Niels Bohr | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
datele Niels Bohr | ||||||||
Numele la naștere | datele Niels Henrik David Bohr | |||||||
Data nașterii | 7 octombrie 1885 [1] [2] [3] […] | |||||||
Locul nașterii | Copenhaga , Danemarca | |||||||
Data mortii | 18 noiembrie 1962 [1] [2] [3] […] (în vârstă de 77 de ani) | |||||||
Un loc al morții | ||||||||
Țară | ||||||||
Sfera științifică | fizica teoretica | |||||||
Loc de munca | ||||||||
Alma Mater | Universitatea din Copenhaga | |||||||
consilier științific | Christian Christiansen [8] și Thomson, Joseph John [9] | |||||||
Elevi |
Lev Landau Hendrik Kramers Oscar Klein Aage Bohr John Wheeler |
|||||||
Cunoscut ca | unul dintre fondatorii fizicii moderne | |||||||
Premii și premii |
|
|||||||
Autograf | ||||||||
Citate pe Wikiquote | ||||||||
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Niels Henrik David Bohr ( danez Niels Henrik David Bohr , daneză: [ˈne̝ls ˈpoɐ̯ˀ] ; 7 octombrie 1885 , Copenhaga - 18 noiembrie 1962 , ibid.) a fost un fizician teoretician și personaj public danez , unul dintre creatorii fizicii moderne. Premiul Nobel pentru fizică ( 1922 ). Membru al Societăţii Regale Daneze ( 1917 ) şi preşedinte din 1939 . A fost membru a mai mult de 20 de academii de științe ale lumii, inclusiv un membru de onoare străin al Academiei de Științe a URSS ( 1929 ; membru corespondent - din 1924 ).
Bohr este cunoscut ca creatorul primei teorii cuantice a atomului și un participant activ la dezvoltarea bazelor mecanicii cuantice . De asemenea, a avut o contribuție semnificativă la dezvoltarea teoriei nucleului atomic și a reacțiilor nucleare , procesele de interacțiune a particulelor elementare cu mediul.
Niels Bohr s-a născut în familia unui profesor de fiziologie la Universitatea din Copenhaga, Christian Bohr (1858-1911), care a devenit de două ori candidat la Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină [10] , și Ellen Adler (1860-1930). ), fiica unui bancher și parlamentar evreu influent și foarte bogat - liberalul David Baruch Adler ( 1826-1878 ) și Jenny Raphael (1830-1902) din dinastia bancară evreiască britanică Raphael Raphael & sons [11] . Părinții lui Bohr s-au căsătorit în 1881.
La școală, el a arătat o înclinație clară către fizică și matematică , precum și către filozofie . Acest lucru a fost facilitat de vizitele regulate ale colegilor și prietenilor tatălui său - filozoful Harald Göffding , fizicianul Christian Christiansen , lingvistul Wilhelm Thomsen [12] . Un prieten apropiat și coleg de clasă cu Bohr în această perioadă a fost vărul său secund (pe partea maternă), viitorul psiholog Gestalt Edgar Rubin (1886-1951; printre iluziile optice pe care le-a propus a fost și așa-numita vază Rubin ; 1915) [13] ] Rubin l-a atras pe Bohr spre studiul filosofiei.
Cealaltă pasiune a lui Bor a fost fotbalul . Nils și fratele său Harald (care a devenit mai târziu un matematician celebru ) au jucat pentru clubul de amatori " AB " (primul - ca portar , iar al doilea - ca mijlocaș ). În viitor, Harald a jucat cu succes în echipa națională daneză și a câștigat argint în componența sa la Jocurile Olimpice din 1908 , unde echipa daneză a pierdut în finală în fața britanicilor [11] .
În 1903, Niels Bohr a intrat la Universitatea din Copenhaga , unde a studiat fizica , chimia , astronomia și matematica . Împreună cu fratele său, a organizat un cerc filosofic studentesc, unde membrii acestuia făceau alternativ prezentări [14] . La universitate, Niels Bohr a realizat prima sa lucrare privind studiul oscilațiilor unui jet de lichid pentru a determina cu mai multă precizie mărimea tensiunii superficiale a apei. Un studiu teoretic din 1906 a primit o medalie de aur de la Societatea Regală Daneză . În anii următori ( 1907-1909 ) a fost completat de rezultatele experimentale obținute de Bohr în laboratorul de fiziologie al tatălui său [15] , și publicate după ideile luminarilor fizicii de atunci Ramsay și Rayleigh [16] .
