Niels Bohr je danski fizičar i javna osoba, jedan od utemeljitelja moderne fizike. Bio je osnivač i voditelj Instituta za teorijsku fiziku u Kopenhagenu, utemeljitelj svjetske znanstvene škole, a također i strani član Akademije znanosti SSSR-a. Ovaj članak će pregledati životnu priču Nielsa Bohra i njegovih glavnih postignuća.
Zasluge
Danski fizičar Bohr Niels utemeljio je teoriju atoma, koja se temelji na planetarnom modelu atoma, kvantnim konceptima i postulatima koje je on osobno predložio. Osim toga, Bohr je zapamćen po svom važnom radu na teoriji atomske jezgre, nuklearnih reakcija i metala. Bio je jedan od sudionika u stvaranju kvantne mehanike. Osim razvoja u području fizike, Bohr posjeduje niz radova iz filozofije i prirodnih znanosti. Znanstvenik se aktivno borio protiv atomske prijetnje. Godine 1922. dobio je Nobelovu nagradu.
Djetinjstvo
Budući znanstvenik Niels Bohr rođen je u Kopenhagenu 7. listopada 1885. Njegov otac, Christian, bio je profesor fiziologije na lokalnom sveučilištu, a majka Ellen dolazila je iz bogate židovske obitelji. Niels je imao mlađeg brata Haralda. Roditelji su se trudili svojim sinovima učiniti djetinjstvo sretnim i sadržajnim. pozitivanutjecaj obitelji, a posebno majke, igrao je veliku ulogu u razvoju njihovih duhovnih kvaliteta.
Obrazovanje
Bohr je stekao osnovno obrazovanje u školi Gammelholm. U školskim godinama volio je nogomet, a kasnije - skijanje i jedrenje. S dvadeset i tri godine Bohr je diplomirao na Sveučilištu u Kopenhagenu, gdje su ga smatrali izvanredno nadarenim istraživačkim fizičarom. Za svoj diplomski projekt o određivanju površinske napetosti vode pomoću vibracija vodenog mlaza, Niels je nagrađen zlatnom medaljom Kraljevske danske akademije znanosti. Nakon što je stekao obrazovanje, ambiciozni fizičar Bor Niels ostao je raditi na sveučilištu. Tamo je proveo niz važnih studija. Jedna od njih bila je posvećena klasičnoj elektronskoj teoriji metala i bila je temelj Bohrove doktorske disertacije.
Razmišljanje izvan okvira
Jednog dana, predsjednika Kraljevske akademije Ernesta Rutherforda zamolio je za pomoć kolega sa Sveučilišta u Kopenhagenu. Potonji je svom učeniku namjeravao dati najnižu ocjenu, kada je smatrao da zaslužuje ocjenu "odličan". Obje strane u sporu pristale su se osloniti na mišljenje treće strane, određenog arbitra, koji je postao Rutherford. Prema ispitnom pitanju, student je morao objasniti kako se barometar može koristiti za određivanje visine zgrade.
Učenik je odgovorio da za to trebate vezati barometar za dugačko uže, popeti se s njim na krov zgrade, spustiti ga na tlo i izmjeriti duljinu užeta koji se spustio. S jedne strane, odgovor je bioapsolutno istinito i potpuno, ali s druge strane, imalo je malo zajedničkog s fizikom. Zatim je Rutherford predložio učeniku da ponovno pokuša odgovoriti. Dao mu je šest minuta i upozorio da bi odgovor trebao ilustrirati razumijevanje fizikalnih zakona. Pet minuta kasnije, nakon što je od učenika čuo da bira najbolje od nekoliko rješenja, Rutherford ga je zamolio da odgovori prije roka. Ovaj put student je predložio da se s barometrom popnu na krov, bace ga, izmjere vrijeme pada i pomoću posebne formule saznaju visinu. Ovaj je odgovor zadovoljio učitelja, ali on i Rutherford nisu si mogli uskratiti zadovoljstvo da slušaju ostale učenikove verzije.
Sljedeća metoda temeljila se na mjerenju visine sjene barometra i visine sjene zgrade, a zatim rješavanju proporcija. Rutherfordu se svidjela ova opcija i on je oduševljeno zamolio učenika da istakne preostale metode. Tada mu je student ponudio najjednostavniju opciju. Trebalo je samo staviti barometar na zid zgrade i napraviti oznake, a zatim izbrojati broj oznaka i pomnožiti ih s duljinom barometra. Student je vjerovao da tako očit odgovor definitivno ne treba zanemariti.
Kako ne bi bio smatran šaljivcem u očima znanstvenika, student je predložio najsofisticiraniju opciju. Nakon što je vezao konac za barometar, rekao je, morate ga zamahnuti u podnožju zgrade i na njenom krovu, mjereći veličinu gravitacije. Iz razlike primljenih podataka, ako želite, možete saznati visinu. Osim toga, zamahujući njihalo na žici s krova zgrade, može se odrediti visina iz perioda precesije.
