Niels Bohr je dánský fyzik a veřejná osobnost, jeden ze zakladatelů moderní fyziky. Byl zakladatelem a vedoucím Kodaňského institutu pro teoretickou fyziku, zakladatelem světové vědecké školy a také zahraničním členem Akademie věd SSSR. Tento článek zhodnotí životní příběh Nielse Bohra a jeho hlavní úspěchy.
Za zásluhy
Dánský fyzik Bohr Niels založil teorii atomu, která je založena na planetárním modelu atomu, kvantových konceptech a postulátech navržených jím osobně. Kromě toho je Bohr připomínán pro jeho důležitou práci na teorii atomového jádra, jaderných reakcí a kovů. Byl jedním z účastníků vytvoření kvantové mechaniky. Kromě vývoje v oblasti fyziky Bohr vlastní řadu děl z filozofie a přírodních věd. Vědec aktivně bojoval proti atomové hrozbě. V roce 1922 mu byla udělena Nobelova cena.
Dětství
Budoucí vědec Niels Bohr se narodil v Kodani 7. října 1885. Jeho otec Christian byl profesorem fyziologie na místní univerzitě a matka Ellen pocházela z bohaté židovské rodiny. Niels měl mladšího bratra Haralda. Rodiče se snažili, aby dětství jejich synů bylo šťastné a plné zážitků. pozitivnívliv rodiny, a zejména matky, hrál hlavní roli v rozvoji jejich duchovních vlastností.
Vzdělávání
Bohr získal základní vzdělání na Gammelholm School. Během školních let měl rád fotbal a později - lyžování a plachtění. Ve třiadvaceti letech Bohr vystudoval Kodaňskou univerzitu, kde byl považován za mimořádně nadaného výzkumného fyzika. Za svůj absolventský projekt o stanovení povrchového napětí vody pomocí vibrací vodního paprsku získal Niels zlatou medaili Královské dánské akademie věd. Po získání vzdělání zůstal ctižádostivý fyzik Bor Niels pracovat na univerzitě. Tam provedl řadu důležitých studií. Jedna z nich byla věnována klasické elektronické teorii kovů a tvořila základ Bohrovy doktorské disertační práce.
Myšlení mimo rámec
Jednoho dne byl prezident Královské akademie Ernest Rutherford požádán o pomoc kolegou z Kodaňské univerzity. Ten měl v úmyslu dát svému studentovi nejnižší známku, když si myslel, že si zaslouží známku „výborně“. Obě strany sporu se dohodly, že se budou spoléhat na názor třetí strany, jistého arbitra, kterým se stal Rutherford. Podle otázky ke zkoušce měl student vysvětlit, jak lze barometr použít k určení výšky budovy.
Student odpověděl, že k tomu je třeba přivázat barometr k dlouhému lanu, vylézt s ním na střechu budovy, spustit jej na zem a změřit délku lana, které spadlo. Na jedné straně byla odpověďnaprosto pravdivé a úplné, ale na druhou stranu to s fyzikou nemělo mnoho společného. Pak Rutherford navrhl, aby student zkusil odpovědět znovu. Dal mu šest minut a varoval, že odpověď by měla ilustrovat pochopení fyzikálních zákonů. O pět minut později, poté, co se od studenta doslechl, že vybírá to nejlepší z několika řešení, ho Rutherford požádal, aby odpověděl v předstihu. Tentokrát student navrhl, aby vyšli na střechu s barometrem, shodili ho, změřili čas pádu a pomocí speciálního vzorce zjistili výšku. Tato odpověď učitele uspokojila, ale on a Rutherford si nemohli upřít potěšení z poslechu zbývajících studentových verzí.
Další metoda byla založena na měření výšky stínu barometru a výšky stínu budovy a následném řešení poměru. Rutherfordovi se tato možnost líbila a nadšeně požádal studenta, aby zdůraznil zbývající metody. Poté mu student nabídl nejjednodušší možnost. Stačilo přiložit barometr ke stěně budovy a udělat značky a pak spočítat počet značek a vynásobit je délkou barometru. Student věřil, že tak zřejmá odpověď by rozhodně neměla být přehlížena.
Aby student nebyl v očích vědců považován za vtipálka, navrhl nejsofistikovanější možnost. Poté, co jste přivázali k barometru provázek, řekl, musíte s ním kývat na základně budovy a na její střeše a měřit velikost gravitace. Z rozdílu mezi přijatými daty, pokud si to přejete, můžete zjistit výšku. Kromě toho lze pomocí kyvadla na provázku ze střechy budovy určit výšku z období precese.
