尼爾斯·玻爾簡介

尼爾斯·玻爾簡介

公元1885～公元1962

原子結構學説之父尼爾斯·亨利·戴維·玻爾於1885年出生在丹麥的首都哥本哈根。1911年他在哥本哈根大學獲得博士學位。不久他前往英國劍橋，在以發現電子而聞名的科學家j·j·湯普森的指導下從事研究。幾個月後玻爾來到曼徹斯特與在幾年前發現電子核的歐內斯特·盧瑟福共同從事研究。是盧瑟福提出了原子中心有一個重核，周圍有電子，而大部分是空間。這與從前的學説相反。玻爾很快就發展了自己嶄新的原子結構學説，他那篇具有劃時代意義的論文《論原子和分子結構》於1913年發表在《哲學雜誌》上。

玻爾學説指出原子就象一個微型的太陽系，電子在重核周圍的軌道上旋轉。其中一個極其重要的差別就在於經典物理學定律認為行星軌道的大小可以是任意的，而玻爾假定原子的電子只能在某些大小確定的軌道上旋轉，只有軌道半徑使整個原子的全部角動量是普朗克常數的倍數時才有可能，而中介值則不行。每個確定的軌道都具有與其相關的確定能量。當一個電子從一個確定的軌道躍遷到另一個確定的軌道時，輻射出來的光的頻率就等於能量的變化再除以普朗克常數。

玻爾學説代表着對經典物理學説的一次徹底突破。一些富於想象力的科學家（如愛因斯坦）迅即稱頌玻爾的論文是一部傑作，雖然起初有許多其他人對新學説提出了質疑。玻爾學説經受住了關鍵性的檢驗，圓滿解釋了氫原子光譜。長期以來人們就知道氫氣遇高温時就開始進行光輻射。但是它輻射的光並不包括所有顏色的光，而只包括某些頻率非常固定的光。玻爾原子學説的一個很大的優點在於它從幾個簡單的假説出發，以驚人的準確性解釋了氫原子輻射的所有譜線（顏色）的精確長度。而且玻爾學説預示有更多的譜線存在，這些譜線以前並未觀察到，而不久就被實驗所證實。此外玻爾原子結構學説第一次明確地解釋了原子為什麼具有它們所有的體積。由於具備這些令人信服的證據；玻爾學説很快就被公認。1922年，玻爾獲得諾貝爾物理獎。

1920年哥本哈根成立理論物理學研究所，玻爾就任所長。在他的指導下，眾多才華橫溢的青年科學家紛至沓來，使該所很快就成為世界上主要科研中心之一。

但是與此同時，玻爾的原子結構學説也陷入了困境。主要問題在於玻爾學説雖然成功地解釋了只有一個電子的原子（如氫原子）的光譜，但是它不能正確地預示出其它原子的光譜。有些科學家對玻爾學説在解釋氫原子方面的絕對成功深受啟發，企圖對它稍加修正就能解釋較重原子的光譜。玻爾首先認識到稍加修正仍無濟於事，必須要徹底加以修正。他本人雖有天才卻沒能找到解決問題的方法。

這個方法終於在1925年被海森堡等人找到了。他們是在1925年着手於這項研究工作的。有趣的是海森堡和大多數對發展新學説有貢獻的其他科學家們都在哥本哈根做過研究工作。在那兒他們通過與玻爾開展討論和相互間的密切影響，無疑會受益匪淺。玻爾本人立即擁護新學説，幫助推進新學説。他對新學説做出了重大的貢獻。通過討論和寫作，他促進了新學説的系統化。

在30年代，玻爾把注意力轉移到原子核結構問題上去了。他創造了重要的原子核“液滴模型”，還提出了反應堆中的“複核”學説。此外，玻爾還正確指出了參與核裂變的鈾的同位素u235，這對後來發展原子彈具有重大意義。

1940年德國軍隊佔領了丹麥。玻爾的處境十分危險，這是由於他堅決反對納粹分子的觀點為眾人所皆知，還由於他母親是猶太人。1943年玻爾設法逃出了被佔領的丹麥來到瑞典。他還幫助許多丹麥籍猶太人潛逃出境，否則他們將會死在希特勒的煤氣爐上。玻爾從瑞典飛到英國，又從英國飛到美國。在美國，玻爾在戰爭時期幫助製造了原子彈。

戰後，玻爾返回哥本哈根，在那兒領導理論物理所，直到1962年去世時為止。在戰後的年月裏，玻爾為對原子能實行國際性控制進行努力奮鬥，不過沒有取得任何成效。

玻爾於1921年結婚，當時正值他從事偉大科研工作的黃金時代。他有五個兒子，其中的一個兒子阿基·玻爾獲得1975年諾貝爾物理獎。玻爾是世界上最受愛戴的科學家之一。而且由於他的品格和人道主義而受到喜愛和仰慕。

雖然玻爾最初的原子結構學説在五十多年前就已被取代，但是他在20世紀仍不愧為是最偉大的人物之一。其理由有幾點：第一，他的學説的某些重要方面仍被認為是正確的。例如，他的原子只能存在於某些不連續能級上的觀點是所有後來的原子結構學説的一個不可分割的組成部分。第二，即使現代科學家認為玻爾原子圖像實際上不正確，它也具有巨大的啟發價值。也許所有理由中最重要的是玻爾學説給量子力學發展帶來的動力。就算其中有些已被取代，也不難看出他的學説已被歷史證明是現代原子學説和以後發展起來的量子力學的起點。