Napokon, studentponudio da pronađe upravitelja zgrade i, u zamjenu za prekrasan barometar, od njega sazna visinu. Rutherford je pitao da li student doista ne zna općeprihvaćeno rješenje problema. Nije skrivao što zna, ali je priznao da mu je dosta nametanja svog načina razmišljanja od strane nastavnika studentima, u školi i na fakultetu, te odbijanja nestandardnih rješenja. Kao što ste vjerojatno pogodili, taj učenik je bio Niels Bohr.
Selidba u Englesku
Nakon tri godine rada na sveučilištu, Bohr se preselio u Englesku. Prvu godinu radio je u Cambridgeu s Josephom Thomsonom, a zatim se preselio u Ernest Rutherford u Manchesteru. Rutherfordov laboratorij u to se vrijeme smatrao najistaknutijim. Nedavno su u njemu provedeni eksperimenti koji su doveli do otkrića planetarnog modela atoma. Točnije, model je tada još bio u povojima.
Eksperimenti s prolaskom alfa čestica kroz foliju omogućili su Rutherfordu da shvati da se u središtu atoma nalazi mala nabijena jezgra, koja čini jedva cijelu masu atoma, a oko njega se nalaze svjetlosni elektroni to. Budući da je atom električno neutralan, zbroj naboja elektrona mora biti jednak modulu naboja jezgre. Zaključak da je naboj jezgre višestruki od naboja elektrona bio je središnji u ovoj studiji, ali je do sada ostao nejasan. Umjesto toga, identificirani su izotopi – tvari koje imaju ista kemijska svojstva, ali različite atomske mase.
Atomski broj elemenata. Zakon pomaka
Radeći u Rutherfordovom laboratoriju, Bohr je shvatio da kemijska svojstva ovise o brojuelektrona u atomu, odnosno od njegovog naboja, a ne mase, što objašnjava postojanje izotopa. Ovo je bilo prvo Bohrovo veliko postignuće u ovom laboratoriju. Budući da se alfa čestica veže na jezgru helija s nabojem od +2, tijekom alfa raspada (čestica izleti iz jezgre), element "dijete" u periodnom sustavu treba postaviti dvije ćelije lijevo od " majka”, a tijekom beta raspada (elektron izleti iz jezgre) - jedna stanica udesno. Tako je nastao "zakon radioaktivnih pomaka". Nadalje, danski je fizičar napravio niz važnijih otkrića koja su se ticala samog modela atoma.
Rutherford-Bohr model
Ovaj model se također naziva planetarnim, jer se u njemu elektroni vrte oko jezgre, baš kao i planeti oko Sunca. Ovaj model je imao niz problema. Činjenica je da je atom u njemu bio katastrofalno nestabilan, te je izgubio energiju u stomilijuntnom dijelu sekunde. U stvarnosti, to se nije dogodilo. Problem koji je nastao činio se nerješivim i zahtijevao je radikalno novi pristup. Ovdje se dokazao danski fizičar Bor Niels.
Bohr je sugerirao da, suprotno zakonima elektrodinamike i mehanike, postoje orbite u atomima, krećući se duž kojih elektroni ne zrače. Orbita je stabilna ako je kutni moment elektrona koji se nalazi na njoj jednak polovici Planckove konstante. Do zračenja dolazi, ali samo u trenutku prijelaza elektrona iz jedne orbite u drugu. Svu energiju koja se oslobađa u ovom slučaju nosi kvant zračenja. Takav kvant ima energiju jednaku umnošku frekvencije rotacije i Planckove konstante, odnosno razlici između početne ikonačna energija elektrona. Tako je Bohr spojio Rutherfordov rad i ideju kvanta, koju je predložio Max Planck 1900. godine. Takav spoj bio je u suprotnosti sa svim odredbama tradicionalne teorije, a ujedno ga nije u potpunosti odbacio. Elektron se smatrao materijalnom točkom koja se kreće prema klasičnim zakonima mehanike, ali su "dopuštene" samo one orbite koje ispunjavaju "uvjete kvantizacije". U takvim orbitama, energije elektrona su obrnuto proporcionalne kvadratima brojeva orbite.
Izvođenje iz "pravila učestalosti"
Na temelju "pravila frekvencija", Bohr je zaključio da su frekvencije zračenja proporcionalne razlici između inverznih kvadrata cijelih brojeva. Prethodno su ovaj obrazac ustanovili spektroskopisti, ali nisu našli teorijsko objašnjenje. Teorija Nielsa Bohra omogućila je objašnjenje spektra ne samo vodika (najjednostavnijeg od atoma), već i helija, uključujući i ionizirani. Znanstvenik je ilustrirao utjecaj kretanja jezgre i predvidio kako se elektronske ljuske pune, što je omogućilo otkrivanje fizičke prirode periodičnosti elemenata u sustavu Mendeljejeva. Za ovaj razvoj događaja, Bohr je 1922. dobio Nobelovu nagradu.
