Nīlss Bors ir dāņu fiziķis un sabiedrisks darbinieks, viens no mūsdienu fizikas pamatlicējiem. Viņš bija Kopenhāgenas Teorētiskās fizikas institūta dibinātājs un vadītājs, pasaules zinātniskās skolas dibinātājs, kā arī PSRS Zinātņu akadēmijas ārzemju loceklis. Šajā rakstā tiks apskatīts Nīla Bora dzīvesstāsts un viņa galvenie sasniegumi.
Nopelns
Dāņu fiziķis Bors Nīlss nodibināja atoma teoriju, kuras pamatā ir viņa personīgi piedāvātais atoma planetārais modelis, kvantu jēdzieni un postulāti. Turklāt Boru atceras ar viņa nozīmīgo darbu pie atoma kodola teorijas, kodolreakcijām un metāliem. Viņš bija viens no kvantu mehānikas radīšanas dalībniekiem. Papildus attīstībai fizikas jomā Boram pieder vairāki darbi par filozofiju un dabaszinātnēm. Zinātnieks aktīvi cīnījās pret atomu draudiem. 1922. gadā viņam tika piešķirta Nobela prēmija.
Bērnība
Topošais zinātnieks Nīls Bors dzimis Kopenhāgenā 1885. gada 7. oktobrī. Viņa tēvs Kristians bija fizioloģijas profesors vietējā universitātē, un viņa māte Elena nāca no turīgas ebreju ģimenes. Nīlsam bija jaunāks brālis Haralds. Vecāki centās dēlu bērnību padarīt laimīgu un notikumiem bagātu. pozitīvsģimenes un jo īpaši mātes ietekmei bija liela nozīme viņu garīgo īpašību attīstībā.
Izglītība
Bors pamatizglītību ieguva Gammelholmas skolā. Skolas gados viņam patika futbols, vēlāk - slēpošana un burāšana. Divdesmit trīs gadu vecumā Bors absolvēja Kopenhāgenas Universitāti, kur viņu uzskatīja par īpaši apdāvinātu pētnieku fiziķi. Par savu diplomdarbu par ūdens virsmas spraiguma noteikšanu, izmantojot ūdens strūklas vibrācijas, Nīls saņēma Dānijas Karaliskās Zinātņu akadēmijas zelta medaļu. Ieguvis izglītību, topošais fiziķis Bors Nīlss palika strādāt universitātē. Tur viņš veica vairākus svarīgus pētījumus. Viens no tiem bija veltīts klasiskajai metālu elektroniskajai teorijai un veidoja Bora doktora disertācijas pamatu.
Domāšana ārpus rāmjiem
Kādu dienu Karaliskās akadēmijas prezidentam Ernestam Raterfordam palīdzību lūdza kolēģis no Kopenhāgenas universitātes. Pēdējais bija iecerējis savam audzēknim piešķirt zemāko atzīmi, kad uzskatīja, ka ir pelnījis atzīmi "teicami". Abas strīdā iesaistītās puses piekrita paļauties uz trešās puses, noteikta šķīrējtiesneša, viedokli, kurš kļuva par Raterfordu. Atbilstoši eksāmena jautājumam skolēnam bija jāpaskaidro, kā ar barometru var noteikt ēkas augstumu.
Audzēkne atbildēja, ka šim nolūkam ir jāpiesien barometrs pie garas virves, jāuzkāpj ar to uz ēkas jumta, jānolaiž zemē un jānomēra virves garums, kas ir nolaidies. No vienas puses, atbilde bijaabsolūti patiess un pilnīgs, bet, no otras puses, tam bija maz kopīga ar fiziku. Tad Rezerfords ieteica studentam mēģināt vēlreiz atbildēt. Viņš deva viņam sešas minūtes un brīdināja, ka atbildei vajadzētu ilustrēt fizisko likumu izpratni. Pēc piecām minūtēm, dzirdējis no studenta, ka viņš izvēlas labāko no vairākiem risinājumiem, Raterfords lūdza viņam atbildēt pirms termiņa. Šoreiz skolēns ieteica ar barometru uzkāpt uz jumta, nomest to lejā, izmērīt kritiena laiku un pēc speciālas formulas noskaidrot augstumu. Šī atbilde skolotāju apmierināja, taču viņš un Raterfords nevarēja liegt sev prieku klausīties pārējās skolēna versijas.
