尼爾斯·亨利克·戴維·玻爾(Niels Henrik David Bohr)是一個丹麥人。他提出了玻爾原子模型,並於1922年諾貝爾物理學獎,同時他也是哥本哈根學派重要創始人之一。
他還在國家隊踢足球。諾貝爾物理學家踢足球這麼強?是的,請看看這位物理學家的故事。
富足的童年
1885年10月7日,玻爾出生於一個富裕的家庭,而且不僅僅是富裕這麼簡單。
他的雙親,甚至整個家族都有受到良好的教育。玻爾的父親是德國移民的後代,是一位哥本哈根大學的生理學教授,而他的母親則是猶太人,是銀行家的後代。
玻爾的家族涉及金融、教育、科學、哲學等多個領域。單就出身來說,玻爾就是標準的貴族。
玻爾的青少年時期,是無憂無慮快樂幸福的,這很大程度上在於父母的寬容。所以即便到了玻爾後來長大成人,他總保持著一顆童心,思維不受任何約束,對一切未知保持高度的興奮和持久的熱情。
玻爾七歲起開始在伽末爾霍姆拉丁語學校學習,除了丹麥語寫作之外,他的絕大部分科目都成績優異,他在這一時期也已展示出對於物理學的熱忱。
大概唯一阻礙他成為最優秀學生的科目,便是作文了。他總喜歡單刀直入的切入主題,而將精妙的構思暗藏在句式和單詞中,結尾也晦澀難懂,以至於經常得到很低的分數。
好在他的物理成績和數學成績始終優異,在高中時期,他已經敢當著其他同學的面指正物理教科書上的不妥甚至錯誤了。
玻爾一路順風順水來到了大學——哥本哈根大學,接著讀碩士、博士、當教授,就這麼如絲般順滑,沒什麼磕磕絆絆與難以言說的艱辛。
大概唯一的一點不快出現在他去劍橋學習的那段日子,師徒不和。樹挪死人挪活,玻爾是有這個條件的,遇到了處不來的老師,沒關係,那就換一個。
次年,玻爾在曼徹斯特大學遇到了特生命中最重要的良師益友,盧瑟福。
玻爾(右)和母親
波爾模型橫空出世
在師從盧瑟福之後,玻爾一生中最重要的貢獻之一破繭而出。
介紹一下盧瑟福的研究課題。
盧瑟福是實驗物理學家,他主導的一項實驗中,通過用α粒子轟擊原子,研究粒子在通過原子後的散射情況來判斷原子內部結構。
實驗物理學家:盧瑟福
便於完全摸不著門道的小夥伴們理解,就打個比方,好比用輕巧的桌球去撞擊一個未知的陰暗區域,該這個區域裡可能懸著兵乓球,也可能懸著鐵球,不過大部分空間都是空空如也的。
那麼我們會發現,大多數情況下,射出去的桌球啥都沒撞到,直穿而過。而極少數情況下,射出的桌球會撞上東西,我們根據反彈的角度和速度,就可以推算出究竟撞到了多重,多大尺寸的障礙物。
測試的次數越多,我們就會對這個未知陰暗區域可能的內部結構越發了解。
盧瑟福進行了大量的實驗,他發現,原子內部並非均勻的。相反,相當的不規則,在原子的質心部分,應該存在有高度緻密的核狀結構。
而原子的其他部分,相對而言空無一片,僅僅有輕質的粒子在外圍環繞,其運作方式和太陽系如出一轍。
但盧瑟福也遇到了瓶頸,他是一個實驗物理學家,進一步對該結構進行規範化的描述,對他來說十分困難。
而最致命的一點是,倘若真的有電子圍繞原子核旋轉,那麼根據麥克斯韋的電磁理論,這些電子將不斷的輻射出能量,不可能始終保持不變的軌道。那麼原子將無法持續支撐自身結構,這是荒謬的。
原子結構
於是玻爾跟隨老師開始下功夫研究這個問題,他不受束縛的思想在這個難題上起到了至關重要的作用。
難道老師盧瑟福的試驗過程和結果有問題嗎?不,他試驗的過程和結果都是沒有問題的,他只不過是沒辦法正確的解釋為什麼會是這樣的結果罷了。
而玻爾成功的將普朗克的量子理念引入到盧瑟福對原子結構的探索實驗中來!
