尼尔斯·波尔生平

大可数学人生工作室 2017-01-14 22:29

尼尔斯·波尔(Niels Henrik David Bohr, 1885-1962)丹麦物理学家。因原子结构和原子辐射的研究,获得了1922年的诺'...

尼尔斯·波尔(Niels Henrik David Bohr, 1885-1962)丹麦物理学家。因原子结构和原子辐射的研究,获得了1922年的诺贝尔物理学奖。

尼尔斯·波尔(右图)运用光谱分析来探索原子内部结构的第一次合理而又富有成效的尝试是在1913年进行的。为了解释原子吸收和发射,他力图把卢瑟福的有核原子模型和普朗克的量子论结合起来,提出了著名的“波尔理论”——原子的定态假设和频率法则,成功地解释了氢原子的光谱规律。他认为,最简单的氢原子具有确定的、量子化的能级。他假设,电子只有从一个允许能级向另一个较低能级跃迁时才辐射能量,而原子也只能以量子(hν)化的形式吸收能量,这里的hν对应于两个允许能级的能量差。通过对原子结构的研究,他正确地预言,在复杂原子中,电子必须以“壳层”形式出现,而对一种具体元素来说,其原子的化学性质取决于最外层电子数的多少。他的这一开创性工作,为揭示元素周期表的奥秘打下了基础。他使化学从定性科学变为定量科学,使物理和化学这两个学科建立在同一基础之上。

尼尔斯·波尔的名字是与下面两个原理分不开的。一个是“对应原理”(1916年),它是说原子的量子力学模型在线度很大时必定趋于经典力学;另一个是“并协原理”(1927年),它指的是在不同实验条件下获得的有关原子系统的数据,未必能用单一的模型来解释,电子的波动模型就是对电子的粒子模型的补充。

爱因斯坦曾经讲过:“波尔作为科学上的一位思想家之所以具有如此惊人的吸收力,是因为他对隐秘事物的直觉的理解力,同时又兼有如此强有力的批判能力。”作为量子物理学的最有资格的代表,尼尔斯·波尔对物理学和人类的整个思维领域作出了多次根本性的重大贡献,留下了难以估价的精神遗产。

生平简述

波尔1885年10月7日出生於丹麦的哥本哈根。他父亲是一位生理学教授,思想开明。为使两个儿子从小就热爱自然科学,经常与朋友们一起就科学、哲学、文化及政治等问题进行有趣的讨论,以薰陶波尔和它的弟弟海拉德。除此之外,波尔的父亲还极为重视两个儿子的体质,培养他们的体育兴趣。所以,波尔和弟弟在少年时代就成了著名足球运动员,长大以後,他弟弟还进入了国家足球队,而波尔还具有了兵兵球、帆船和滑雪等终身爱好。

波尔在童年时代是一个行动缓慢、做事专心的孩子。他在学校里各门功课都很好,尤其是物理学和数学。他还酷爱文学,但本族语学得很费力。他一生都用功克服这一困难,花了很多时间一遍一遍地抄写手稿 不管是科学论文、大会发言稿,还是给朋友的信件。这反映了波尔对准确性的迫切要求和使自己的著作能传递尽可能多信息的强烈愿望。为了培养波尔的动手能力,他父亲为他购置了车床和工具。心灵手巧的波尔很快就熟练地掌握了金工技术,并敢於修理一切损坏了的东西,家里的钟表或自行车坏了,都是波尔自己动手修理。

在中学时代,波尔虽然是班里的第一名,但他从来不爱虚荣,甚至不曾为争夺第一名奋斗过。

他思维非常迅速,自然地、毫不拘束地发展著自己的才能,并毫不动摇地选择了自己的道路 做一个物理学家。

1903年,波尔顺利地中学毕业,进入了哥本哈根大学自然科学系。起初,他酷爱在大学的实验室里做实验,到二年级时,他决定参加丹麦皇家科学协会组织的优秀论文竞赛用瑞刊在1873年提出的射流振动法测定?获得了卡尔斯堡基金会的一笔助学金,从而有机会到英国剑桥大学卡文迪许实验室,跟随当时最有权威的物理学家J.J﹒汤木生 进行深造。

