Датският физик Бор Нилс: биография, открития

Нилс Бор е датски физик и общественик, един от основателите на физика в съвременна форма. Той е основател и лидер на Копенхагенския институт по теоретична физика, създател на световното научно училище, както и на чуждестранен член на Академията на науките на СССР. Тази статия ще разгледа историята на живота на Нилс Бор и основните му постижения.

заслуга

Датският физик Бор Нилс основава теорията за атома, която се основава на планетарния модел на атома, на квантовите очертания и на постулатите, които се предлагат лично. В допълнение, Бор е запомнен за важна работа по теорията на атомното ядро, ядрените реакции и металите. Той е бил един от участниците в създаването на квантова механика. В допълнение към работата в областта на физиката, Бор има редица творби по философия и природни науки. Ученият активно се бореше с атомната заплаха. През 1922 г. получава наградата Нобелова награда.

детство

Бъдещият учен Нилс Бор е роден в Копенхаген на 7 октомври 1885 г. Баща му, Кристиан, беше професор по физиология в местен университет, а майката на Елън дойде от богато еврейско семейство. Нилс имаше по-малък брат Харалд. Родителите се опитали да направят детството на синовете си щастливи и богати. Положителното влияние на семейството и по-специално на майката играе решаваща роля за развитието на техните духовни качества.

образуване

Той получава основното си образование в училището Gammelholm. През учебни години той обичаше футбола, а по-късно - ски и ветроходство. На двадесет и три години Бор става завършил университета в Копенхаген, където е смятан за необикновено надарен изследователски физик. За дипломния проект, посветен на определянето на повърхностното напрежение на водите с помощта на вибрации с водни струи, Нилс получава златен медал от Кралската датска академия на науките. След като получил образование, началният физик Бор Нилс останал в университета. Там той проведе редица важни проучвания. Един от тях беше посветен на класическата електронна теория на металите и формира основата на докторската дисертация на Бор.

Нестандартно мислене

Веднъж на президента на Кралската академия, Ърнест Ръдърфорд, помоли за помощ от колега от университета в Копенхаген. Последният възнамеряваше да даде на ученика си най-ниския резултат, докато той вярваше, че заслужава да бъде оценен като "отличен". И двете страни по спора се съгласиха да разчитат на мнението на трето лице, арбитър, който стана Ръдърфорд. Според въпросите от изпита студентът трябваше да обясни как използването на барометър може да определи височината на сградата.

Студентът отговори, че за това е необходимо да свържете барометъра с дълги въжета, да се изкачите до покрива на сградата, да го спуснете на земята и да измерите дължината на въжето, което слиза. От една страна, отговорът беше абсолютно коректен и пълен, но от друга страна нямаше нищо общо с физиката. Тогава Ръдърфорд предложи студентът да опита отново да отговори. Той му даде шест минути и предупреди, че отговорът трябва да илюстрира разбирането за физическите закони. Пет минути по-късно, когато чу от студента, че избира най-доброто от няколко решения, Ръдърфорд го помоли да отговори по-рано. Този път студентът предложи да се изкачи от барометъра до покрива, да го свали, да измести времето на падането и с помощта на специална формула да разбере височината. Този отговор удовлетворява учителя, но той и Ръдърфорд не могат да се отрекат от удоволствието да слушат другите версии на ученика.

Следващият метод се основаваше на измерването на височината на сянката на барометъра и височината на сянката на сградата, с последващата резолюция на съотношението. Тази опция харесваше Ръдърфорд и той ентусиазирано помоли ученика да покрие останалите начини. Тогава студентът му предложи най-простия вариант. Необходимо е просто да се приложи барометърът към стената на сградата и да се правят бележки, а след това да се брои броят на знаците и да се умножи по дължината на барометъра. Студентът вярваше, че такъв очевиден отговор не може да бъде пренебрегнат.

За да не се вижда в очите на учените като жокер, студентът предлага най-сложния вариант. След като завърза низ на барометъра, той ни каза, че е необходимо да го завъртим в основата на сградата и на покрива й, като измерим величината на гравитацията. От разликата между получените данни, ако желаете, можете да откриете височината. Освен това, като люлееш махалото върху кабела от покрива на сградата, можеш да определиш височината по време на пресекционния период.