Konečně studentnabídl, že najde správce budovy a výměnou za nádherný barometr od něj zjistí výšku. Rutherford se zeptal, zda student skutečně nezná obecně přijímané řešení problému. Netajil se tím, co věděl, ale přiznal, že už má dost vnucování svého způsobu myšlení učiteli studentům ve škole i na vysoké škole a jejich odmítání nestandardních řešení. Jak jste pravděpodobně uhodli, tím studentem byl Niels Bohr.
Stěhování do Anglie
Po třech letech působení na univerzitě se Bohr přestěhoval do Anglie. První rok pracoval v Cambridge s Josephem Thomsonem, poté se přestěhoval k Ernestu Rutherfordovi v Manchesteru. Rutherfordova laboratoř v té době byla považována za nejvýznamnější. Nedávno v něm proběhly experimenty, které daly podnět k objevu planetárního modelu atomu. Přesněji řečeno, model byl tehdy ještě v plenkách.
Experimenty s průchodem částic alfa fólií umožnily Rutherfordovi uvědomit si, že ve středu atomu je malé nabité jádro, které tvoří téměř celou hmotnost atomu, a kolem něj jsou umístěny světelné elektrony. to. Protože atom je elektricky neutrální, součet nábojů elektronů se musí rovnat modulu náboje jádra. Závěr, že náboj jádra je násobkem náboje elektronu, byl ústředním bodem této studie, ale dosud zůstal nejasný. Místo toho byly identifikovány izotopy – látky, které mají stejné chemické vlastnosti, ale různé atomové hmotnosti.
Atomový počet prvků. Zákon posunutí
Práce v Rutherfordově laboratoři si Bohr uvědomil, že chemické vlastnosti závisí na čísleelektrony v atomu, tedy z jeho náboje, nikoli hmotnosti, což vysvětluje existenci izotopů. To byl Bohrův první velký úspěch v této laboratoři. Vzhledem k tomu, že se částice alfa připojí k jádru helia s nábojem +2, během rozpadu alfa (částice vyletí z jádra), měl by být prvek „dítě“v periodické tabulce umístěn o dvě buňky vlevo než „ matka“a při beta rozpadu (elektron vyletí z jádra) - o jednu buňku vpravo. Tak vznikl „zákon radioaktivních přesunů“. Dánský fyzik dále učinil řadu důležitějších objevů, které se týkaly samotného modelu atomu.
model Rutherford-Bohr
Tento model se také nazývá planetární, protože v něm elektrony obíhají kolem jádra, stejně jako planety kolem Slunce. Tento model měl řadu problémů. Faktem je, že atom v něm byl katastrofálně nestabilní a ztratil energii za sto miliontin sekundy. Ve skutečnosti se tak nestalo. Problém, který vznikl, se zdál neřešitelný a vyžadoval radikálně nový přístup. Zde se osvědčil dánský fyzik Bor Niels.
Bohr navrhl, že v rozporu se zákony elektrodynamiky a mechaniky existují v atomech oběžné dráhy, po kterých se elektrony nevyzařují. Orbita je stabilní, pokud moment hybnosti elektronu na ní umístěného je roven polovině Planckovy konstanty. K záření dochází, ale pouze v okamžiku přechodu elektronu z jedné dráhy na druhou. Veškerá energie, která se v tomto případě uvolní, je odnesena kvantem záření. Takové kvantum má energii rovnou součinu rotační frekvence a Planckovy konstanty neboli rozdílu mezi počátečním akonečná energie elektronu. Bohr tak spojil Rutherfordovu práci a myšlenku kvanta, kterou navrhl Max Planck v roce 1900. Taková unie odporovala všem ustanovením tradiční teorie a zároveň ji zcela neodmítala. Elektron byl považován za hmotný bod, který se pohybuje podle klasických zákonů mechaniky, ale „povoleny jsou pouze ty dráhy, které splňují „kvantizační podmínky“. Na takových drahách jsou energie elektronu nepřímo úměrné druhé mocnině čísel na oběžné dráze.
Odvození z „pravidla frekvence“
Na základě „pravidla frekvencí“Bohr dospěl k závěru, že frekvence záření jsou úměrné rozdílu mezi inverzními čtverci celých čísel. Dříve byl tento vzorec stanoven spektroskopisty, ale nenašel teoretické vysvětlení. Teorie Nielse Bohra umožnila vysvětlit spektrum nejen vodíku (nejjednoduššího z atomů), ale i helia, včetně ionizovaného. Vědec ilustroval vliv pohybu jádra a předpověděl, jak se zaplňují elektronové obaly, což umožnilo odhalit fyzikální podstatu periodicity prvků v Mendělejevově systému. Za tento vývoj byl Bohr v roce 1922 oceněn Nobelovou cenou.