Nākamā metode bija balstīta uz barometra ēnas augstuma un ēkas ēnas augstuma mērīšanu un pēc tam proporcijas atrisināšanu. Rezerfordam šī iespēja patika, un viņš ar entuziasmu lūdza studentu izcelt atlikušās metodes. Tad students viņam piedāvāja vienkāršāko variantu. Bija tikai jāpieliek barometrs pie ēkas sienas un jāizdara atzīmes, pēc tam jāsaskaita atzīmju skaits un jāreizina ar barometra garumu. Studente uzskatīja, ka šādu acīmredzamu atbildi noteikti nevajadzētu aizmirst.
Lai zinātnieku acīs viņu neuzskatītu par jokdari, students ieteica vismodernāko variantu. Piesējis pie barometra auklu, viņš teica, ka vajag to šūpot pie ēkas pamatnes un uz tās jumta, mērot gravitācijas spēku. Pēc saņemto datu starpības, ja vēlaties, varat uzzināt augstumu. Turklāt, šūpojot svārstu uz auklas no ēkas jumta, var noteikt augstumu no precesijas perioda.
Beidzot studentspiedāvāja atrast ēkas pārvaldnieku un apmaiņā pret brīnišķīgu barometru uzzināt no viņa augstumu. Rezerfords jautāja, vai students tiešām nezina vispārpieņemto problēmas risinājumu. Viņš neslēpa, ko zina, taču atzina, ka viņam ir apnikusi viņa domāšanas veida uzspiešana no skolotāju puses studentiem, skolā un koledžā, un viņu noraidīšana pret nestandarta risinājumiem. Kā jūs droši vien uzminējāt, šis students bija Nīls Bors.
Pārcelšanās uz Angliju
Pēc trīs gadu darba universitātē Bors pārcēlās uz Angliju. Pirmo gadu viņš strādāja Kembridžā kopā ar Džozefu Tomsonu, pēc tam pārcēlās uz Ernestu Raterfordu Mančestrā. Rezerforda laboratorija tajā laikā tika uzskatīta par izcilāko. Nesen tajā tika veikti eksperimenti, kuru rezultātā tika atklāts atoma planētu modelis. Precīzāk, modelis toreiz vēl bija sākuma stadijā.
Eksperimenti par alfa daļiņu iziešanu caur foliju ļāva Rezerfordam saprast, ka atoma centrā atrodas mazs uzlādēts kodols, kas gandrīz nesastāda visu atoma masu, un gaismas elektroni atrodas ap to. Tā kā atoms ir elektriski neitrāls, elektronu lādiņu summai jābūt vienādai ar kodola lādiņa moduli. Secinājums, ka kodola lādiņš ir daudzkārtējs elektrona lādiņam, bija galvenais šajā pētījumā, taču līdz šim tas palika neskaidrs. Tā vietā ir identificēti izotopi - vielas, kurām ir tādas pašas ķīmiskās īpašības, bet atšķirīga atomu masa.
Elementu atomskaitlis. Pārvietošanās likums
Strādājot Raterforda laboratorijā, Bors saprata, ka ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no skaitaelektroni atomā, tas ir, no tā lādiņa, nevis masas, kas izskaidro izotopu esamību. Tas bija pirmais lielais Bora sasniegums šajā laboratorijā. Tā kā alfa daļiņa pievienojas hēlija kodolam ar lādiņu +2, alfa sabrukšanas laikā (daļiņa izlido no kodola), periodiskajā tabulā elements “bērns” jānovieto divas šūnas pa kreisi nekā “māte”, un beta sabrukšanas laikā (elektrons izlido no kodola) - vienu šūnu pa labi. Tādā veidā tika izveidots "radioaktīvo pārvietošanās likums". Turklāt dāņu fiziķis veica vairākus svarīgākus atklājumus, kas attiecās uz pašu atoma modeli.