În 1910, Bohr a primit o diplomă de master , iar în mai 1911 și-a susținut teza de doctorat despre teoria electronică clasică a metalelor [15] . În lucrarea sa de disertație, Bohr, dezvoltând ideile lui Lorentz , a dovedit o teoremă importantă a mecanicii statistice clasice , conform căreia momentul magnetic al oricărui set de sarcini electrice elementare care se mișcă conform legilor mecanicii clasice într-un câmp magnetic constant este egal. la zero în stare staționară. În 1919, această teoremă a fost redescoperită independent de Hendrik van Leeuwen și este cunoscută sub numele de teorema Bohr-van Leeuwen . Ea implică în mod direct imposibilitatea explicării proprietăților magnetice ale materiei (în special, diamagnetismul ), rămânând în același timp în cadrul fizicii clasice [17] . Aceasta, aparent, a fost prima întâlnire a lui Bohr cu limitările descrierii clasice, conducându-l la întrebări de teoria cuantică.
În 1911 Bohr a primit o bursă de 2.500 de coroane de la Fundația Carlsberg pentru un stagiu în străinătate [18] . În septembrie 1911 a sosit la Cambridge pentru a lucra la Laboratorul Cavendish sub renumitul J. J. Thomson . Cu toate acestea, cooperarea nu a funcționat: Thomson nu a fost interesat de tânărul danez, care a subliniat imediat o eroare în una dintre lucrările sale și, în plus, nu vorbea bine engleza . Bor și-a amintit mai târziu astfel:
Am fost dezamăgit că Thomson nu era interesat de faptul că calculele lui erau greșite. Asta a fost și vina mea. Nu știam suficient de bine engleza și, prin urmare, nu mă puteam explica... Thomson a fost un geniu care, de fapt, a arătat drumul tuturor... În general, munca la Cambridge a fost foarte interesantă, dar a fost absolut inutil. [optsprezece]
Drept urmare, în martie 1912, Bohr s-a mutat la Manchester la Ernest Rutherford , pe care îl cunoscuse cu puțin timp înainte [19] . În 1911, Rutherford a publicat un model planetar al atomului bazat pe rezultatele experimentelor sale. Bohr s-a implicat activ în lucrarea pe această temă, care a fost facilitată de numeroase discuții cu binecunoscutul chimist Georg Hevesy , care lucra atunci la Manchester, și cu Rutherford însuși. Ideea originală a fost că proprietățile elementelor sunt determinate de un număr atomic întreg , care este sarcina nucleului, care se poate modifica în procesele de dezintegrare radioactivă . Prima aplicare a modelului Rutherford al atomului pentru Bohr a fost luarea în considerare în ultimele luni ale șederii sale în Anglia a proceselor de interacțiune a razelor alfa și beta cu materia [20] . În vara anului 1912, Bohr sa întors în Danemarca .
La 1 august 1912 [18] la Copenhaga a avut loc la Copenhaga nunta lui Bohr cu Margaret Nörlund, sora prietenului apropiat al lui Harald, Nils Erik Nörlund , pe care l-a cunoscut în 1909 [21] . În timpul călătoriei lor de nuntă în Anglia și Scoția, Bohr și soția sa au vizitat Rutherford în Manchester. Bohr i-a predat articolul său pregătit pentru publicare, „The Theory of the Deceleration of Charged Particles as They Pass Through Matter” (a fost publicat la începutul anului 1913 ). În același timp, s-a legat o prietenie strânsă între familiile Hog și Rutherford. Comunicarea cu Rutherford a lăsat o amprentă de neșters (atât din punct de vedere științific, cât și personal) asupra soartei ulterioare a lui Bohr, care a scris mulți ani mai târziu:
Foarte caracteristic pentru Rutherford a fost interesul binevoitor pe care l-a manifestat față de toți tinerii fizicieni cu care a avut relații lungi sau scurte. <...> pentru mine, Rutherford a devenit un al doilea tată. [22]
La întoarcerea sa la Copenhaga, Bohr a predat la universitate, lucrând în același timp intens la teoria cuantică a structurii atomului. Primele rezultate sunt cuprinse într-un proiect trimis lui Rutherford încă din iulie 1912 și numit „Memorandumul Rutherford” [23] . Cu toate acestea, succese decisive au fost obținute la sfârșitul anului 1912 - începutul anului 1913 . Momentul cheie a fost cunoașterea, în februarie 1913, cu legile aranjamentului liniilor spectrale și principiul general de combinare pentru frecvențele de radiație ale atomilor. Bohr a spus mai târziu:
De îndată ce am văzut formula lui Balmer , toată întrebarea mi-a devenit imediat clară. [24]
În martie 1913, Bohr a trimis un proiect preliminar al lucrării lui Rutherford, iar în aprilie a mers la Manchester pentru câteva zile pentru a discuta teoria sa. Rezultatul acestei lucrări au fost trei părți ale articolului revoluționar „On the structure of atomes and molecules” [25] , publicat în revista „Philosophical Magazine” în iulie, octombrie și decembrie 1913 și care conține teoria cuantică a unui hidrogen-like. atom . În teoria lui Bohr, se pot distinge două componente principale [26] : afirmații generale (postulate) despre comportamentul sistemelor atomice, care își păstrează semnificația și sunt testate cuprinzător, și un model specific al structurii atomului , care este doar de interes istoric astăzi. Postulatele lui Bohr conțin ipoteze despre existența stărilor staționare și despre tranzițiile radiative dintre ele în conformitate cu ideile lui Planck despre cuantificarea energiei materiei. Teoria modelului atomului lui Bohr se bazează pe presupunerea că este posibil să se descrie mișcarea electronilor într-un atom în stare staționară pe baza fizicii clasice , pe care sunt impuse condiții cuantice suplimentare (de exemplu, cuantizarea electronului). momentul unghiular al lui ). Teoria lui Bohr a făcut imediat posibilă fundamentarea emisiei și absorbției radiațiilor în spectrele seriale ale hidrogenului și, de asemenea, explicarea (corectată pentru masa redusă a electronilor ) spectrelor asemănătoare hidrogenului cu numere cuantice semiîntregi observate anterior de Charles Pickering și Alfred Fowler ca aparținând heliului ionizat . Succesul strălucit al teoriei lui Bohr a fost derivarea teoretică a valorii constantei Rydberg [27] .
