Дацкая фізік Нільс Бор: біяграфія, адкрыцця

Нільс Бор – дацкі фізік і грамадскі дзеяч, адзін з заснавальнікаў фізікі ў сучасным выглядзе. Быў заснавальнікам і кіраўніком капенгагенскага Інстытута тэарэтычнай фізікі, стваральнікам сусветнай навуковай школы, а таксама замежным членам акадэміі навук СССР. У гэтым артыкуле будуць разгледжаны гісторыя жыцця Нільса Бора і яго асноўныя дасягненні.

Заслугі

Дацкая Фізік Нільс Бор заснаваў тэорыю атама, якая грунтуецца на планетарнай мадэлі атама, квантавых преставлениях і прапанаваных ім асабіста пастулатах. Акрамя таго, Бор запомніўся важнымі працамі па тэорыі атамнага ядра, ядзерных рэакцый і металаў. Ён быў адным з удзельнікаў стварэння квантавай механікі. Акрамя напрацовак у галіне фізікі, Бары належыць шэраг прац па філасофіі і прыродазнаўстве. Вучоны актыўна змагаўся з атамнай пагрозай. У 1922 годзе яго ўзнагародзілі Нобелеўскай прэміяй.

Дзяцінства

Будучы вучоны Нільс Бор нарадзіўся ў горадзе Капенгагене 7 кастрычніка 1885 года. Яго бацька Крысціян быў прафесарам фізіялогіі ў мясцовым універсітэце, а маці Элен паходзіла з заможнай яўрэйскай сям'і. У Нільса быў малодшы брат Харальд. Бацькі пастараліся зрабіць дзяцінства сыноў шчаслівым і насычаным. Станоўчы ўплыў сям'і, і ў прыватнасці маці, адыграла найважнейшую ролю ў станаўленні іх душэўных якасцяў.

Адукацыя

Пачатковае адукацыю Бор атрымаў у Гаммельхольмской школе. У школьныя гады ён захапляўся футболам, а пазней – лыжных і ветразным спортам. У дваццаць тры гады Бор стаў выпускніком Капенгагенскага ўніверсітэта, у якім яго лічылі незвычайна адораным фізікам-даследчыкам. За дыпломны праект, прысвечаны вызначэння павярхоўнага нацяжэння вады з дапамогай вібрацый воднай бруі, Нільса ўзнагародзілі залатым медалём ад Дацкай каралеўскай акадэміі навук. Атрымаўшы адукацыю, пачатковец фізік Нільс Бор застаўся працаваць ва універсітэце. Там ён ажыццявіў шэраг найважнейшых даследаванняў. Адно з іх было прысвечана класічнай электроннай тэорыі металаў і лягло ў аснову доктарскай дысертацыі Бору.

Больш:

Нервовы імпульс, яго пераўтварэнне і механізм перадачы

Нервовая сістэма чалавека выступае своеасаблівым каардынатарам у нашым арганізме. Яна перадае каманды ад мозгу мускулатуры, органаў, тканін і апрацоўвае сігналы, якія ідуць ад іх. У якасці своеасаблівага носьбіта дадзеных выкарыстоўваецца нервовы імп...

Куды паступаць пасля 11 класа? Якую выбраць прафесію?

Пры выбары сваёй будучай прафесіі не варта абапірацца на чые-то рэкамендацыі і парады, тым больш не трэба падпарадкоўвацца сваім бацькам, якія даволі часта вырашаюць без вас самастойна, куды паступіць пасля 11 класа. Варта задумацца, наколькі паспяхо...

Крывяносная сістэма жывёл, як вынік эвалюцыйнага развіцця свету

Крывяносная сістэма жывёл прайшла доўгі шлях фарміравання ў ходзе эвалюцыйнага развіцця свету. Яна ўтварылася на месцы рудыментарных частак першаснай паражніны цела, якая ў вышэйшых жывёл была выцесненая целломом, або другаснай паражніной цела. У пра...

Нестандартнае мысленне

Аднойчы да прэзідэнту Каралеўскай акадэміі, Эрнесту Резерфорду, звярнуўся за дапамогай калега з капенгагенскага ўніверсітэта. Апошні меў намер паставіць свайму студэнту самую нізкую ацэнку, у той час як той лічыў, што заслугоўвае ацэнкі «выдатна». Абодва ўдзельніка спрэчкі пагадзіліся пакласціся на меркаванне трэцяй асобы, нейкага арбітра, якім і стаў Радэрфорд. Згодна з экзаменационному пытанні, студэнт павінен быў растлумачыць, як з дапамогай барометра можна вызначыць вышыню будынка.

