諾貝爾物理學獎獲得者 丹麥物理學家玻爾簡介

  尼爾斯·亨利克·戴維·玻爾(丹麥文:Niels Henrik David Bohr,1885年10月7日—1962年11月18日),丹麥物理學家,哥本哈根大學碩士/博士,丹麥皇家科學院院士,曾獲丹麥皇家科學文學院金質獎章,英國曼徹斯特大學和劍橋大學名譽博士學位,1922年獲得諾貝爾物理學獎。

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  玻爾通過引入量子化條件,提出了玻爾模型來解釋氫原子光譜;提出互補原理和哥本哈根詮釋來解釋量子力學,他還是哥本哈根學派的創始人,對二十世紀物理學的發展有深遠的影響。

  人物生平

  1885年10月7日,玻爾生于哥本哈根,父親克里斯丁·玻爾是哥本哈根大學的生理學教授,母親出身于一個富有的猶太人家庭,從小受到良好的家庭教育。玻爾愛好足球,曾經和弟弟哈那德·玻爾共同參加職業足球比賽。

  1903年,18歲進入哥本哈根大學數學和自然科學系,主修物理學。

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  1907年,玻爾以有關水的表面張力的論文獲得丹麥皇家科學文學院的金質獎章,并先后于1909年和1911年分別以關于金屬電子論的論文獲得哥本哈根大學的科學碩士和哲學博士學位。隨后去英國學習,先在劍橋J.J.湯姆孫主持的卡文迪許實驗室,幾個月后轉赴曼徹斯特,參加了曼徹斯特大學以E.盧瑟福為首的科學集體,從此和盧瑟福建立了長期的密切關系。

  1912年,玻爾考察了金屬中的電子運動,并明確意識到經典理論在闡明微觀現象方面的嚴重缺陷,贊賞普朗克愛因斯坦在電磁理論方面引入的量子學說。創造性地把普朗克的量子說和盧瑟福的原子核概念結合了起來。

  1913年初,玻爾任曼徹斯特大學物理學教時,在朋友的建議下,開始研究原子結構,通過對光譜學資料的考察,寫出了《論原子構造和分子構造》的長篇論著,提出了量子不連續性,成功地解釋了氫原子和類氫原子的結構和性質。提出了原子結構的玻爾模型。按照這一模型電子環繞原子核作軌道運動,外層軌道比內層軌道可以容納更多的電子;較外層軌道的電子數決定了元素的化學性質。如果外層軌道的電子落入內層軌道,將釋放出一個帶固定能量的光子。

  1916年任哥本哈根大學物理學教授。

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  1917年當選為丹麥皇家科學院院士。

  1920年創建哥本哈根理論物理研究所并任所長,在此后的四十年他一直擔任這一職務。

  1921年,玻爾發表了《各元素的原子結構及其物理性質和化學性質》的長篇演講,闡述了光譜和原子結構理論的新發展,詮釋了元素周期表的形成,對周期表中從氫開始的各種元素的原子結構作了說明,同時對周期表上的第72號元素的性質作了預言;

  1922年,第72號元素鉿的發現證明了玻爾的理論,玻爾由于對于原子結構理論的貢獻獲得諾貝爾物理學獎。他所在的理論物理研究所也在二三十年代成為物理學研究的中心。

  1923年,玻爾接受英國曼徹斯特大學和劍橋大學名譽博士學位。

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  1930年代中期,研究發現了許多中子誘發的核反應。玻爾提出了原子核的液滴模型,很好地解釋了重核的裂變。

  玻爾認識到他的理論并不是一個完整的理論體系,還只是經典理論和量子理論的混合。他的目標是建立一個能夠描述微觀尺度的量子過程的基本力學。為此,玻爾提出了著名的“互補原理”,即宏觀與微觀理論,以及不同領域相似問題之間的對應關系。互補原理指出經典理論是量子理論的極限近似,而且按照互補原理指出的方向,可以由舊理論推導出新理論。這在后來量子力學的建立發展過程中得到了充分的驗證。玻爾的學生海森堡在互補原理的指導下,尋求與經典力學相對應的量子力學的各種具體對應關系和對應量,由此建立了矩陣力學。互補理論在狄拉克、薛定諤發展波動力學和量子力學的過程中起到了指導作用。

  在對于量子力學的解釋上,玻爾等人提出了哥本哈根詮釋,但遭到了堅持決定論的愛因斯坦及薛定諤等人的反對。從此玻爾與愛因斯坦開始了玻爾-愛因斯坦論戰,最有名的一次爭論發生在第六次索爾維會議上,愛因斯坦提出了后來知名為愛因斯坦光盒的問題,以求駁倒不確定性原理。玻爾當時無言以對,但冥思一晚之后發現巧妙的進行了反駁,使得愛因斯坦只得承認不確定性原理是自洽的。這一爭論一直持續至愛因斯坦去世。

  1937年5、6月間,玻爾曾經到過中國訪問和講學。期間,玻爾和束星北等中國學者有過深度學術交流,玻爾稱束星北是愛因斯坦一樣的大師。束星北的文章《引力與電磁合論》《愛因斯坦引力理論的非靜力場解》是相對論早期的重要論述。

  1939年,玻爾任丹麥皇家科學院院長。第二次世界大戰開始,丹麥被德國法西斯占領。1943年玻爾為躲避納粹的迫害,逃往瑞典。

  1944年,玻爾在美國參加了和原子彈有關的理論研究。

  1945年,玻爾回到丹麥,此后致力于推動原子能的和平利用。

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  1947年,丹麥政府為了表彰玻爾的功績,封他為“騎象勛爵”。

  1952年,玻爾倡議建立歐洲原子核研究中心(CERN),并且自任主席。

  1955年,玻爾參加創建北歐理論原子物理學研究所,擔任管委會主任。同年丹麥成立原子能委員會,玻爾被任命為主席。

  1962年11月18日,玻爾因心臟病突發在丹麥的卡爾斯堡寓所逝世,享年77歲。去世前一天,他還在工作室的黑板上畫了當年愛因斯坦那個光子盒的草圖。

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  1965年玻爾去世三周年時,哥本哈根大學物理研究所被命名為尼爾斯·玻爾研究所。1997年IUPAC正式通過將第107號元素命名為Bohrium,以紀念玻爾。

  其子奧格·尼爾斯·玻爾也是物理學家,于1975年獲得諾貝爾物理學獎。

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