Lucrarea lui Bohr a atras imediat atenția fizicienilor și a stimulat dezvoltarea rapidă a conceptelor cuantice . Contemporanii săi au apreciat pasul important pe care l-a făcut omul de știință danez. Astfel, în 1936 , Rutherford a scris:
Consider că teoria cuantică originală a spectrelor a lui Bohr este una dintre cele mai revoluționare care au fost făcute vreodată în știință; și nu cunosc nicio altă teorie care să aibă mai mult succes. [28]
În 1949, Albert Einstein și-a amintit impresiile despre teoria lui Bohr în felul următor:
Toate încercările mele de a adapta bazele teoretice ale fizicii la aceste rezultate [adică, consecințele legii lui Planck pentru radiația corpului negru] au eșuat lamentabil. Era ca și cum pământul ar fi fost smuls de sub picioarele lor și nu era niciun pământ solid pe care să se poată construi. Mi s-a părut întotdeauna un miracol faptul că această fundație oscilantă și contradictorie a fost suficientă pentru a-i permite lui Bohr – un om cu intuiție ingenioasă și fler subtil – să găsească principalele legi ale liniilor spectrale și ale învelișurilor de electroni ale atomilor, inclusiv semnificația lor pentru chimie. Mi se pare un miracol acum. Aceasta este cea mai înaltă muzicalitate din domeniul gândirii. [29]
În primăvara anului 1914, Bohr a fost invitat de Rutherford pentru a-l înlocui pe Charles Darwin , nepotul celebrului naturalist , ca lector în fizică matematică la Universitatea din Manchester (Școala Shuster de Fizică Matematică) [30] . A rămas la Manchester din toamna lui 1914 până în vara lui 1916 . În acest moment, el a încercat să-și extindă teoria la atomi cu mulți electroni, dar în curând a intrat într-o fundătură. Deja în septembrie 1914 a scris:
Pentru sistemele cu mai mult de două particule, nu există o relație simplă între energie și numărul de rotații și, din acest motiv, considerații precum cele pe care le-am folosit mai devreme nu pot fi aplicate pentru a determina „stările staționare” ale sistemului. Înclin să cred că în această problemă se ascund dificultăți foarte semnificative, care nu pot fi depășite decât renunțând la noțiunile uzuale într-o măsură mai mare decât se impunea până acum, și că simplitatea sistemelor luate în considerare este singurul motiv al succesului obținut. [31]
În 1914, Bohr a reușit să explice parțial divizarea liniilor spectrale în efectele Stark și Zeeman , dar nu a putut obține o divizare în mai mult de două componente. Aceasta a relevat limitările orbitelor circulare luate în considerare în teoria sa. A devenit posibil să-l depășească numai după ce, la începutul anului 1916, Arnold Sommerfeld a formulat condiții cuantice generalizate, a introdus trei numere cuantice pentru orbita unui electron și a explicat structura fină a liniilor spectrale , ținând cont de corecțiile relativiste. Bohr a început imediat să-și revizuiască radical rezultatele în lumina acestei noi abordări [32] .
În vara anului 1916, Bohr s-a întors în sfârșit în patria sa și a condus Departamentul de Fizică Teoretică de la Universitatea din Copenhaga . În aprilie 1917, el a cerut autorităților daneze finanțare pentru a construi un nou institut pentru el și personalul său. La 3 martie 1921 , după ce a depășit multe dificultăți organizatorice și administrative, Institutul de Fizică Teoretică [33] a fost deschis în sfârșit la Copenhaga , purtând acum numele primului său lider ( Institutul Niels Bohr ).