Ruterforda-Bora modelis
Šo modeli sauc arī par planetāro, jo tajā elektroni griežas ap kodolu, tāpat kā planētas ap Sauli. Šim modelim bija vairākas problēmas. Fakts ir tāds, ka tajā esošais atoms bija katastrofāli nestabils un zaudēja enerģiju sekundes simtmiljondaļās. Patiesībā tas nenotika. Radusies problēma šķita neatrisināma un prasīja radikāli jaunu pieeju. Šeit sevi pierādīja dāņu fiziķis Bors Nīls.
Bors ierosināja, ka pretēji elektrodinamikas un mehānikas likumiem atomos pastāv orbītas, pa kurām pārvietojas elektroni neizstaro. Orbīta ir stabila, ja uz tās esošā elektrona leņķiskais impulss ir vienāds ar pusi no Planka konstantes. Radiācija notiek, bet tikai elektrona pārejas brīdī no vienas orbītas uz otru. Visu enerģiju, kas šajā gadījumā izdalās, aiznes starojuma kvants. Šādam kvantam ir enerģija, kas vienāda ar rotācijas frekvences un Planka konstantes reizinājumu vai starpību starp sākotnējo unelektrona galīgā enerģija. Tādējādi Bors apvienoja Rezerforda darbu un kvantu ideju, ko 1900. gadā ierosināja Makss Planks. Šāda savienība bija pretrunā ar visiem tradicionālās teorijas noteikumiem un tajā pašā laikā to pilnībā nenoraidīja. Elektrons tika uzskatīts par materiālu punktu, kas pārvietojas saskaņā ar klasiskajiem mehānikas likumiem, bet tikai tās orbītas, kas atbilst "kvantēšanas nosacījumiem", ir "atļautas". Šādās orbītās elektronu enerģijas ir apgriezti proporcionālas orbītas skaitļu kvadrātiem.
Atvasinājums no "frekvences likuma"
Pamatojoties uz "frekvenču likumu", Bors secināja, ka starojuma frekvences ir proporcionālas starpībai starp veselo skaitļu apgrieztajiem kvadrātiem. Iepriekš šo modeli noteica spektroskopisti, taču tā neatrada teorētisku skaidrojumu. Nīlsa Bora teorija ļāva izskaidrot ne tikai ūdeņraža (vienkāršākā no atomiem), bet arī hēlija, tostarp jonizētā, spektru. Zinātnieks ilustrēja kodola kustības ietekmi un prognozēja, kā tiek piepildīti elektronu apvalki, kas ļāva atklāt Mendeļejeva sistēmas elementu periodiskuma fizisko raksturu. Par šiem notikumiem Boram 1922. gadā tika piešķirta Nobela prēmija.
Bora institūts
Pēc Rezerforda darba pabeigšanas jau atzītais fiziķis Bors Nīlss atgriezās dzimtenē, kur 1916. gadā tika uzaicināts kā profesors Kopenhāgenas Universitātē. Divus gadus vēlāk viņš kļuva par Dānijas Karaliskās biedrības biedru (1939. gadā zinātnieks to vadīja).
1920. gadā Bors nodibināja Teorētisko institūtufiziku un kļuva par tās līderi. Kopenhāgenas varas iestādes, atzīstot fiziķa nopelnus, piešķīra viņam institūta vajadzībām vēsturisko "Alus darītāju" ēku. Institūts attaisnoja visas cerības, spēlējot izcilu lomu kvantu fizikas attīstībā. Ir vērts atzīmēt, ka Bora personīgajām īpašībām bija izšķiroša loma šajā jautājumā. Viņš ieskauj sevi ar talantīgiem darbiniekiem un studentiem, kuru robežas bieži vien bija neredzamas. Bora institūts bija starptautisks, cilvēki mēģināja tajā iekļūt no jebkuras vietas. Starp slavenajiem Bora skolas cilvēkiem ir: F. Blohs, V. Veiskopfs, H. Kazimirs, O. Bora, L. Landau, Dž. Vīlers un daudzi citi.