量子理念是普朗克在研究黑體輻射的時候產生的,他發現能量是一份一份輻射的,是某個極小的固定數值的整數倍,這種輻射的值完全不具有經典物理的連續性。
普朗克(變強之前,持續變強中,變強後)
天才的玻爾於是做了大膽的猜測,他將盧瑟福的實驗和普朗克的理論成功的結合在一起,最終提出了玻爾原子模型。
在玻爾的理論裡,原子核外圍圍繞著不同能量級的電子,有的在高軌道(具備更高的能量),有的在低軌道,其中高軌道的電子,對物質的化學性質起著決定性作用。這樣的狀態是固定的,既不會吸收能量,也不會損失能量,稱之為定態。
若電子失去能量,躍遷到能量更低的軌道,就會向外釋放出光子,稱之為躍遷。
1913年7月、9月、11月,玻爾將他的論文發表,正式向全世界亮出玻爾原子模型,他的這三篇論文成為了物理學史上最著名的「三部曲」。
哥本哈根學派創始人之一,在國家隊踢足球
玻爾是哥本哈根學派的重要創始人之一,可謂開山鼻祖,很多學術界人士認為玻爾在培養年輕科學家方面所做的貢獻空前絕後。
這是因為1921年,在玻爾的倡導下,哥本哈根大學創立了哥本哈根理論物理研究所,在1927年,玻爾和海森堡建立了哥本哈根學派,這裡聚集了一大群研究量子物理的學者,這裡沒有條條框框的限制,坦白來講,不限年齡、不限背景、不論國籍,只要你一有才華、二有熱情、三不在乎金錢,你儘管來吧!
海森堡——理論物理學家
在這樣的研究氛圍下,量子物理得到了飛速發展,不僅產生了大量的理論物理研究成果,並且在短時間內孕育出一大批才華卓絕的年輕科學家。
所以許多人認為玻爾在培養科學界年輕科學家這方面所作出的貢獻,是完全可以和他的「三部曲」相媲美的。
除此之外,玻爾還是曼哈頓計劃的核心科學家。
曼哈頓計劃是一個耗資巨大,投入人力驚人的絕密項目。僅僅是參與到其中的優秀科學家,就超過了1000人!
直到廣島的上空升起了蘑菇雲,還有不少參與該計劃的人不知這團濃雲和自己的工作有什麼關係,因為上司告訴他們,「你們來這裡是要做一個大玩具。」
玻爾是曼哈頓計劃的核心科學家,對於整個計劃知情的科學家加上政客,也僅僅只有20人。而波爾本人則呼籲國際社會就和平利用核能進行合作。
哈那德·玻爾(左) 尼爾斯·玻爾(右)
在學術領域之外,玻爾和弟弟都是狂熱的體育愛好者,尤其對足球抱有濃厚的興趣。
兄弟倆同時效力於哥本哈根AB隊,雖然這支足球隊是哥本哈根大學的校隊,但當時這支球隊在丹麥可謂是勁旅,並且兄弟二人都有過入選丹麥國家足球隊的經歷。
弟弟哈那德是優秀的前鋒,代表丹麥國家隊參加了1908年的奧運會,他個人取得了兩粒進球,並幫助球隊獲得了足球項目的銀牌!這裡額外說一下,弟弟哈那德是一名數學家,真是一對優秀的兄弟。
而玻爾在踢球的時候經常會因為沉醉於科學思考忘記比賽,據丹麥AB隊史料記載,在一場AB隊與德國特維達隊的比賽中,德國人外圍遠射,玻爾卻在門柱旁邊思考一道數學難題。
1908年丹麥國家足球隊(弟弟就在其中)
雖然出身顯赫,但因為自己有著猶太血緣,更因為他是個直來直去、在強權面前絲毫不服軟的硬茬兒,在二戰爆發後,玻爾成為了德國要逮捕的潛在目標。
面對恐嚇,玻爾顯得極其憤怒。在朋友們的極力勸說下,他選擇了逃離丹麥,幾經輾轉,最終來到了美國,並以核心科學家的身份參與了奧本海默領導的曼哈頓計劃。
在美國,玻爾受到了高規格的接待,並得到了所科學家的敬重,可他的心仍繫著自己的祖國丹麥。
隨著第二次世界大戰告終,1945年他回到了丹麥,並在丹麥度過的餘生。
1962年,玻爾在家中去世。
1965年,在玻爾冥誕80周年之際,理論物理研究所正式更名為尼爾斯·玻爾研究所,以紀念他所做出的巨大貢獻。
此外,為紀念玻爾,國際純粹與應用化學聯合會決定以他的名字命名107號元素。
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