 1997.
  9. Mathematical Genealogy  (engelska) - 1997.
  10. A. Pais . Niels Bohr, människan och hans vetenskap // A. Pais. Geniuses of Science Arkiverad 18 januari 2012 på Wayback Machine . — M.: IKI, 2002. — S. 24.
  11. 1 2 D. Danin . Niels Bohrs verk och dagar. Arkivexemplar daterad 19 januari 2012 på Wayback Machine  - M .: Knowledge, 1985. - P. 8.
  12. A. B. Migdal . Niels Bohr och kvantfysik  // UFN . — 1985 . - T. 147 , nr 10 .
  13. ↑ Niels Bohrs tidiga år Arkiverad 15 april  2009 på Wayback  Machine
  14. A. B. Migdal. Dekret. op. - S. 305-306.
  15. 1 2 A. Pais. Dekret. op. - S. 25.
  16. E. L. Feinberg . Niels Bohrs liv och arbete  // UFN . — 1963 . - T. 80 , nr 2 . - S. 197-205 .
  17. Bohr-van Leuvens teorem Arkiverad 5 mars 2012 på Wayback Machine // Encyclopedia of Physics. - M.: TSB, 1988. - T. 1. - S. 225.
  18. 1 2 3 A. Pais. Dekret. op. S. 26.
  19. N. Bor . Minnen av E. Rutherford - grundaren av vetenskapen om kärnan. Vidareutveckling av hans arbete  = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscenser av grundaren av kärnkraftsvetenskapen och av några utvecklingar baserade på hans arbete // UFN / Per. V. A. Ugarova. - 1963. - T. 80 , nr 2 . - S. 215-250 .
  20. N. Bor . Minnen av E. Rutherford - grundaren av vetenskapen om kärnan. Vidareutveckling av hans arbete  = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscenser av grundaren av kärnkraftsvetenskapen och av några utvecklingar baserade på hans arbete // UFN / Per. V. A. Ugarova. - 1963. - T. 80 , nr 2 . - S. 217-219 .
  21. R. Moore. Niels Bohr är en man och en vetenskapsman. Arkivexemplar daterad 18 januari 2012 på Wayback Machine  - M .: Mir, 1969. - S. 54.
  22. N. Bor . Minnen av E. Rutherford - grundaren av vetenskapen om kärnan. Vidareutveckling av hans arbete  = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscenser av grundaren av kärnkraftsvetenskapen och av några utvecklingar baserade på hans arbete // UFN / Per. V. A. Ugarova. - 1963. - T. 80 , nr 2 . - S. 248-249 .
  23. M. A. Elyashevich . Niels Bohrs utveckling av atomens kvantteorin och korrespondensprincipen (Verk av N. Bohr 1912-1923 om atomfysik och deras betydelse)  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1985. - T. 147 , nr. 10 . - S. 263 .
  24. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 270.
  25. Del ett tillgängligt på: On the Constitution of Atoms and Molecules, Del I Arkiverad 4 april 2019 på Wayback Machine . — Phil. Mag. — Vol. 26.-s. 1-24 (1913).
  26. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 254-255, 273.
  27. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 275-278.
  28. M. A. Elyashevich. Dekret. op. — S. 297. Se även: E. Rutherford. Fav. vetenskaplig tr. - M .: Nauka, 1972. - S. 490.
  29. M. A. Elyashevich. Dekret. op. — S. 297. Se även: A. Einstein. Sobr. vetenskaplig tr. - M .: Nauka, 1967. - T. 4. - S. 275.
  30. 1 2 N. Bor . Minnen av E. Rutherford - grundaren av vetenskapen om kärnan. Vidareutveckling av hans arbete  = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscenser av grundaren av kärnkraftsvetenskapen och av några utvecklingar baserade på hans arbete // UFN / Per. V. A. Ugarova. - 1963. - T. 80 , nr 2 . - S. 229 .
  31. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 281.
  32. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 283, 286.
  33. A. Pais. Dekret. op. - S. 30.
  34. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 276.
  35. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 288-289.
  36. N. Bor. Om atomernas struktur  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1923. - Utgåva. 4 . - S. 436 .
  37. 1 2 M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 298.
  38. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 293-294.
  39. N. Bor. Minnen av E. Rutherford ... - S. 233.
  40. A. B. Migdal. Dekret. op. - S. 323.
  41. Yu. A. Khramov . Fysiker: En biografisk guide. - M .: Nauka, 1983. - S. 390.
  42. N. Bor. Om atomernas struktur. - S. 417-448.