И накрая, студентът предложи да намери мениджъра на сградата и в замяна на чудесен барометър, за да разбере от него височината. Ръдърфорд попита дали студентът наистина не знае общоприетото решение на проблема. Той не скри, че е знаел, но призна, че той е дошло до гуша от учители за налагане на техния начин на мислене отделения в училище и колеж, както и отхвърлянето на нестандартни решения. Както може би предположихте, този студент беше Нилс Бор.

Преместване в Англия

След като работи в университета в продължение на три години, Бор се премества в Англия. Първата година той работи в Кеймбридж с Джоузеф Томсън, след това се премества в Ърнест Ръдърфорд в Манчестър. По това време лабораторията на Ръдърфорд се смяташе за най-изявената. Напоследък в него се провеждат експерименти, които са довели до откриването на планетарен модел на атома. По-точно, моделът все още е на етап формиране.

Експериментите за преминаването на алфа частици чрез фолио оставя Rutherford да разберат, че в центъра на един атом е малък зарежда ядро, което представлява почти цялата маса на атома и електроните са разположени около белите дробове. Тъй като атомът е електрически неутрален, сумата от електронните заряди трябва да е равна на модула на ядрения заряд. Заключението, че ядрената заряд е кратно на електронен заряд, е от основно значение за това изследване, но засега не е ясно. Но са открити изотопите - вещества, които имат едни и същи химически свойства, но различни атомни маси.

Атомен брой елементи. Законът за изместване

Работата в лабораторията на Ръдърфорд, Бор осъзнах, че химичните свойства зависят от броя на електроните в един атом, тоест, от поверената му, а не на масите, което обяснява наличието на изотопи. Това беше първото важно постижение на Бор в тази лаборатория. Тъй като частицата алфа поставя хелий ядро ​​с зареждане на два от алфа-разпад (частици се отделят от ядрото) елемент "дъщеря" в периодичната таблица, се поставят в ляво на двете клетки от "майка", и бета разпад (електрони излъчвани от ядрото) - отдясно на една клетка. Така се формира "законът за радиоактивните разселвания". Тогава датският физик направи поредица от по-важни открития, засягащи самия модел на атома.

Моделът "Ръдърфорд-Бор"

Този модел се нарича още планетарен, защото в него електроните се въртят около ядрото точно като планетите около Слънцето. Този модел имаше редица проблеми. Фактът е, че атомът в него е катастрофално нестабилен и губи енергия за сто милионна от секундата. В действителност това не се случи. Проблемът изглеждаше неразрешим и изискваше радикално нов подход. Тук се прояви датският физик Бор Нилс.

Бор предполага, че противно на законите на електродинамиката и механиката, има орбити в атомите, движещи се по протежение на които не излъчват електрони. Орбитата е стабилна, ако ъгловата инерция на намиращия се върху нея електрон е равна на половината от константата на Планк. Излъчва се, но само в момента на преход на електрона от една орбита до друга. Цялата енергия, която се освобождава, се пренася от квантова радиация. Такъв квантов има енергия, равна на произведението на честотата на въртене от константата на Планк, или разликата между началната и крайната енергия на електроните. По този начин Бор съчетава постиженията на Ръдърфорд и идеята за кванти, която беше предложена от Макс Планк през 1900 година. Това обединение противоречи на всички разпоредби на традиционната теория и в същото време не я отхвърли напълно. Електронът е смятан за материална точка, която се движи според класическите закони на механика, но само онези орбити, които изпълняват "квантизационните условия", са "решени". На такива орбити електронните енергии са обратно пропорционални на квадратите на орбитните номера.

Отклонението от "правилото за честотата"

Позовавайки се на "честотното правило", Бор заключава, че честотите на излъчване са пропорционални на разликата между обратните квадрати на числата. Преди това този модел е установен от спектроскопи, но не е намерил теоретично обяснение. Теорията на Нилс Бор позволява да се обясни спектърът не само на водорода (най-простият атом), но и на хелий, включително на йонизиран. Ученът илюстрира влиянието на ядрената смяна и прогнозира как се запълват електронните черупки, което дава възможност да се разкрие физическата природа на периодичността на елементите на системата Менделеев. За тези разработки през 1922 г. Бор получава наградата Нобелова награда.