În ciuda faptului că era foarte ocupat cu afacerile administrative, Bohr a continuat să-și dezvolte modelul, încercând să-l generalizeze în cazul atomilor mai complecși, cum ar fi heliul . În 1918, în lucrarea „On the Quantum Theory of Line Spectre”, Bohr a cuantificat așa-numitul principiu de corespondență , legând teoria cuantică de fizica clasică. Pentru prima dată ideea de corespondență a apărut în 1913 , când Bohr a folosit ideea că tranzițiile între orbite staționare cu numere cuantice mari ar trebui să dea radiații cu o frecvență care coincide cu frecvența revoluției electronilor [34] . Începând cu 1918, principiul corespondenței a devenit în mâinile lui Bohr un instrument puternic pentru obținerea de noi rezultate: el a permis, urmând conceptele coeficienților lui Einstein , să determine probabilitățile de tranziție și, în consecință, intensitățile liniilor spectrale; obțineți regulile de selecție (în special pentru oscilatorul armonic ); dați o interpretare a numărului și a polarizării componentelor divizărilor Stark și Zeeman [35] . Ulterior, Bohr a formulat clar principiul corespondenței:
… „principiul corespondenței”, conform căruia prezența tranzițiilor între stările staționare, însoțite de radiație, este asociată cu componentele armonice ale oscilației în mișcarea unui atom, care determină în teoria clasică proprietățile radiațiilor emise datorită la mișcarea unei particule. Astfel, conform acestui principiu, se presupune că orice proces de tranziție între două stări staționare este asociat cu componenta armonică corespunzătoare, astfel încât probabilitatea prezenței unei tranziții depinde de amplitudinea oscilației, în timp ce polarizarea radiației. se datorează proprietăților mai detaliate ale oscilației, la fel ca și intensitatea și polarizarea radiației în sistemul de unde emise de un atom conform teoriei clasice datorită prezenței componentelor oscilației indicate, este determinată de amplitudinea și alte proprietăți ale acestuia din urmă. [36]
Principiul corespondenței a jucat, de asemenea, un rol uriaș în construcția mecanicii cuantice consistente . Din aceasta a pornit Werner Heisenberg în 1925 când și-a construit mecanica matriceală [37] . În sensul filozofic general, acest principiu, care leagă noile cunoștințe de realizările trecutului, este unul dintre principalele principii metodologice ale științei moderne [37] .
În 1921-1923 , într-o serie de lucrări, Bohr a fost primul care a oferit o explicație a sistemului periodic al lui Mendeleev pe baza modelului său al atomului, a datelor spectroscopice și a considerațiilor generale despre proprietățile elementelor , prezentând o schemă de umplere. orbite electronice ( shell , conform terminologiei moderne) [38] . Corectitudinea interpretării tabelului periodic a fost confirmată de descoperirea în 1922 a noului element hafniu de către Dirk Coster și Georg Hevesy , care lucrau în acel moment la Copenhaga [39] . După cum a prezis Bohr, acest element s-a dovedit a fi apropiat în proprietățile de zirconiu și nu de elementele pământurilor rare , așa cum se credea anterior [40] .
În 1922, Bohr a primit Premiul Nobel pentru Fizică „pentru serviciile sale pentru studiul structurii atomului” [41] . În prelegerea sa „Despre structura atomilor” [42] , susținută la Stockholm la 11 decembrie 1922 , Bohr a rezumat rezultatele a zece ani de muncă.
Cu toate acestea, era clar că teoria lui Bohr conținea o contradicție inerentă, deoarece combina mecanic conceptele și legile clasice cu condițiile cuantice. În plus, era incomplet, nu suficient de universal, deoarece nu putea fi folosit pentru o explicație cantitativă a întregii varietăți de fenomene din lumea atomică. De exemplu, Bohr, împreună cu asistentul său Hendrik Kramers , nu au reușit să rezolve problema mișcării electronilor într-un atom de heliu (cel mai simplu sistem cu doi electroni), la care lucrau încă din 1916 . Bohr a înțeles clar limitările abordărilor existente (așa-numita „veche teorie cuantică”) și necesitatea de a construi o teorie bazată pe principii complet noi:
... întreaga abordare a problemei în ansamblu era încă foarte semi-empiric în natură și a devenit destul de clar că pentru o descriere exhaustivă a proprietăților fizice și chimice ale elementelor, era nevoie de o nouă îndepărtare radicală de mecanica clasică. pentru a combina postulate cuantice într-o schemă consistentă din punct de vedere logic. [treizeci]
Noua teorie a fost mecanica cuantică , care a fost creată în 1925-1927 în lucrările lui Werner Heisenberg , Erwin Schrödinger , Max Born , Paul Dirac [43] . În același timp, ideile de bază ale mecanicii cuantice, în ciuda succeselor sale formale, au rămas în mare parte neclare în primii ani. Pentru o înțelegere completă a fundamentelor fizice ale mecanicii cuantice, a fost necesar să o conectăm cu experiența, să dezvăluim sensul conceptelor folosite în ea (căci folosirea terminologiei clasice nu mai era legitimă), adică să se dea un interpretarea formalismului său.