Bohr Institute
Po dokončení Rutherfordova díla se již uznávaný fyzik Bohr Niels vrátil do své vlasti, kam byl v roce 1916 pozván jako profesor na univerzitu v Kodani. O dva roky později se stal členem Královské dánské společnosti (v roce 1939 ji vědec vedl).
V roce 1920 Bohr založil Institute for Theoreticalfyziky a stal se jejím vůdcem. Kodaňské úřady mu jako uznání zásluh fyzika poskytly pro ústav budovu historického „Pivovarského domu“. Ústav splnil všechna očekávání a sehrál výjimečnou roli ve vývoji kvantové fyziky. Stojí za zmínku, že rozhodující roli v tom hrály Bohrovy osobní vlastnosti. Obklopil se talentovanými zaměstnanci a studenty, hranice mezi nimiž byly často neviditelné. Bohrův institut byl mezinárodní, lidé se do něj snažili spadnout odevšad. Mezi slavné osobnosti Bohrovy školy patří: F. Bloch, W. Weisskopf, H. Casimir, O. Bora, L. Landau, J. Wheeler a mnoho dalších.
Německý vědec Werne Heisenberg navštívil Bohra více než jednou. V době, kdy vznikal „princip nejistoty“, diskutoval s Bohrem Erwin Schrödinger, který byl zastáncem čistě vlnového hlediska. Základ kvalitativně nové fyziky dvacátého století se zformoval v bývalém Pivovarském domě, jehož jednou z klíčových postav byl Niels Bohr.
Model atomu navržený dánským vědcem a jeho mentorem Rutherfordem byl nekonzistentní. Sjednotil postuláty klasické teorie a hypotézy, které jí jasně odporovaly. Aby byly tyto rozpory odstraněny, bylo nutné radikálně revidovat hlavní ustanovení teorie. V tomto směru hrály důležitou roli Bohrovy přímé zásluhy, jeho autorita ve vědeckých kruzích a prostě osobní vliv. Práce Nielse Bohra ukázala, že pro získání fyzického obrazu mikrosvěta není přístup, který se úspěšně používá pro „svět velkých věcí“, vhodný a stal sejeden ze zakladatelů tohoto přístupu. Vědec představil takové pojmy jako „nekontrolovaný dopad měřicích postupů“a „přídavné veličiny“.
Kodaňská kvantová teorie
Se jménem dánského vědce je spojena pravděpodobnostní (aka kodaňská) interpretace kvantové teorie, stejně jako studium jejích mnoha „paradoxů“. Důležitou roli zde sehrála Bohrova diskuse s Albertem Einsteinem, kterému se Bohrova kvantová fyzika v pravděpodobnostním výkladu nelíbila. „Princip korespondence“, formulovaný dánským vědcem, sehrál důležitou roli v pochopení vzorců mikrokosmu a jejich interakce s klasickou (nekvantovou) fyzikou.
Jaderné téma
Bohr začal studovat jadernou fyziku pod vedením Rutherforda a věnoval velkou pozornost jaderným tématům. V roce 1936 navrhl teorii složeného jádra, která brzy dala vzniknout kapkovému modelu, který sehrál významnou roli při studiu jaderného štěpení. Bohr zejména předpověděl spontánní štěpení jader uranu.
Když nacisté dobyli Dánsko, byl vědec tajně odvezen do Anglie a poté do Ameriky, kde spolu se svým synem Oge pracoval na projektu Manhattan v Los Alamos. V poválečných letech Bohr věnoval spoustu času otázkám kontroly nad jadernými zbraněmi a mírovému využití atomů. Podílel se na vytvoření centra pro jaderný výzkum v Evropě a své myšlenky dokonce obrátil na OSN. Na základě skutečnosti, že Bohr neodmítl diskutovat o určitých aspektech „jaderného projektu“se sovětskými fyziky, považoval za nebezpečnémonopolní držení jaderných zbraní.
Další oblasti znalostí
Kromě toho se Niels Bohr, jehož životopis se chýlí ke konci, zajímal také o otázky spojené s fyzikou, zejména biologií. Zajímal se také o filozofii přírodních věd.
Vynikající dánský vědec zemřel na infarkt 18. října 1962 v Kodani.
Závěr
Niels Bohr, jehož objevy jistě změnily fyziku, se těšil velké vědecké a morální autoritě. Komunikace s ním, dokonce i letmá, udělala na účastníky nesmazatelný dojem. Bohrova řeč a písmo ukázaly, že pečlivě volil slova, aby co nejpřesněji ilustroval své myšlenky. Ruský fyzik Vitalij Ginzburg nazval Bohra neuvěřitelně jemným a moudrým.
