尼尔斯·玻尔

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Niels Bohr
尼爾斯·波耳

出生 1885年10月7日(1885-10-07)
丹麥哥本哈根
逝世 1962年11月18日 (77歲)
 丹麦哥本哈根
国籍  丹麦
研究領域 物理學家
任职於 哥本哈根大學
博士導師 克里斯蒂安·克里斯蒂安森
学术指导 en:J. J. Thomson
Ernest Rutherford
博士學生 en:Hendrik Anthony Kramers
著名成就
受影响于
施影响於
獲獎
签名
備註
參與曼哈頓計劃

尼爾斯·波耳丹麥語Niels Bohr,1885年10月7日-1962年11月18日),丹麥物理學家。他通過引入量子化條件,提出了波耳模型來解釋氫原子光譜,提出對應原理互補原理哥本哈根詮釋來解釋量子力學,對二十世紀物理學的發展影響深遠。由於「对原子结构以及從原子发射出的辐射的研究」,榮獲1922年諾貝爾物理學獎


早年[编辑]

波耳生於丹麥首都哥本哈根,父親克里斯蒂安·玻尔哥本哈根大學生理學教授,母親出身於一個富有的猶太人家庭。波耳從小受到良好的家庭教育,並愛好足球,曾經和弟弟哈那德·波耳共同代表丹麦AB足球俱乐部參加職業足球比賽。[1] 1903年波耳進入哥本哈根大學學習物理,1911年獲博士學位。隨後,他曾在曼徹斯特大學盧瑟福的實驗室短期工作。基於盧瑟福的原子核理論和普朗克的量子說,1913年波耳提出了原子結構的波耳模型。按照這一模型電子環繞原子核作軌道運動,外層軌道比內層軌道可以容納更多的電子;較外層軌道的電子數決定了元素的化學性質。如果外層軌道的電子落入內層軌道,將釋放出一個帶固定能量的光子

青年[编辑]

波耳與愛因斯坦在討論問題,厄倫菲斯特攝於在萊頓的家中

1916年,波耳成為哥本哈根大學的物理學教授,並於1920年起開始擔任剛創建的哥本哈根大學理論物理研究所的所長。他在此後的四十年,一直擔任這一職務。1922年,波耳由於對於原子結構理論的貢獻獲得諾貝爾物理學獎。他所在的理論物理研究所也在二三十年代成為物理學研究的中心。1930年代中期,研究發現了許多中子誘發的核反應。波耳提出了原子核的液滴模型,很好地解釋了重核的裂變。

波耳認識到他的理論並不是一個完整的理論體系,還只是經典理論和量子理論的混合。他的目標是建立一個能夠描述微觀尺度的量子過程的基本力學。為此,波耳提出了著名的「對應原理」,即宏觀與微觀理論,以及不同領域相似問題之間的對應關係。對應原理指出經典理論是量子理論的極限近似,而且按照對應原理指出的方向,可以由舊理論推導出新理論。這在後來量子力學的建立發展過程中得到了充分的驗證。波耳的學生海森堡在對應原理的指導下,尋求與經典力學相對應的量子力學的各種具體對應關係和對應量,由此建立了矩陣力學。對應理論在狄拉克薛定諤發展波動力學和量子力學的過程中起到了指導作用。

在對於量子力學的解釋上,波耳等人提出了哥本哈根詮釋,但遭到了堅持決定論的愛因斯坦薛定諤等人的反對。從此波耳與愛因斯坦開始了玻爾-愛因斯坦論戰,最有名的一次爭論發生在第六次索爾維會議上,愛因斯坦提出了後來知名為愛因斯坦盒子的問題,以求駁倒不確定性原理。波耳當時無言以對,但冥思一晚後有所發現及后巧妙地進行了反駁,使得愛因斯坦只得承認不確定性原理是自洽的。這一爭論一直持續至愛因斯坦去世。

二戰與戰後[编辑]

波耳的紋章

二戰期間德軍佔領丹麥,海森堡前往哥本哈根與波耳相見。此次會談的內容各當事人說法不一,至今仍然在爭論之中,但可以確定的是海森堡的話讓波耳十分生氣,並損害了他們倆的友誼。為避免被德軍扣留,波耳被迫於1943年逃離丹麥,坐船前往瑞典,然後坐一架小飛機到達倫敦。為了防止被人發現,飛機要飛得很高。據說波耳因為專心思考,而忘記了戴氧氣面罩。另一種說法是波耳的頭太大,面罩尺寸不合適,使得波耳在空中曾失去了知覺。隨後波耳從倫敦前往美國,任洛斯阿拉莫斯實驗室所進行的負責研製原子彈曼哈頓計劃的顧問。按照著名物理學家費曼的說法,當時波耳就如同物理界的神一般受到大家尊敬。1945年,波耳回到丹麥,此後致力於推動原子能的和平利用。1962年11月18日,波耳在哥本哈根去世,去世前一天,他還在工作室的黑板上畫了當年愛因斯坦那個光子盒的草圖。