La aceste întrebări despre interpretarea fizică a mecanicii cuantice se gândea Bohr la acea vreme. Rezultatul a fost conceptul de complementaritate , care a fost prezentat la congresul în memoria lui Alessandro Volta de la Como în septembrie 1927 [44] . Punctul de plecare în evoluția opiniilor lui Bohr a fost adoptarea sa în 1925 a dualismului undă-particulă . Înainte de aceasta, Bohr a refuzat să accepte realitatea cuantelor de lumină ale lui Einstein ( fotoni ), care erau greu de conciliat cu principiul corespondenței [45] , ceea ce a dus la o lucrare comună cu Kramers și John Slater , în care s-a făcut o presupunere neașteptată. despre neconservarea energiei și a impulsului în procesele microscopice individuale (legile de conservare și-au asumat un caracter statistic). Cu toate acestea, aceste opinii au fost în curând respinse de experimentele lui Walter Bothe și Hans Geiger [46] .
Dualismul undelor corpusculare a fost pus de Bohr ca bază pentru interpretarea teoriei. Ideea de complementaritate, dezvoltată la începutul anului 1927 în timpul vacanței în Norvegia [47] , reflectă o relație logică între două moduri de descriere sau seturi de reprezentări, care, deși se exclud reciproc, sunt ambele necesare pentru o descriere completă a statului. a treburilor. Esența principiului incertitudinii este că nu poate apărea o astfel de situație fizică în care ambele aspecte suplimentare ale fenomenului să se manifeste simultan și la fel de distinct [48] . Cu alte cuvinte, nu există stări în microcosmos în care obiectul ar avea simultan caracteristici dinamice exacte aparținând a două clase specifice care se exclud reciproc, ceea ce este exprimat în relația de incertitudine Heisenberg . Datele de măsurare ale obiectelor din microlume, obținute folosind diverse configurații experimentale, în condițiile în care interacțiunea dintre dispozitivul de măsurare și obiect este o parte integrantă a procesului de măsurare, se află într-un fel de relație suplimentară între ele. [49] Formarea ideilor lui Bohr, așa cum a recunoscut el însuși, a fost influențată de cercetările filozofice și psihologice ale lui Soren Kierkegaard , Harald Göffding și William James [50] .
Principiul complementarității a stat la baza așa-numitei interpretări de la Copenhaga a mecanicii cuantice [51] și a analizei procesului de măsurare [52] a caracteristicilor microobiectelor. Conform acestei interpretări, caracteristicile dinamice ale unei microparticule împrumutate din fizica clasică ( coordonatele sale , impulsul , energia etc.) nu sunt deloc inerente particulei în sine. Semnificația și valoarea anumită a uneia sau alteia caracteristici a unui electron, de exemplu, impulsul său, sunt relevate în legătură cu obiectele clasice, pentru care aceste cantități au o anumită semnificație și toate în același timp pot avea o anumită valoare (cum ar fi obiectul clasic se numește condiționat dispozitiv de măsurare). Rolul principiului complementarității s-a dovedit a fi atât de esențial încât Pauli chiar a sugerat numirea mecanicii cuantice „teoria complementarității” prin analogie cu teoria relativității [53] .
La o lună după congresul de la Como , la cel de-al cincilea Congres Solvay de la Bruxelles , au început celebrele discuții dintre Bohr și Einstein despre interpretarea mecanicii cuantice [54] [55] . Disputa a continuat în 1930 la cel de-al șaselea congres, unde Bohr a explicat din punctul de vedere al mecanicii cuantice paradoxul cutiei fotonice a lui Einstein [54] , iar apoi a reluat cu o vigoare reînnoită în 1935 după binecunoscuta lucrare [56] a lui Einstein, Podolsky . și Rosen despre completitudinea mecanicii cuantice (vezi paradoxul EPR ). Discuțiile nu s-au oprit până la moartea lui Einstein [57] , luând uneori un caracter amar. Cu toate acestea, participanții nu au încetat să se trateze reciproc cu mare respect, ceea ce s-a reflectat în cuvintele lui Einstein, scrise în 1949 :
Văd că am fost... destul de dur, dar... doar frații sau prietenii apropiați se ceartă cu adevărat. [58]
Deși Bohr nu a reușit niciodată să-l convingă pe Einstein că are dreptate, aceste discuții și soluții la numeroase paradoxuri i-au permis lui Bohr să îmbunătățească considerabil claritatea gândurilor și formulărilor sale, să-și aprofundeze înțelegerea mecanicii cuantice :
Lecția pe care am învățat-o din aceasta ne-a așezat decisiv pe calea luptei nesfârșite pentru armonia dintre conținut și formă; această lecție ne-a arătat încă o dată că niciun conținut nu poate fi înțeles fără o formă adecvată și că orice formă, oricât de utilă în trecut, poate fi prea îngustă pentru a capta rezultate noi. [59]
În 1932, Bohr și familia sa s-au mutat în așa-numita „Casa de Onoare”, reședința celui mai respectat cetățean al Danemarcei, construită de fondatorul companiei de bere Carlsberg . Aici a fost vizitat de celebrități nu doar ale lumii științifice (de exemplu, Rutherford), ci și ale lumii politice (cuplul regal al Danemarcei, regina Elisabeta engleză , președinți și prim-miniștri ai diverselor țări) [60] .