Bohr institut
Nakon završetka Rutherfordovog rada, već priznati fizičar Bohr Niels vratio se u svoju domovinu, gdje je 1916. pozvan za profesora na Sveučilištu u Kopenhagenu. Dvije godine kasnije postao je član Kraljevskog danskog društva (1939. godine znanstvenik ga je vodio).
Godine 1920. Bohr je osnovao Institut za teorijufizike i postao njezin vođa. Vlasti Kopenhagena, kao priznanje zaslugama fizičara, osigurale su mu zgradu povijesne "Brewer's House" za institut. Institut je ispunio sva očekivanja, odigravši izuzetnu ulogu u razvoju kvantne fizike. Vrijedi napomenuti da su Bohrove osobne kvalitete odigrale odlučujuću ulogu u tome. Okružio se talentiranim zaposlenicima i studentima, granice između kojih su često bile nevidljive. Bohrov institut je bio internacionalan, u njega su pokušavali upasti odasvud. Među poznatim osobama Bohrove škole su: F. Bloch, W. Weisskopf, H. Casimir, O. Bora, L. Landau, J. Wheeler i mnogi drugi.
Njemački znanstvenik Werne Heisenberg posjetio je Bohra više puta. U vrijeme kada se stvarao “princip neizvjesnosti”, Erwin Schrödinger, koji je bio pristaša čisto valnog gledišta, razgovarao je s Bohrom. Temelj kvalitativno nove fizike dvadesetog stoljeća formiran je u bivšoj Brewerovoj kući, jedna od ključnih osoba u kojoj je bio Niels Bohr.
Model atoma koji su predložili danski znanstvenik i njegov mentor Rutherford bio je nedosljedan. Ujedinio je postulate klasične teorije i hipoteze koje su joj jasno proturječile. Kako bi se otklonile te proturječnosti, bilo je potrebno radikalno revidirati glavne odredbe teorije. Bohrove izravne zasluge, njegov autoritet u znanstvenim krugovima i jednostavno osobni utjecaj odigrali su važnu ulogu u tom smjeru. Rad Nielsa Bohra pokazao je da za dobivanje fizičke slike mikrosvijeta pristup koji se uspješno koristi za "svijet velikih stvari" nije prikladan, te je postaojedan od utemeljitelja ovog pristupa. Znanstvenik je uveo pojmove kao što su "nekontrolirani utjecaj mjernih postupaka" i "dodatne količine".
Kopenhagenska kvantna teorija
Vjerojatna (kopenhagenska) interpretacija kvantne teorije, kao i proučavanje njezinih brojnih "paradoksa", povezana je s imenom danskog znanstvenika. Važnu ulogu ovdje je odigrala Bohrova rasprava s Albertom Einsteinom, koji nije volio Bohrova kvantna fizika u probabilističkoj interpretaciji. "Princip korespondencije", koji je formulirao danski znanstvenik, igrao je važnu ulogu u razumijevanju obrazaca mikrokozmosa i njihove interakcije s klasičnom (nekvantnom) fizikom.
Nuklearna tema
Počevši proučavati nuklearnu fiziku pod Rutherfordom, Bohr je posvetio mnogo pažnje nuklearnim temama. Godine 1936. predložio je teoriju složene jezgre, što je ubrzo dovelo do modela kapljice, koji je odigrao značajnu ulogu u proučavanju nuklearne fisije. Konkretno, Bohr je predvidio spontanu fisiju jezgri urana.
Kada su nacisti zauzeli Dansku, znanstvenik je tajno odveden u Englesku, a zatim u Ameriku, gdje je zajedno sa svojim sinom Ogeom radio na projektu Manhattan u Los Alamosu. U poslijeratnim godinama, Bohr je puno vremena posvetio pitanjima kontrole nad nuklearnim oružjem i mirnom uporabom atoma. Sudjelovao je u stvaranju centra za nuklearna istraživanja u Europi i čak je svoje ideje prenio UN-u. Na temelju činjenice da Bohr nije odbio razgovarati o određenim aspektima "nuklearnog projekta" sa sovjetskim fizičarima, smatrao ga je opasnimmonopol u posjedovanju nuklearnog oružja.
Druga polja znanja
Osim toga, Nielsa Bohra, čija se biografija bliži kraju, zanimala su i pitanja vezana za fiziku, posebice biologiju. Također ga je zanimala filozofija prirodnih znanosti.
Izvanredan danski znanstvenik umro je od srčanog udara 18. listopada 1962. u Kopenhagenu.
Zaključak
Niels Bohr, čija su otkrića zasigurno promijenila fiziku, uživao je veliki znanstveni i moralni autoritet. Komunikacija s njim, čak i prolazna, ostavila je neizbrisiv dojam na sugovornike. Bohrov govor i pisanje pokazali su da je pažljivo birao riječi kako bi što točnije ilustrirao svoje misli. Ruski fizičar Vitalij Ginzburg nazvao je Bohra nevjerojatno delikatnim i mudrim.