1965年波耳去世三週年時,哥本哈根大學物理研究所被命名為尼爾斯·波耳研究所。1997年IUPAC正式通過將第107號元素命名為Bohrium,以紀念波耳。

其子奥格·玻尔也是物理學家,於1975年獲得諾貝爾物理學獎

與海森堡的關係[编辑]

波耳和維爾納·海森堡有緊密的良師益友關係,直到第二次世界大戰爆發。在1922年海森堡在格丁根的一次演講中,波耳就注意到海森堡的才能。在1920年代中期,海森堡和波耳在哥本哈根研究所一起工作。海森堡也像波耳的大多數助手那樣學習丹麥語。海森堡的不确定性原理就是在這個時期誕生,波耳的互补原理也是一樣。

到了第二次世界大戰時期,他們的關係變得緊張,主要原因是因為波耳有一半猶太人血統,當時丹麥被德軍佔領。海森堡在德國當上了德國發展核子科學的首領。1941年9月,海森堡做了一個著名的探訪,到丹麥會見波耳。海森堡似乎在開始時談論核能和道德以及戰爭。波耳和海森堡兩者都沒有透露此次會面關於這部分的任何細節,兩人各自僅留下小量關於此事的書面記錄。波耳的回應似乎是突然的終止了對話,且沒有給海森堡任何的徵兆、頭緒。

雖然一些人認為他們的關係因為這次會面才變得緊張,有其它證據顯示他們的聯繫程度在此前已經大幅的減少了。海森堡認為他們的關係破裂是稍後的事,在他給妻子的信件中,他描述到他旅遊中最後的專訪:「今天我又再一次和魏茨澤克在波耳的家,在許多方面來說這裡很舒適。這次的對話大部分都是以人道為考量,波耳在朗讀,我彈奏了莫札特奏鳴曲(A大調)。伊萬·許派克是海森堡的學生兼朋友之一,他認為這次會面的主要人物其實是卡尔·冯·魏茨泽克,魏茨澤克試圖說服波耳為英國與德國之間斡旋和平。

核子武器[编辑]

「合金管」是英國核武計畫的代號。英國情報局詢問了波耳能否參與工作或者有否特殊價值見解。波耳清楚地回答他幫不到忙。這個答覆表明就算蓋世太保截取了從波耳取得的任何東西,也不會有超出1941年所知的核能知識。這不排除波耳私下進行比起他在1939年與惠勒做的工作更進一步的計算。

他在1943年10月逃離丹麥,很快的被要求再次回到英國參加工作,所以他飛到英國。1943年他從斯德哥爾摩撤離,搭乘一架英國海外航空(BOAC)經營的無武裝蚊式轟炸機。機上的乘客在炸彈艙內改裝的臨時機艙。波耳幾乎以悲劇結束飛行,因為他沒有按照指示穿上他的氧氣設備,而飛機卻升上高空。如果不是飛行員發覺波耳失去了知覺,降到較低的高度來繼續航程,波耳就會死了。波耳說他在整個航程中像一個嬰孩般睡了。

身為「合金管」英國隊的一員,波耳前往洛斯阿拉莫斯國家實驗室。羅伯特·奧本海默記得波耳在科學家的討問過程中熱情的指導幫助他。他先後會見了總統富蘭克林·德拉諾·羅斯福與溫斯頓·邱吉爾及提出警告,指出幾個強國各自分開發展核武會走向危險的境地,應該對核武知識進行某種形式的受管制分享,否則核武知識會迅速散播開來。在1950年代,經過蘇聯首次試驗核武爆炸之後,国际原子能机构終於沿著波耳的建議創立。

猜測[编辑]

1957年,作家羅伯特·容克在寫《比一千個太陽明亮》此書時(參見書中的第100頁),海森伯寫信向容克解釋說,他那次到哥本哈根是要將德國科學家的意見傳達給波耳,就是如果付出很大的努力,製造一個原子武器是可能的,但是這樣將會為世界上任何一方的科學家帶來巨大責任。波耳知道海森伯參與那些研究後感到震驚,導致那次會面走向了錯的方向。德國的核子研究主要是放在生產能源上,海森伯的同僚們在可能的情況下試圖保持朝這個方向發展。海森伯坦承他以隱密方式帶出主題的方法讓波耳感到如此震驚,使到討論失敗。海森伯維妙的說法避免暗示他和他同事破壞了德國研發原子彈的努力。美國的經驗顯示了製造原子彈要耗費巨大的資源,其程度是超出了戰時的德國可以考慮的範圍之上。

當波耳看見容克丹麥版書中的錯誤敘述,他並不認同。他草擬信件給海森伯(但是從未發送),表明他不知道海森伯來訪的目的,是聽到海森伯說德國將會贏得戰爭後感到震驚。

邁克爾·弗蘭恩的戲劇《哥本哈根》曾在倫敦、哥本哈根、瑞典哥德堡、羅馬、雅典、日內瓦和紐約百老匯演出,探究在1941年的會面中海森伯與波耳之間發生的事情。

參見[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ There is, however, no truth in the oft-repeated claim that Niels Bohr emulated his brother, Harald, by playing for the Danish national team. Dart, James. Bohr's footballing career. The Guardian (London). 27 July 2005 [26 June 2011]. 

外部連結[编辑]