În 1934, Bohr a trăit o gravă tragedie personală. În timp ce naviga pe un iaht în strâmtoarea Kattegat , fiul său cel mare, Christian în vârstă de 19 ani, a fost spălat peste bord de o furtună; nu s-a putut găsi [61] . În total, Niels și Margaret au avut șase copii. Unul dintre ei, Aage Bohr , a devenit și el un fizician remarcabil, primind Premiul Nobel ( 1975 ).
În anii 1930, Bohr a devenit interesat de subiectele nucleare , reorientându-și institutul către acesta: datorită faimei și influenței sale, a reușit să obțină finanțare pentru construirea de noi instalații la Institutul său - un ciclotron , un accelerator conform Cockcroft-Walton. model , și un accelerator van de Graaff [62 ] . În acel moment, el însuși a adus o contribuție semnificativă la teoria structurii nucleului și a reacțiilor nucleare.
În 1936, Bohr, pe baza existenței rezonanțelor neutronice observate recent , a formulat o idee fundamentală pentru fizica nucleară despre natura cursului reacțiilor nucleare : el a sugerat existența așa-numitului nucleu compus („nucleu compus”), adică o stare excitată a nucleului cu o durată de viață de ordinul timpului mișcării unui neutron prin el. Apoi mecanismul de reacție, care nu se limitează doar la reacțiile cu neutroni, include două etape: 1) formarea unui nucleu compus, 2) dezintegrarea acestuia. În acest caz, aceste două etape decurg independent una de cealaltă, ceea ce se datorează redistribuirii de echilibru a energiei între gradele de libertate ale nucleului compus. Acest lucru a făcut posibilă aplicarea unei abordări statistice pentru descrierea comportamentului nucleelor, ceea ce a făcut posibilă calcularea secțiunilor transversale ale unui număr de reacții și, de asemenea, interpretarea dezintegrarii unui nucleu compus în termeni de evaporare a particulelor [63]. ] , creând, la sugestia lui Yakov Frenkel , un model de picătură al nucleului .
Totuși, o imagine atât de simplă are loc doar la distanțe mari între rezonanțe (nivele de nucleu), adică la energii de excitație scăzute. După cum s-a arătat în 1939 în lucrarea comună a lui Bohr cu Rudolf Peierls și Georg Placzek , când rezonanțele nucleului compus se suprapun, echilibrul în sistem nu are timp să fie stabilit și cele două etape ale reacției încetează să fie independente. , adică natura dezintegrarii nucleului intermediar este determinată de procesul de formare a acestuia. Dezvoltarea teoriei în această direcție a condus la crearea în 1953 de către Viktor Weiskopf , Herman Feshbach și K. Porter a așa-numitului „model optic al nucleului”, care descrie reacțiile nucleare într-o gamă largă de energie [64] .
Concomitent cu conceptul de nucleu compus, Bohr (împreună cu F. Kalkar) a propus să ia în considerare mișcările colective ale particulelor din nuclee, contrastându-le cu imaginea nucleonilor independenți . Astfel de moduri de vibrație de tip picătură lichidă sunt reflectate în datele spectroscopice (în special, în structura multipolară a radiației nucleare). Ideile despre polarizabilitatea și deformațiile nucleelor au stat la baza modelului generalizat (colectiv) al nucleului dezvoltat la începutul anilor 1950 de Aage Bohr , Ben Mottelson și James Rainwater [65] .
Contribuția lui Bohr la explicarea mecanismului fisiunii nucleare este mare, în care se eliberează cantități uriașe de energie. Diviziunea a fost descoperită experimental la sfârșitul anului 1938 de Otto Hahn și Fritz Strassmann și interpretată corect de Lise Meitner și Otto Frisch în timpul sărbătorilor de Crăciun. Bohr a aflat despre ideile lor de la Frisch, care lucra apoi la Copenhaga , chiar înainte de a pleca în Statele Unite în ianuarie 1939 [66] . La Princeton , împreună cu John Wheeler , a dezvoltat o teorie cantitativă a fisiunii nucleare, bazată pe modelul nucleului compus și pe conceptul de deformare critică a nucleului, ducând la instabilitatea și degradarea acestuia. Pentru unele nuclee, această valoare critică poate fi egală cu zero, care se exprimă în dezintegrarea nucleului la deformații arbitrar mici [67] . Teoria a făcut posibilă obținerea dependenței energetice a secțiunii transversale de fisiune, care coincide cu cea experimentală. În plus, Bohr a reușit să arate că fisiunea nucleelor de uraniu-235 este cauzată de neutroni „lenti” (de energie scăzută) , iar uraniul-238 de cei rapizi [68] .
