Niels Bohr on tanskalainen fyysikko ja julkisuuden henkilö, yksi modernin fysiikan perustajista. Hän oli Kööpenhaminan teoreettisen fysiikan instituutin perustaja ja johtaja, maailman tieteellisen koulukunnan perustaja ja myös Neuvostoliiton tiedeakatemian ulkomainen jäsen. Tässä artikkelissa tarkastellaan Niels Bohrin elämäntarinaa ja hänen tärkeimpiä saavutuksiaan.
Ansio
Tanskalainen fyysikko Bohr Niels perusti atomiteorian, joka perustuu atomin planeettamalliin, kvanttikäsitteisiin ja hänen henkilökohtaisesti ehdottamiinsa postulaatteihin. Lisäksi Bohr muistetaan hänen tärkeästä työstään atomiytimen, ydinreaktioiden ja metallien teorian parissa. Hän oli yksi osallistujista kvanttimekaniikan luomisessa. Fysiikan alan kehityksen lisäksi Bohr omistaa useita filosofiaa ja luonnontieteitä koskevia teoksia. Tiedemies taisteli aktiivisesti atomiuhkaa vastaan. Vuonna 1922 hänelle myönnettiin Nobel-palkinto.
Lapsuus
Tulevaisuuden tiedemies Niels Bohr syntyi Kööpenhaminassa 7. lokakuuta 1885. Hänen isänsä Christian oli fysiologian professori paikallisessa yliopistossa, ja hänen äitinsä Ellen oli kotoisin varakkaasta juutalaisesta perheestä. Nielsillä oli nuorempi veli Harald. Vanhemmat yrittivät tehdä poikiensa lapsuudesta iloisen ja tapahtumarikkaan. positiivinenperheen ja erityisesti äidin vaikutuksella oli suuri rooli heidän henkisten ominaisuuksiensa kehittymisessä.
Koulutus
Bohr sai peruskoulutuksensa Gammelholmin koulusta. Kouluvuosinaan hän rakasti jalkapalloa ja myöhemmin hiihtoa ja purjehdusta. 23-vuotiaana Bohr valmistui Kööpenhaminan yliopistosta, jossa häntä pidettiin poikkeuksellisen lahjakkaana tutkijafyysikona. Niels palkittiin Tanskan kuninkaallisen tiedeakatemian kultamitalilla valmistumisprojektistaan veden pintajännityksen määrittämisestä vesisuihkun värähtelyn avulla. Koulutuksensa saatuaan pyrkivä fyysikko Bor Niels jäi työskentelemään yliopistossa. Siellä hän suoritti useita tärkeitä tutkimuksia. Yksi niistä oli omistettu klassiselle metallien elektroniikkateorialle ja muodosti perustan Bohrin väitöskirjalle.
Ajatteleminen laatikon ulkopuolella
Eräänä päivänä kollega Kööpenhaminan yliopistosta pyysi apua kuninkaallisen akatemian presidentiltä Ernest Rutherfordilta. Jälkimmäinen aikoi antaa opiskelijalleen alimman arvosanan, kun hän katsoi ansaitsevansa "erinomaisen" arvosanan. Molemmat riidan osapuolet sopivat luottavansa kolmannen osapuolen, tietyn välimiehen, mielipiteeseen, josta tuli Rutherford. Tenttikysymyksen mukaan opiskelijan piti selittää, kuinka barometrilla voidaan määrittää rakennuksen korkeus.
Opiskelija vastasi, että tätä varten pitää sitoa barometri pitkään köyteen, kiivetä sillä rakennuksen katolle, laskea se maahan ja mitata alas menneen köyden pituus. Toisa alta vastaus oliehdottoman totta ja täydellistä, mutta toisa alta sillä ei ollut juurikaan yhteistä fysiikan kanssa. Sitten Rutherford ehdotti, että opiskelija yrittää vastata uudelleen. Hän antoi hänelle kuusi minuuttia ja varoitti, että vastauksen pitäisi havainnollistaa fyysisten lakien ymmärtämistä. Viisi minuuttia myöhemmin kuultuaan opiskelij alta, että hän valitsi useista ratkaisuista parhaan, Rutherford pyysi häntä vastaamaan etuajassa. Tällä kertaa opiskelija ehdotti, että noustaan katolle barometrilla, heitetään se alas, mitataan putoamisaika ja selvitetään korkeus erityisellä kaavalla. Tämä vastaus tyydytti opettajan, mutta hän ja Rutherford eivät voineet kieltää itseltään iloa kuunnella opiskelijan muita versioita.