  43. Se ett urval av klassiska artiklar i jubileumsnumret av UFN, vol. 122, nr. 8 (1977) Arkiverad 7 december 2009 på Wayback Machine .
  44. A. Pais. Dekret. op. - S. 32.
  45. N. Bor. Minnen av E. Rutherford ... - S. 236.
  46. M. Jammer . Utveckling av begreppen kvantmekanik. - M .: Mir, 1985. - S. 184-188.
  47. M. Jammer. Dekret. op. - S. 336.
  48. M. Jammer. Dekret. op. - S. 337.
  49. V. A. Fok . Kvantfysik och filosofi (Kausalitet och komplementaritet). - T. 67. - nummer. 1 (1959) Arkiverad 31 juli 2013 på Wayback Machine .
  50. M. Jammer. Dekret. op. - S. 174-180, 337-339.
  51. M. Jammer. Dekret. op. - S. 348.
  52. M. Jammer. Dekret. op. - S. 357.
  53. M. Jammer. Dekret. op. - S. 343.
  54. 1 2 Evgeny Berkovich. Femte Solvay-kongressen  // Science and Life . - 2019. - Nr 8 . - S. 54-71 .
  55. M. Jammer. Dekret. op. - S. 346-348.
  56. Se översättning av artikeln och Bohrs svar Arkiverad 1 november 2011 på Wayback Machine .
  57. A. Pais. Dekret. op. - S. 34.
  58. E. L. Feinberg. Dekret. op. - S. 204.
  59. N. Bor. Diskussioner med Einstein om problemen med kunskapsteorin i atomfysik  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1958. - T. 66 , nr. 12 . - S. 597 .
  60. R. Moore. Dekret. op. - S. 223-224.
  61. R. Moore. Dekret. op. - S. 224-225.
  62. A. Pais. Dekret. op. - S. 37.
  63. S. T. Belyaev , V. G. Zelevinsky. Niels Bohr och kärnfysik  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1985. - T. 147 , nr. 10 . - S. 212-215 .
  64. S. T. Belyaev, V. G. Zelevinsky. Dekret. op. - S. 215-216.
  65. S. T. Belyaev, V. G. Zelevinsky. Dekret. op. - S. 223-225.
  66. O. Frisch , J. Wheeler . Upptäckt av kärnklyvning  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1968. - T. 96 , nr. 12 . - S. 706 .
  67. S. T. Belyaev, V. G. Zelevinsky. Dekret. op. - S. 235-237.
  68. O. Frisch, J. Wheeler. Dekret. op. - S. 714-715.
  69. R. Moore. Dekret. op. sid. 220-221.
  70. R. Jung. Ljusare än tusen solar. En berättelse om atomforskare. - M., 1961. Chef för förebyggande strategi (1939-1942). Arkiverad 10 juni 2009 på Wayback Machine
  71. A. B. Migdal. Dekret. op. - S. 340.
  72. Aaserud, Finn Offentliggörande av dokument relaterade till mötet i Bohr-Heisenberg 1941  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . Niels Bohr-arkivet (6 februari 2002). Tillträdesdatum: 5 juli 2013. Arkiverad från originalet 5 juli 2013.
  73. 1 2 I. Tamm . Niels Bohr - XX-talets store fysiker  // UFN . — 1963 . - T. 80 , nr 1 . - S. 191-195 .
  74. Intervjuer med Aage och Margaret Bohr  (engelska)  (otillgänglig länk) . Hämtad 26 november 2009. Arkiverad från originalet 11 september 2014.
  75. S. G. Suvorov . Mot publiceringen av Niels Bohrs öppna brev till FN  // UFN . — 1985 . - T. 147 , nr 10 . - S. 367-369 .
  76. P. E. Rubinin . Niels Bohr och Petr Leonidovich Kapitsa  // UFN . 1997 . - T. 167 , nr 1 . - S. 101-106 .
  77. I. Khalatnikov. Dau, Centaur och andra Arkiverad 3 januari 2010 på Wayback Machine
  78. N. Bor. Öppet brev till FN  // UFN . — 1985 . - T. 147 , nr 2 . - S. 357-366 .
  79. D. Danin. Dekret. op. - S. 77.
  80. A. Pais. Dekret. op. - S. 35.
  81. M.V. Volkenstein . Komplementaritet, fysik och biologi  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1988. - T. 154 , nr. 2 . - S. 279-297 .
  82. D. Danin. Dekret. op. - S. 49-53.
  83. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 292.
  84. 1 2 N. Bor. Minnen av E. Rutherford ... - S. 234.
  85. M. A. Elyashevich. Dekret. op. - S. 295.
  86. V. A. Belokon. Niels Bohr på besök hos sovjetiska vetenskapsmän  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1962. - T. 76 , nr. 1 .
  87. N. Bohr Arkivexemplar daterad 14 juni 2007 på Wayback Machine // Yu. A. Khramov . Fysiker: En biografisk guide. - M .: Nauka, 1983. - S. 40.
  88. I. Tamm. Dekret. op. - S. 192.
  89. Se Danmarks mynt och sedlar. Arkiverad från originalet den 23 maj 2011.  (ej tillgänglig länk från 2013-09-09 [3339 dagar] - historik ,  kopia ) Bilden av sedeln kan ses på länken Arkivexemplar daterad 13 december 2011 på Wayback Machine .

Litteratur

Böcker

Artiklar

Länkar