După ce naziștii au ajuns la putere în Germania , Bohr a participat activ la aranjarea soartei multor oameni de știință emigranți care s-au mutat la Copenhaga . În 1933, prin eforturile lui Niels Bohr, a fratelui său Harald , a directorului Institutului de Vaccin, Thorvald Madsen și a avocatului Albert Jorgensen, a fost înființat un Comitet special de Asistență pentru Oamenii de Știință Refugiați [69] .
După ocuparea Danemarcei în aprilie 1940, a existat un risc real ca Bohr să fie arestat din cauza originii sale semi-evreiești. Cu toate acestea, el a decis să rămână la Copenhaga cât mai mult timp posibil pentru a garanta protecția institutului și a personalului său de atacurile autorităților ocupante. În octombrie 1941, Bohr a fost vizitat de Heisenberg , pe atunci șeful proiectului atomic nazist. Între ei a avut loc o conversație despre posibilitatea implementării armelor nucleare, despre care omul de știință german a scris după cum urmează:
Am vizitat Copenhaga în toamna anului 1941, cred că a fost la sfârșitul lunii octombrie. În acest moment, noi, cei de la Societatea Uraniului, în urma experimentelor cu uraniu și apă grea, am ajuns la concluzia că este posibil să construim un reactor folosind uraniu și apă grea pentru a produce energie. <...> La acea vreme, am supraestimat amploarea costurilor tehnice necesare. <...> În asemenea împrejurări, ne-am gândit că ar fi utilă o conversație cu Bohr. O astfel de conversație a avut loc în timpul unei plimbări de seară în zona Ni-Carlsberg. Știind că Bohr se afla sub supravegherea autorităților politice germane și că comentariile lui despre mine vor fi probabil transmise Germaniei, am încercat să conduc această conversație într-un mod care să nu-mi pună viața în pericol. Conversația, din câte îmi amintesc, a început cu întrebarea mea dacă fizicienii în timp de război ar trebui să se ocupe de problema uraniului, deoarece progresul în acest domeniu ar putea duce la consecințe grave în tehnica războiului. Bohr a înțeles imediat semnificația acestei întrebări, pentru că am reușit să înțeleg reacția lui de ușoară frică. El a răspuns cu o contra-întrebare: „Chiar crezi că fisiunea uraniului ar putea fi folosită pentru fabricarea de arme?” I-am răspuns: „În principiu, este posibil, dar ar necesita eforturi tehnice atât de incredibile, care, sperăm, nu pot fi realizate în cursul unui război adevărat.” Bohr a fost șocat de răspunsul meu, presupunând aparent că intenționam să-l informez că Germania a făcut progrese extraordinare în producția de arme atomice. Deși am încercat mai târziu să corectez această impresie eronată, tot nu am reușit să câștig încrederea lui Bohr... [70]
Astfel, Heisenberg sugerează că Bohr nu a înțeles ce a vrut să spună. Cu toate acestea, Bohr însuși nu a fost de acord cu această interpretare a conversației sale cu Heisenberg. În 1961, într-o conversație cu Arkady Migdal , el a declarat:
L-am inteles perfect. Mi-a oferit să cooperez cu naziștii… [71]
În 2002, descendenții lui Bohr au publicat scrisorile netrimise ale lui Bohr către Heisenberg, scrise probabil în același an, 1957 [72] . În prima dintre acestea, Bohr scrie că își amintește perfect conversația lor, în care Heisenberg și-a exprimat încrederea în victoria finală a Germaniei și l-a invitat să se alăture dezvoltării bombei atomice.
Până în toamna anului 1943, a devenit imposibil să rămână în Danemarca, așa că Bor, împreună cu fiul său Oge , a fost transportat de forțele de rezistență, mai întâi cu barca în Suedia și de acolo cu bombardier în Anglia , în timp ce ei aproape au murit [73]. ] . Mătușa Bora (sora mai mare a mamei sale) - celebra profesoară daneză Hannah Adler (1859-1947) - a fost deportată într-un lagăr de concentrare , în ciuda vârstei de 84 de ani și a protecției guvernamentale [74] . În Marea Britanie și SUA , unde s-a mutat curând, omul de știință s-a implicat în crearea bombei atomice și a participat la ea până în iunie 1945. În SUA, ea și fiul ei se numeau Nicholas și Jim Baker.
În același timp, începând din 1944 , Bohr era conștient de pericolul amenințării atomice. O întâlnire cu prim-ministrul Marii Britanii din 16 mai 1944 nu a dus la niciun rezultat. După aceea, Niels Bohr a început să caute o întâlnire cu președintele american F. Roosevelt . În memoriul său adresat președintelui Roosevelt (3 iulie 1944), el a cerut interzicerea totală a folosirii armelor nucleare , asigurarea unui control internațional strict asupra acestora și, în același timp, distrugerea oricărui monopol asupra armelor pașnice. utilizarea energiei atomice [73] . Ulterior, a mai trimis două memorandumuri liderilor americani - datate 24 martie 1945 și 17 mai 1948 [75] . Bohr a încercat să-și transmită gândurile lui Churchill și Roosevelt și în timpul întâlnirilor personale cu aceștia, dar fără rezultat. Mai mult, această activitate, precum și o invitație de a veni în Uniunea Sovietică în timpul războiului , primită de la Pyotr Kapitsa la începutul anului 1944, a dus la suspiciuni de spionaj în favoarea URSS [76] .