Seuraava menetelmä perustui barometrin varjon korkeuden ja rakennuksen varjon korkeuden mittaamiseen ja sen jälkeen suhteiden ratkaisemiseen. Rutherford piti tästä vaihtoehdosta, ja hän pyysi innostuneesti opiskelijaa korostamaan jäljellä olevia menetelmiä. Sitten opiskelija tarjosi hänelle yksinkertaisimman vaihtoehdon. Piti vain laittaa barometri rakennuksen seinää vasten ja tehdä merkinnät, sitten laskea merkkien määrä ja kertoa ne barometrin pituudella. Opiskelija uskoi, että tällaista ilmeistä vastausta ei todellakaan pitäisi jättää huomiotta.
Jotta häntä ei pidettäisi jokerina tutkijoiden silmissä, opiskelija ehdotti hienostuneinta vaihtoehtoa. Sidottuaan narun barometriin, hän sanoi, sinun täytyy heilua sitä rakennuksen juurella ja katolla mittaamalla painovoiman suuruus. Voit halutessasi selvittää korkeuden vastaanotettujen tietojen välisestä erosta. Lisäksi heiluttamalla heiluria narulla rakennuksen katolta voidaan määrittää korkeus precessiojaksosta.
Vihdoinkin opiskelijatarjoutui etsimään rakennuksen johtajan ja vastineeksi upeasta barometrista selvittämään häneltä korkeuden. Rutherford kysyi, eikö opiskelija todellakaan tiennyt yleisesti hyväksyttyä ratkaisua ongelmaan. Hän ei salannut tiesiään, mutta myönsi, että hän oli kyllästynyt siihen, että opettajat pakottivat hänen ajattelutapansa opiskelijoille koulussa ja korkeakoulussa ja he hylkäsivät epätyypilliset ratkaisut. Kuten luultavasti arvasit, tuo opiskelija oli Niels Bohr.
Muutto Englantiin
Työskenneltyään yliopistossa kolmen vuoden ajan Bohr muutti Englantiin. Ensimmäisen vuoden hän työskenteli Cambridgessa Joseph Thomsonin kanssa, minkä jälkeen hän muutti Ernest Rutherfordiin Manchesteriin. Rutherfordin laboratoriota pidettiin tuolloin merkittävimpänä. Äskettäin siinä suoritettiin kokeita, jotka johtivat atomin planeettamallin löytämiseen. Tarkemmin sanottuna malli oli silloin vielä lapsenkengissään.
Alfahiukkasten kulkua kalvon läpi koskevat kokeet antoivat Rutherfordille mahdollisuuden ymmärtää, että atomin keskellä on pieni varautunut ydin, joka tuskin vastaa koko atomin massaa, ja valoelektroneja sijaitsee noin se. Koska atomi on sähköisesti neutraali, elektronien varausten summan tulee olla yhtä suuri kuin ytimen varausmoduuli. Johtopäätös, jonka mukaan ytimen varaus on monikertainen elektronin varauksesta, oli keskeinen tässä tutkimuksessa, mutta se on toistaiseksi jäänyt epäselväksi. Sen sijaan on tunnistettu isotooppeja – aineita, joilla on samat kemialliset ominaisuudet mutta eri atomimassat.
Alkuaineiden atomimäärä. Siirtymälaki
Rutherfordin laboratoriossa työskennellyt Bohr tajusi, että kemialliset ominaisuudet riippuvat numerostaelektroneja atomissa, eli sen varauksesta, ei massasta, mikä selittää isotooppien olemassaolon. Tämä oli Bohrin ensimmäinen suuri saavutus tässä laboratoriossa. Koska alfahiukkanen kiinnittyy heliumytimeen, jonka varaus on +2, alfahajoamisen aikana (hiukkanen lentää ulos ytimestä), jaksollisen taulukon "lapsi"-elementti tulisi sijoittaa kaksi solua vasemmalle kuin " äiti”, ja beetahajoamisen aikana (elektroni lentää ulos ytimestä) - yksi solu oikealle. Näin muodostui "radioaktiivisten siirtymien laki". Lisäksi tanskalainen fyysikko teki useita tärkeämpiä löytöjä, jotka koskivat atomin mallia.