但波尔和J.J﹒汤姆处得并不融洽,原因是波尔和J.J﹒汤木生 第一次见面时就指出了J.J.汤木生 一篇论文中一些他认为错误的地方。于是,在1912年春转到了曼彻斯特大学的卢瑟福实验室工作。

实验室里有许多被卢瑟福发现和吸引来的优秀青年人才,如盖革、马考瓦、马斯登、埃万斯、拉歇尔、法扬斯、莫寒莱、海鸟希、查兑克 、达尔文等,波尔和他们相处得非常好,并和其中大部人成了终生朋友。这当中关系最好的,除了卢瑟福之外,就是海鸟希了。这位匈牙利物理学家是一位十分机敏可爱的交谈伙伴,时时处处成为集体的中心。他帮助波尔了解实验室当前大家最关心的问题,熟悉实验室的每个成员,并且海鸟希还精通化学,而波尔正好极需要这方面的知识。

波尔在卢瑟福的实验室工作了四个多月,於1912年7月底回国,因为他将在8月1日举行婚礼。在卢瑟福实验室工作的四个多用里,波尔收获极大,他对卢瑟福衷心敬重,无论在为人方面还是在治学方面,卢瑟福都是他的楷模。两位伟大的物理学家之间深厚而纯朴的友谊就这样开始了,这一友谊延续了四分之一世纪,直到卢瑟福过早地离世。

1912年9月,波尔到哥本哈根大学担任编外副教授,主讲热力学的力学基础。波尔在讲课中表现出一个教师的非凡才干,不管多难理解的问题,他都讲得清清楚楚、饶有兴趣。

在上课的同时,波尔继续在理论上进行探索,1913年,他发表了著名论文《原子和分子的结构》,成为他迈向森严的科学王国的伟大起步。

1914年10月,波尔又应邀到英国曼彻斯特大学任副教授,主讲热力学、运动学、电磁学和电子理论,并继续进行实验研究和原子结构理论及带电粒子制动理论的研究,取得了丰硕的成果。随著波尔声望的不断提高,哥本哈根大学决定为波尔设立理论物理学教授职位,于是,波尔於1916年夏天回国,成为哥本哈根大学理论物理学教授。第二年,他又被选为丹麦皇家科学协会会员。

19l8年11月第一次世界大战结束後,卢瑟福又邀请波尔去担任他们不久前专门设置的哲学博士职务,但波尔为了发展丹麦的物理学研究而婉言谢绝了。 1920年9月,在波尔的不懈努力下,哥本哈根大学终於建成了理论物理研究所,这个研究所成了吸引年轻而有富有天才的理论学家和实验物理学家研究原子及微观世界问题的白心。

海森堡、克拉迈尔斯、狄拉克、泡利、赫韦希、哈尔特列、朗道、派耶尔斯等许多杰出的物理学家都先後在这里工作过。在研究所里,波尔充分发挥每个年轻人的才干和独创性,从不借助行政手段进行领导,也不喜欢用指示或命令,因而充满著集体主义和友善精神。环境没有拘束,工作集思广益,解决了许多现代物理学最深奥的课题,形成了著名的哥本哈根学派,而波尔成了这一大学派的领袖。有人问波尔他的学派成功的奥秘何在,波尔回答说:"我从来不怕在青年人面前出丑。"

波尔的每一天都被工作挤得满满的,即使晚年也像青年时代一样精力充沛,这使许多人感到惊奇。他不习惯使用时间表,从来不按工作计划工作,在节日和假日里也常常工作,甚至从挪威滑雪归来也不止一次地带回突然成熟的思想,在乘船远航时也不停止工作。因此,并不是每个人都能给波尔做助手的。要做他的助手,不仅要有坚强的神经系统,而且要放弃几乎全部的个人自由。因为这位导师在一天24小时内,随时都可能来找你谈一谈有关当前主要问题的复杂性,或者谈一谈他忽然想到的一个什麼主意,或者让你帮助他校正某种见解等。

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