În noiembrie 1945, la instrucțiunile informațiilor sovietice și la recomandarea lui P. Kapitsa, Bor a fost vizitat de fizicianul sovietic Ya. P. Terletsky , care i-a pus o serie de întrebări despre proiectul atomic american (despre reactoare atomice). Bor a spus doar ceea ce fusese publicat în surse deschise până la acel moment și a raportat vizita lui Terletsky la serviciile de contrainformații [77] .
În 1950, Bohr a publicat o scrisoare deschisă către Națiunile Unite , insistând asupra cooperării pașnice și a schimbului liber de informații între state ca cheie pentru construirea unei „lumi deschise” [78] . În viitor, el a vorbit în mod repetat pe această temă, întărindu-și autoritatea cu apeluri la pace și prevenirea amenințării războiului nuclear [79] .
În ultimii ani, Bohr s-a angajat în principal în activități sociale, a ținut prelegeri în diferite țări și a scris articole pe subiecte filozofice. Direct în domeniul fizicii în anii 1940-1950, a continuat să se ocupe de problema interacțiunii particulelor elementare cu mediul. Bohr însuși a considerat principiul complementarității drept cea mai valoroasă contribuție la știință [80] . A încercat să-și extindă aplicarea și în alte domenii ale activității umane – biologie, psihologie, cultură, gândindu-se mult la rolul și semnificația limbajului în știință și viață [81] .
Niels Bohr a murit pe 18 noiembrie 1962 în urma unui atac de cord . O urnă care conține cenușa lui se află în mormântul familiei de la Cimitirul Assistens din Copenhaga .
Bohr a creat o școală internațională importantă de fizicieni și a făcut mult pentru a dezvolta cooperarea între fizicienii din întreaga lume. De la începutul anilor 1920, Copenhaga a devenit un „centru de atracție” pentru cei mai activi fizicieni: majoritatea creatorilor mecanicii cuantice ( Heisenberg , Dirac , Schrödinger și alții) au lucrat acolo la un moment sau altul, ideile lor s-au cristalizat într-o perioadă lungă de epuizare. convorbiri cu Bohr [82] . De mare importanță pentru diseminarea ideilor lui Bohr au fost vizitele sale de prelegeri în diferite țări. Astfel, cele șapte prelegeri susținute de Bohr în iunie 1922 la Universitatea din Göttingen (așa-numitul „Festival Bohr”) au jucat un rol important în istoria științei [83] . Atunci i-a cunoscut pe tinerii fizicieni Wolfgang Pauli și Werner Heisenberg, studenți ai Sommerfeld [84] . Heisenberg și-a exprimat impresiile despre prima conversație cu Bohr în timpul plimbării, după cum urmează:
Această plimbare a avut cea mai puternică influență asupra dezvoltării mele științifice ulterioare sau, poate, se poate spune mai bine că propria mea dezvoltare științifică a început doar cu această plimbare. [85]
Ulterior, legătura grupului Bohr cu grupul Göttingen condus de Max Born nu a fost întreruptă și a dat multe rezultate științifice remarcabile. Desigur, legăturile lui Bohr cu grupul Cambridge condus de Rutherford au fost foarte puternice: Charles Darwin , Paul Dirac , Ralph Fowler , Douglas Hartree , Neville Mott și alții au lucrat la Copenhaga în diferite momente [84] . Bohr a primit și oameni de știință sovietici la institutul său, mulți dintre ei au lucrat acolo mult timp. A venit în repetate rânduri în URSS , ultima dată în 1961 [86] .
Școala lui Niels Bohr include [87] oameni de știință precum Hendrik Kramers , Oskar Klein , Lev Landau , Viktor Weiskopf , Leon Rosenfeld , John Wheeler , Felix Bloch , Aage Bohr , Hendrik Casimir , Yoshio Nishina , Christian Möller , Abraham Pais și mulți alții. . Natura școlii științifice a lui Bohr și relația sa cu elevii săi pot fi clarificate de următorul episod. Când Landau, în timpul vizitei lui Bohr la Moscova , în mai 1961, l-a întrebat pe mentorul său: „Ce secret ai avut care ți-a permis să concentrezi într-o asemenea măsură tinerețea creativă teoretică în jurul tău?”, el a răspuns:
Nu exista niciun secret special, cu excepția faptului că nu ne era frică să părem proști în fața tinerilor. [88]
Site-uri tematice | ||||
---|---|---|---|---|
Dicționare și enciclopedii | ||||
Genealogie și necropole | ||||
|
Câștigători ai Premiului Nobel pentru Fizică în perioada 1901-1925 | |
---|---|
| |
|