Студэнт адказаў, што для гэтага трэба прывязаць барометр да доўгай вяроўцы, падняцца з ім на дах будынка, апусціць яго да зямлі і замяраць даўжыню вяроўкі якая пайшла ўніз. З аднаго боку, адказ быў абсалютна дакладным і поўным, але з другога – ён меў мала агульнага з фізікай. Тады Радэрфорд прапанаваў студэнту яшчэ раз паспрабаваць адказаць. Ён даў яму шэсць хвілін, і папярэдзіў, што адказ павінен ілюстраваць разуменне фізічных законаў. Праз пяць хвілін, пачуўшы ад студэнта, што ён выбірае лепшыя з некалькіх рашэнняў, Радэрфорд папрасіў яго датэрмінова адказаць. На гэта раз студэнт прапанаваў падняцца з барометрам на дах, скінуць яго ўніз, замяраць час падзення і, скарыстаўшыся спецыяльнай формулай, высветліць вышыню. Гэты адказ задаволіў выкладчыка, аднак ён з Резерфордом не маглі адмовіць сабе ў задавальненні праслухаць астатнія версіі студэнта.

Наступны спосаб быў заснаваны на вымярэнні вышыні цені барометра і вышыні цені будынка, з наступным рашэннем прапорцыі. Гэта варыянт спадабаўся Резерфорду, і ён з энтузіязмам папрасіў студэнта асвятліць тыя, што засталіся спосабы. Тады студэнт прапанаваў яму самы просты варыянт. Трэба было проста прыкладаць барометр да сцяны будынка і рабіць адзнакі, а затым палічыць колькасць адзнак і памножыць іх на даўжыню барометра. Студэнт лічыў, што гэтак відавочны адказ дакладна нельга выпускаць з-пад увагі.

Каб не праславіцца ў вачах навукоўцаў жартаўніком, студэнт прапанаваў і самы выдасканалены варыянт. Прывязаўшы да барометр шнурок – ён распавядаў, – трэба разгайдаць яго ў падставы будынка і на яго даху, зьнерухомеўшы велічыню гравітацыі. З розніцы паміж атрыманымі дадзенымі, пры жаданні можна даведацца вышыню. Акрамя таго, разгойдваючы маятнік на шнурку з даху будынка, можна вызначыць вышыню па перыяду прэцэсіі.

Нарэшце, студэнт прапанаваў знайсці кіраўніка будынка і наўзамен на выдатны барометр выведаць у яго вышыню. Радэрфорд спытаў, няўжо студэнт і сапраўды не ведае агульнапрынятага рашэння задачы. Ён не стаў хаваць, што ведае, але прызнаўся, што сыты па горла навязваннем настаўнікамі свайго ладу мыслення падапечным, у школе і каледжы, і отверганием імі нестандартных рашэнняў. Як вы, напэўна, здагадаліся, гэтым студэнтам быў Нільс Бор.

Пераезд у Англію

Прапрацаваўшы ва ўніверсітэце тры гады, Бор пераехаў у Англію. Першы год ён працаваў у Кембрыджы ў Джозэфа Томсана, затым перабраўся да Эрнесту Резерфорду у Манчэстэр. Лабараторыя Рэзерфорда на той момант лічылася найбольш выбітнай. Апошні час у ёй праходзілі эксперыменты, якія спарадзілі адкрыццё планетарнай мадэлі атама. Дакладней, мадэль тады знаходзілася яшчэ на стадыі станаўлення.

Досведы па праходжанні альфа-часціц праз фальгу дазволілі Резерфорду ўсвядоміць, што ў цэнтры атама размяшчаецца невялікае зараджанае ядро, на якое прыходзіцца ледзь уся маса атама, а вакол яго размяшчаюцца лёгкія электроны. Так як атам электронейтрален, сума зарадаў электронаў павінна раўняцца модулю зарада ядра. Заключэнне аб тым, што зарад ядра кратны зараду электрона было цэнтральным у гэтым даследаванні, але пакуль што заставалася незразумелым. Затое былі выяўлены ізатопы – рэчывы, якія маюць аднолькавыя хімічныя ўласцівасці, але розную атамную масу.