Rutherford-Bohr malli
Tätä mallia kutsutaan myös planetaariseksi, koska siinä elektronit kiertävät ytimen ympärillä, aivan kuten planeetat Auringon ympärillä. Tässä mallissa oli useita ongelmia. Tosiasia on, että siinä oleva atomi oli katastrofaalisen epävakaa ja menetti energiaa sekunnin sadassa miljoonasosassa. Todellisuudessa näin ei käynyt. Esiintynyt ongelma vaikutti ratkaisemattom alta ja vaati radikaalisti uutta lähestymistapaa. Tässä tanskalainen fyysikko Bor Niels todisti itsensä.
Bohr ehdotti, että sähködynamiikan ja mekaniikan lakien vastaisesti atomeissa on kiertoradat, joita pitkin elektronit eivät säteile. Rata on stabiili, jos sillä sijaitsevan elektronin kulmamomentti on yhtä suuri kuin puolet Planckin vakiosta. Säteilyä tapahtuu, mutta vain silloin, kun elektroni siirtyy kiertorad alta toiselle. Säteilykvantti kuljettaa pois kaiken tässä tapauksessa vapautuvan energian. Tällaisen kvantin energia on yhtä suuri kuin kiertotaajuuden ja Planckin vakion tulo tai alku- jaelektronin lopullinen energia. Näin ollen Bohr yhdisti Rutherfordin työn ja idean kvantista, jonka Max Planck ehdotti vuonna 1900. Tällainen liitto oli ristiriidassa kaikkien perinteisen teorian määräysten kanssa, eikä samalla hylännyt sitä kokonaan. Elektronia pidettiin materiaalipisteenä, joka liikkuu klassisten mekaniikan lakien mukaan, mutta vain ne radat, jotka täyttävät "kvantisointiehdot" ovat "sallittuja". Tällaisilla kiertoradoilla elektronin energiat ovat kääntäen verrannollisia ratalukujen neliöihin.
Johdanne "taajuussäännöstä"
"Taajuussäännön" perusteella Bohr päätteli, että säteilyn taajuudet ovat verrannollisia kokonaislukujen käänteisneliöiden väliseen eroon. Aiemmin spektroskopistit määrittelivät tämän mallin, mutta eivät löytäneet teoreettista selitystä. Niels Bohrin teoria teki mahdolliseksi selittää vedyn (yksinkertaisin atomeista) spektrin, mutta myös heliumin, mukaan lukien ionisoidun, spektrin. Tiedemies havainnollistaa ytimen liikkeen vaikutusta ja ennusti, kuinka elektronikuoret täyttyvät, mikä mahdollisti Mendeleev-järjestelmän elementtien jaksollisuuden fyysisen luonteen paljastamisen. Tästä kehityksestä Bohrille myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 1922.
Bohr-instituutti
Rutherfordin työn valmistuttua jo tunnustettu fyysikko Bohr Niels palasi kotimaahansa, jonne hänet kutsuttiin vuonna 1916 Kööpenhaminan yliopiston professoriksi. Kaksi vuotta myöhemmin hänestä tuli Tanskan kuninkaallisen seuran jäsen (vuonna 1939 tiedemies johti sitä).
Vuonna 1920 Bohr perusti teoreettisen instituutinfysiikka ja tuli sen johtajaksi. Kööpenhaminan viranomaiset antoivat hänelle tunnustuksena fyysikon ansioista historiallisen "panimotalon" rakennuksen instituutille. Instituutti täytti kaikki odotukset ja sillä oli erinomainen rooli kvanttifysiikan kehittämisessä. On syytä huomata, että Bohrin henkilökohtaisilla ominaisuuksilla oli ratkaiseva rooli tässä. Hän ympäröi itsensä lahjakkailla työntekijöillä ja opiskelijoilla, joiden väliset rajat olivat usein näkymätön. Bohrin instituutti oli kansainvälinen, siihen yritettiin pudota kaikki alta. Bohr-koulun kuuluisia ihmisiä ovat: F. Bloch, W. Weisskopf, H. Casimir, O. Bora, L. Landau, J. Wheeler ja monet muut.