Институтът "Бора"

След завършването на работата в Ръдърфорд вече признатият физик Бо Нилс се завръща в родината си, където е поканен през 1916 г. от професор в университета в Копенхаген. Две години по-късно става член на Кралското датско дружество (през 1939 г. учителят го оглавява).

През 1920 г. Бор основава Института по теоретична физика и става лидер. Властите в Копенхаген, като признание за постиженията на физиката, му предоставиха сграда за института на историческата "Къща на пивовар". Институтът отговаря на всички очаквания и играе изключителна роля в развитието на квантовата физика. Заслужава да се отбележи, че личните качества на Бор играеха решаваща роля в това отношение. Той се заобиколи с талантливи сътрудници и ученици, границите между които често бяха невидими. Институтът на Бора е бил международен, той се стремил да падне отвсякъде. Сред известните родители на училището в Бор могат да бъдат идентифицирани: F. Bloch, V. Weisskopf, H. Casimir, O. Bohr, L. Landau, J. Wheeler и много други.

За Бор германският учен Верен Хайзенберг не дойде веднъж. Във време, когато се създава "принципът на несигурност", Бор обсъжда Ервин Шрьодингер, който е бил поддръжник на чисто вълновата гледна точка. В бившия "Дом на пивовар" се формира основата на качествено нова физика на двадесети век, един от ключовите фигуранти - Нилс Бор.

Моделът на атома, предложен от датския учен и неговия наставник Ръдърфорд, е противоречив. Той комбинира постулатите на класическата теория и хипотези, които явно противоречат на нея. За да се отстранят тези противоречия, беше необходимо да се преразгледат радикално основните теории на теорията. В тази посока, директните услуги на Бор, неговата власт в научната общност и личното му влияние изиграха важна роля. Произведенията на Нилс Бор показаха, че за да се получи физическа картина на микросвета, подход, който успешно се прилага за "света на големите неща", не е подходящ и той се превърна в един от основателите на този подход. Ученият въвежда такива понятия като "неконтролирано влияние на процедурите за измерване" и "допълнителни стойности".

Копенхагенската квантова теория

С името на датски учен, вероятностна (вероятна) Копенхаген) квантовата теория, както и изучаването на многото й "парадокси". Важна роля играеше дискусията на Бор с Алберт Айнщайн, който не харесва квантовата физика на Бор в вероятностна интерпретация. "Принцип за кореспонденция", формулиран от датския учен, играе важна роля в разбирането на законите на микросвета и взаимодействието им с класическата (не-квантова) физика.

Ядрени теми

След като започна да изучава физиката на ядрото дори в Ръдърфорд, Бор обръща голямо внимание на ядрените теми. Той предложи през 1936 г. теорията за състава на ядрото, което скоро стартира капков модел, който изигра значителна роля в изследването делене на ядра. В частност, Бор притежава прогнозата за спонтанно делене на урановите ядра.

Когато нацистите окупирали Дания, ученият Тайно достига до Англия, а след това в Америка, където, заедно със сина си Ааге работи по проект Manhetennskim в Лос Аламос. В следвоенните години Бор прекара много време по въпросите на контрола над ядрените оръжия и мирното използване на атомите. Той взе участие в създаването на центъра за ядрени изследвания в Европа и дори обработи идеите си пред ООН. Въз основа на факта, че Бор отказал да обсъжда със съветските физици са някои аспекти на "ядрен проект", той се счита за опасен монопол на атомни оръжия.

Други области на знанието

Освен това Нилс Бор, чиято биография свършва, също се интересува от въпроси, свързани с физиката, по-специално с биологията. Той също така се интересува от философията на природните науки.

Известен датски учен почина от сърдечен удар на 18 октомври 1962 г. в Копенхаген.

заключение

Нилс Бор, чиито открития, разбира се, промениха физиката, се наслаждаваха на огромна научна и морална власт. Комуникацията с него, дори мимолетна, направи незаличимо впечатление на събеседниците. Чрез речта и писмото на Бор беше очевидно, че внимателно избира думи, за да илюстрира мислите си възможно най-точно. Руски физик Виталий Гинзбург наречен Бора невероятно деликатен и мъдър.