Vācu zinātnieks Verne Heizenbergs Boru apmeklēja vairāk nekā vienu reizi. Laikā, kad tika radīts “nenoteiktības princips”, Ervīns Šrēdingers, kurš bija tīri viļņveida viedokļa piekritējs, apspriedās ar Boru. Kvalitatīvi jaunas divdesmitā gadsimta fizikas pamats tika izveidots bijušajā Brūvera namā, kurā viena no galvenajām figūrām bija Nīls Bors.
Dāņu zinātnieka un viņa mentora Raterforda piedāvātais atoma modelis bija pretrunīgs. Tā apvienoja klasiskās teorijas postulātus un hipotēzes, kas tai nepārprotami bija pretrunā. Lai novērstu šīs pretrunas, bija nepieciešams radikāli pārskatīt teorijas galvenos nosacījumus. Šajā virzienā liela nozīme bija Bora tiešiem nopelniem, autoritātei zinātniskajās aprindās un vienkārši personiskajai ietekmei. Nīlsa Bora darbs parādīja, ka, lai iegūtu fizisku mikropasaules priekšstatu, pieeja, kas veiksmīgi tiek izmantota "lielo lietu pasaulei", nav piemērota, un tā kļuvaviens no šīs pieejas pamatlicējiem. Zinātnieks ieviesa tādus jēdzienus kā "mērīšanas procedūru nekontrolēta ietekme" un "papildu daudzumi".
Kopenhāgenas kvantu teorija
Kvantu teorijas varbūtiskā (aka Kopenhāgenas) interpretācija, kā arī tās daudzo "paradoksu" izpēte ir saistīta ar dāņu zinātnieka vārdu. Šeit svarīga loma bija Bora diskusijai ar Albertu Einšteinu, kuram nepatika Bora kvantu fizika varbūtības interpretācijā. Dāņu zinātnieka formulētajam “atbilstības principam” bija liela nozīme mikrokosmosa modeļu izpratnē un to mijiedarbībā ar klasisko (nekvantu) fiziku.
Kodolenerģijas tēma
Sākot studēt kodolfiziku Rezerforda vadībā, Bors pievērsa lielu uzmanību kodolenerģijas tēmām. 1936. gadā viņš ierosināja saliktā kodola teoriju, kas drīz vien radīja kritiena modeli, kam bija nozīmīga loma kodola skaldīšanas pētījumos. Jo īpaši Bors paredzēja urāna kodolu spontānu skaldīšanu.
Kad nacisti ieņēma Dāniju, zinātnieks tika slepeni nogādāts Anglijā un pēc tam Amerikā, kur kopā ar savu dēlu Oge strādāja pie Manhetenas projekta Losalamosā. Pēckara gados Bors daudz laika veltīja jautājumiem par kodolieroču kontroli un atomu miermīlīgu izmantošanu. Viņš piedalījās kodolpētniecības centra izveidē Eiropā un pat pievērsa savas idejas ANO. Pamatojoties uz to, ka Bors neatteicās apspriest dažus "kodolprojekta" aspektus ar padomju fiziķiem, viņš to uzskatīja par bīstamu.kodolieroču monopols.
Citas zināšanu jomas
Turklāt Nīls Bors, kura biogrāfija tuvojas beigām, interesēja arī ar fiziku, jo īpaši bioloģiju, saistītie jautājumi. Viņu interesēja arī dabaszinātņu filozofija.
Izcils dāņu zinātnieks nomira no sirdslēkmes 1962. gada 18. oktobrī Kopenhāgenā.
Secinājums
Nīls Bors, kura atklājumi noteikti mainīja fiziku, baudīja lielu zinātnisku un morālu autoritāti. Saziņa ar viņu, pat īslaicīga, radīja neizdzēšamu iespaidu uz sarunu biedriem. Bora runa un raksti liecināja, ka viņš rūpīgi izvēlējās vārdus, lai pēc iespējas precīzāk ilustrētu savas domas. Krievu fiziķis Vitālijs Ginzburgs Boru nosauca par neticami smalku un gudru.