Saksalainen tiedemies Werne Heisenberg vieraili Bohrissa useammin kuin kerran. Ajankohtana, jolloin "epävarmuusperiaate" luotiin, puhtaasti a altonäkökulman kannattaja Erwin Schrödinger keskusteli Bohrin kanssa. 1900-luvun laadullisesti uuden fysiikan perusta syntyi entisessä Brewer's Housessa, jonka yksi avainhenkilöistä oli Niels Bohr.
Tanskalaisen tiedemiehen ja hänen mentorinsa Rutherfordin ehdottama atomin malli oli epäjohdonmukainen. Se yhdisti klassisen teorian postulaatit ja hypoteesit, jotka olivat selvästi ristiriidassa sen kanssa. Näiden ristiriitojen poistamiseksi oli välttämätöntä tarkistaa teorian pääsäännöt radikaalisti. Bohrin suorilla ansioilla, hänen auktoriteettillaan tieteellisissä piireissä ja yksinkertaisesti henkilökohtaisilla vaikutuksilla oli tärkeä rooli tähän suuntaan. Niels Bohrin työ osoitti, että fyysisen kuvan saamiseksi mikromaailmasta "suurten asioiden maailmaan" menestyksekkäästi käytetty lähestymistapa ei sovellu, ja siitä tuliyksi tämän lähestymistavan perustajista. Tiedemies esitteli sellaiset käsitteet kuin "mittausmenettelyjen hallitsematon vaikutus" ja "lisämäärät".
Kööpenhaminan kvanttiteoria
Kvanttiteorian probabilistinen (alias Kööpenhaminan) tulkinta sekä sen monien "paradoksien" tutkimus liitetään tanskalaisen tiedemiehen nimeen. Tässä tärkeä rooli oli Bohrin keskustelulla Albert Einsteinin kanssa, joka ei pitänyt Bohrin kvanttifysiikasta todennäköisyyspohjaisessa tulkinnassa. Tanskalaisen tiedemiehen muotoilemalla "vastaavuusperiaatteella" oli tärkeä rooli mikrokosmoksen kuvioiden ymmärtämisessä ja niiden vuorovaikutuksessa klassisen (ei-kvantti)fysiikan kanssa.
Ydinteema
Aloitessaan opiskella ydinfysiikkaa Rutherfordin johdolla, Bohr kiinnitti paljon huomiota ydinaiheisiin. Vuonna 1936 hän ehdotti yhdistelmäytimen teoriaa, josta syntyi pian pisaramalli, jolla oli merkittävä rooli ydinfission tutkimuksessa. Erityisesti Bohr ennusti uraaniytimien spontaanin fission.
Kun natsit valloittivat Tanskan, tiedemies vietiin salaa Englantiin ja sitten Amerikkaan, missä hän työskenteli yhdessä poikansa Ogen kanssa Manhattan-projektissa Los Alamosissa. Sodan jälkeisinä vuosina Bohr omisti paljon aikaa ydinaseiden hallintaan ja atomien rauhanomaiseen käyttöön liittyviin kysymyksiin. Hän osallistui ydintutkimuskeskuksen perustamiseen Euroopassa ja käänsi ideansa jopa YK:n puoleen. Perustuen siihen tosiasiaan, että Bohr ei kieltäytynyt keskustelemasta tietyistä "ydinprojektin" näkökohdista Neuvostoliiton fyysikkojen kanssa, hän piti sitä vaarallisena.monopoli ydinaseiden hallussapito.
Muut tietoalat
Lisäksi Niels Bohr, jonka elämäkerta lähenee loppuaan, oli kiinnostunut myös fysiikkaan ja erityisesti biologiaan liittyvistä asioista. Hän oli kiinnostunut myös luonnontieteen filosofiasta.
Erinomainen tanskalainen tiedemies kuoli sydänkohtaukseen 18. lokakuuta 1962 Kööpenhaminassa.
Johtopäätös
Niels Bohr, jonka löydöt varmasti muuttivat fysiikkaa, nautti suuresta tieteellisestä ja moraalisesta auktoriteetista. Viestintä hänen kanssaan, jopa ohikiitävä, teki lähtemättömän vaikutuksen keskustelukumppaneihin. Bohrin puhe ja kirjoitus osoittivat, että hän valitsi sanansa huolellisesti havainnollistaakseen ajatuksiaan mahdollisimman tarkasti. Venäläinen fyysikko Vitaly Ginzburg kutsui Bohria uskomattoman herkäksi ja viisaaksi.