Атамны нумар элементаў. Закон зрушэння

Працуючы ў лабараторыі Рэзерфорда, Бор зразумеў, што хімічныя ўласцівасці залежаць ад колькасці электронаў у атаме, то есць ад яго зарада, а не масы, што і тлумачыць існавання ізатопаў. Гэта стала першым важным дасягненнем Бору ў гэтай лабараторыі. Так як альфа-часціца прыстаўляе сабой ядро гелія з зарадам +2, пры альфа-распадзе (часціца вылятае з ядра) «даччыны» элемент у табліцы Мендзялеева павінен размяшчацца лявей на дзве клетачкі чым «мацярынскі», а пры бэта-распадзе (электрон вылятае з ядра) – правей на адну клетачку. Так быў сфармаваны «закон радыеактыўных зрушэнняў». Далей дацкая фізік зрабіў шэраг больш важных адкрыццяў, якія тычыліся самой мадэлі атама.

Мадэль Рэзерфорда-Бора

Гэтую мадэль таксама называюць планетарнай, бо ў ёй электроны круцяцца вакол ядра падобна да таго, як планеты вакол Сонца. Такая мадэль мела шэраг праблем. Справа ў тым, што атам у ёй быў катастрафічна няўстойлівы, і губляў энергію за стомиллионную долю секунды. У рэчаіснасці ж такога не адбывалася. Узніклая праблема здавалася невырашальнай і патрабавала радыкальна новага падыходу. Тут і праявіў сябе дацкая фізік Нільс Бор.

Бор выказаў здагадку, што, насуперак законаў электрадынамікі і механікі, у атамах ёсць арбіты, рухаючыся па якім электроны не выпраменьваюць. Арбіта стабільная, калі момант колькасці руху электрона, які знаходзіцца на ёй роўны палове пастаяннай Планка. Выпраменьванне адбываецца, але толькі ў момант пераходу электрона з адной арбіты на іншую. Уся энергія, якая пры гэтым вызваляецца, выносіцца квантам выпраменьвання. Такі квант мае энергію, роўную твору частоты кручэння на пастаянную Планка, або рознасці паміж пачатковай і канчатковай энергіяй электрона. Такім чынам, Бор аб'яднаў напрацоўкі Рэзерфорда і ідэю квантаў, якая была прапанаваная Максам Планкам ў 1900 годзе. Такое аб'яднанне супярэчыла ўсім палажэнням традыцыйнай тэорыі, і ў той жа самы час, не адпрэчвалі яе цалкам. Электрон быў разгледжаны як матэрыяльная кропка, якая рухаецца па класічных законах механікі, але «дазволенымі» з'яўляюцца толькі тыя арбіты, якія выконваюць «умовам квантавання». На такіх арбітах, энергіі электрона назад прапарцыйныя квадрат нумароў арбіт.

Выснова з «правілы частот»

Абапіраючыся на «правіла частот», Бор зрабіў выснову, што частоты выпраменьвання прапарцыйныя рознасці паміж зваротнымі квадратамі цэлых лікаў. Раней гэтая заканамернасць была ўсталяваная спектроскопистами, аднак не знаходзіла тэарэтычнага тлумачэння. Тэорыя Нільса Бора дазволіла растлумачыць спектр не толькі вадароду (найпростага з атамаў), але і гелія, у тым ліку іянізаванага. Вучоны праілюстраваў ўплыў содвижения ядра і прадбачыў, як запаўняюцца электронныя абалонкі, што дазволіла выявіць фізічную прыроду перыядычнасці сістэме элементаў Мендзялеева. За гэтыя напрацоўкі, у 1922 годзе Бор быў ганараваны Нобелеўскай прэміі.

Інстытут Бора

Па завяршэнні работ у Рэзерфорда ўжо прызнаны фізік Нільс Бор вярнуўся на радзіму, куды яго запрасілі ў 1916 годзе прафесарам у капенгагенскі універсітэт. Праз два гады ён стаў членам Дацкага каралеўскага таварыства (у 1939 годзе вучоны ўзначаліў яго).

У 1920 годзе Бор заснаваў Інстытут тэарэтычнай фізікі і стаў яго кіраўніком. Улады Капенгагена, у знак прызнання заслуг фізіка, далі яму для інстытута будынак гістарычнага «Дома Півавара». Інстытут апраўдаў усе чаканні, згуляўшы ў развіцці квантавай фізікі выдатную ролю. Варта адзначыць, што вызначальнае значэнне ў гэтым мелі асабістыя якасці Бору. Ён атачыў сябе таленавітымі супрацоўнікамі і вучнямі, межы паміж якімі часта былі непрыкметныя. Інстытут Бора быў інтэрнацыянальны, у яго імкнуліся апасці адусюль. Сярод знакамітых выхадцаў Бароўскай школы можна вылучыць: Ф. Блыха, В. Вайскопфа, Х. Казіміра, О. Бора, Л. Ландау, Дж. Уиллера і многіх іншых.

Да Бору не аднойчы прыязджаў нямецкі вучоны Дакладна Гейзенберг. У часы, калі ствараўся «прынцып нявызначанасці», з Борам дыскутаваў Эрвін Шредингер, які быў прыхільнікам чыста-хвалевай пункту гледжання. У былым «Доме Півавара» фарміраваўся падмурак якасна новай фізікі дваццатага стагоддзя, адным з ключавых фігурантаў якой быў Нільс Бор.

Мадэль атама, прапанаваная дацкім навукоўцам і яго настаўнікам Резерфордом, была непаслядоўнай. Яна аб'ядноўвала пастулаты класічнай тэорыі і гіпотэзы, відавочна ёй супярэчаць. Каб ліквідаваць гэтыя супярэчнасці, неабходна было радыкальна перагледзець асноўныя палажэнні тэорыі. У гэтым кірунку важную ролю адыгралі прамыя заслугі Бору, яго аўтарытэт у навуковых колах, і проста асабістае ўплыў. Працы Нільса Бора паказалі, што дляатрымання фізічнай карціны мікрасвету не падыдзе падыход, з поспехам ужыўны для «свету вялікіх рэчаў», і ён стаў адным з заснавальнікаў такога падыходу. Вучоны ўвёў такія паняцці, як «некантралюемае ўздзеянне вымяральных працэдур» і «дадатковыя велічыні».

Капенгагенская квантавая тэорыя

З імем дацкага вучонага звязана імавернасны (яна ж капенгагенская) інтэрпрэтацыя квантавай тэорыі, а таксама вывучэнне яе шматлікіх «парадоксаў». Важную ролю тут адыграла дыскусія Бору з Альбертам Эйнштэйнам, якім не па душы была квантавая фізіка Бору ў вероятностном вытлумачэння. «Прынцып адпаведнасці», сфармуляваны дацкім навукоўцам, адыграў немалаважную ролю ў разуменні заканамернасцяў мікрасвету і іх ўзаемадзеяння з класічнай (неквантовой) фізікай.

Ядзерная тэматыка

Пачаўшы займацца фізікай ядра яшчэ ў Рэзерфорда, Бор надаваў ядзернай тэматыцы шмат увагі. Ён прапанаваў у 1936 годзе тэорыю складовага ядра, неўзабаве спарадзілі кропельным мадэль, якая адыграла важкую ролю ў даследаванні дзялення ядраў. У прыватнасці, Бары належыць прадказанне спантанага дзялення ядраў ўрану.

Калі фашысты захапілі Данію, навуковец таемна быў дастаўлены ў Англію, а затым у Амерыку, дзе сумесна з сынам Огэ працаваў над Манхэтеннским праектам у Лос-Аламосе. У пасляваенныя гады Бор шмат часу надаваў пытаннях кантролю над ядзернай зброяй і мірнага прымянення атамаў. Ён прыняў удзел у стварэнні цэнтра ядзерных даследаванняў Еўропы і нават звяртаўся са сваімі ідэямі да ААН. Зыходзячы з таго, што Бор не адмовіўся абмяркоўваць з савецкімі фізікамі пэўныя аспекты «ядзернага праекта», ён лічыў небяспечным манапольнае валоданне атамнай узбраеннем.

Іншыя вобласці веды

Акрамя таго, Нільс Бор, біяграфія якога падыходзіць да канца, цікавіўся таксама пытаннямі сумежнымі з фізікай, у прыватнасці біялогіяй. Таксама яго цікавіла філасофія прыродазнаўства.

Выбітны дацкі навуковец памёр ад сардэчнага прыступу 18 кастрычніка 1962 года ў Капенгагене.

Заключэнне

Нільс Бор, адкрыцця якога, безумоўна, змянілі фізіку, карыстаўся велізарным навуковым і маральным аўтарытэтам. Зносіны з ім, нават мімалётнае, вырабляла на суразмоўцаў незгладжальнае ўражанне. Па прамовы і пісьму Бора было відаць, што ён старанна падбірае словы, каб максімальна дакладна праілюстраваць свае думкі. Расійскі фізік Віталь Гінзбург назваў Бору неверагодна далікатным і мудрым.