نیلز بور فیزیکدان و چهره عمومی دانمارکی، یکی از بنیانگذاران فیزیک مدرن است. او مؤسس و رئیس مؤسسه فیزیک نظری کپنهاگ، مؤسس مکتب علمی جهانی و همچنین عضو خارجی آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی بود. این مقاله به بررسی داستان زندگی نیلز بور و دستاوردهای اصلی او می پردازد.
شایستگی
فیزیکدان دانمارکی بور نیلز نظریه اتم را پایه گذاری کرد که بر اساس مدل سیاره ای اتم، مفاهیم کوانتومی و فرضیه های ارائه شده توسط شخص او است. علاوه بر این، بور به خاطر کار مهمش در مورد نظریه هسته اتم، واکنش های هسته ای و فلزات به یاد می آید. او یکی از شرکت کنندگان در ایجاد مکانیک کوانتومی بود. علاوه بر تحولات در زمینه فیزیک، بور صاحب تعدادی آثار در زمینه فلسفه و علوم طبیعی است. این دانشمند به طور فعال علیه تهدید اتمی مبارزه کرد. در سال 1922 به او جایزه نوبل اهدا شد.
کودکی
دانشمند آینده نیلز بور در ۷ اکتبر ۱۸۸۵ در کپنهاگ به دنیا آمد. پدرش کریستین، استاد فیزیولوژی در دانشگاه محلی بود و مادرش الن از یک خانواده ثروتمند یهودی بود. نیلز یک برادر کوچکتر به نام هارالد داشت. والدین سعی کردند دوران کودکی پسرانشان را شاد و پر حادثه کنند. مثبتتأثیر خانواده و به‌ویژه مادر، نقش عمده‌ای در رشد ویژگی‌های معنوی آنها داشت.
آموزش
بور تحصیلات ابتدایی خود را در مدرسه Gammelholm دریافت کرد. در سالهای تحصیلی، او به فوتبال و بعدها - اسکی و قایقرانی علاقه داشت. بور در بیست و سه سالگی از دانشگاه کپنهاگ فارغ التحصیل شد و در آنجا به عنوان یک فیزیکدان محقق با استعداد فوق العاده در نظر گرفته می شد. نیلز برای پروژه فارغ التحصیلی خود در مورد تعیین کشش سطحی آب با استفاده از ارتعاشات یک جت آب، مدال طلای آکادمی سلطنتی علوم دانمارک را دریافت کرد. فیزیکدان مشتاق بور نیلز پس از دریافت تحصیلات خود در دانشگاه کار کرد. او در آنجا مطالعات مهمی انجام داد. یکی از آنها به نظریه الکترونیکی کلاسیک فلزات اختصاص داشت و اساس پایان نامه دکتری بور را تشکیل داد.
فکر کردن خارج از چارچوب
یک روز، رئیس آکادمی سلطنتی، ارنست رادرفورد، توسط یکی از همکارانش از دانشگاه کپنهاگ درخواست کمک کرد. دومی قصد داشت به دانش‌آموزش کمترین نمره را بدهد، زیرا فکر می‌کرد مستحق نمره «عالی» است. هر دو طرف دعوا موافقت کردند که به نظر شخص ثالث، داور معینی که رادرفورد شد، تکیه کنند. با توجه به سوال امتحان، دانش آموز باید توضیح می داد که چگونه می توان از فشارسنج برای تعیین ارتفاع ساختمان استفاده کرد.
دانش آموز پاسخ داد که برای این کار باید یک فشارسنج را به یک طناب بلند ببندید، با آن به سقف ساختمان بروید، آن را روی زمین پایین بیاورید و طول طنابی را که پایین آمده اندازه بگیرید. از یک طرف جواب این بودکاملاً درست و کامل است، اما از طرف دیگر اشتراکات کمی با فیزیک داشت. سپس رادرفورد به دانش آموز پیشنهاد کرد که دوباره تلاش کند تا پاسخ دهد. او شش دقیقه به او وقت داد و هشدار داد که پاسخ باید درک قوانین فیزیکی را نشان دهد. رادرفورد پنج دقیقه بعد، پس از شنیدن اینکه از بین چندین راه حل از دانش آموز بهترین را انتخاب می کند، از او خواست که زودتر از موعد پاسخ دهد. این بار دانش آموز به آنها پیشنهاد کرد که با فشارسنج به پشت بام بروند، آن را به پایین پرتاب کنند، زمان سقوط را اندازه گیری کنند و با فرمول خاصی ارتفاع را دریابند. این پاسخ معلم را راضی کرد، اما او و رادرفورد نتوانستند لذت گوش دادن به بقیه نسخه‌های دانش‌آموز را انکار کنند.
روش بعدی بر اساس اندازه گیری ارتفاع سایه فشارسنج و ارتفاع سایه ساختمان و سپس حل نسبت بود. رادرفورد از این گزینه خوشش آمد و با اشتیاق از دانش آموز خواست تا روش های باقی مانده را برجسته کند. سپس دانش آموز ساده ترین گزینه را به او پیشنهاد داد. فقط باید فشارسنج را در مقابل دیوار ساختمان قرار داده و علامت گذاری کنید و سپس تعداد علامت ها را بشمارید و در طول فشارسنج ضرب کنید. دانش آموز معتقد بود که چنین پاسخ واضحی را قطعا نباید نادیده گرفت.
برای اینکه در نظر دانشمندان یک جوکر تلقی نشود، این دانش آموز پیچیده ترین گزینه را پیشنهاد کرد. او با بستن یک ریسمان به فشارسنج، گفت، باید آن را در پایه ساختمان و روی سقف آن بچرخانید و قدر گرانش را اندازه بگیرید. از تفاوت بین داده های دریافتی در صورت تمایل می توان به ارتفاع آن پی برد. علاوه بر این، با چرخاندن یک آونگ روی یک ریسمان از سقف یک ساختمان، می توان ارتفاع را از دوره تقدم تعیین کرد.
بالاخره یک دانش آموزپیشنهاد داد که مدیر ساختمان را پیدا کند و در ازای یک فشارسنج فوق العاده، ارتفاع را از او بفهمد. رادرفورد پرسید که آیا دانش آموز واقعاً راه حل پذیرفته شده برای مشکل را نمی داند؟ او آنچه را که می دانست پنهان نکرد، اما اعتراف کرد که از تحمیل طرز تفکر خود توسط معلمان به دانش آموزان، در مدرسه و دانشگاه و رد راه حل های غیر استاندارد آنها به ستوه آمده است. همانطور که احتمالا حدس زدید، آن دانش آموز نیلز بور بود.
انتقال به انگلستان
پس از سه سال کار در دانشگاه، بور به انگلستان نقل مکان کرد. سال اول او در کمبریج با جوزف تامسون کار کرد، سپس به ارنست رادرفورد در منچستر نقل مکان کرد. آزمایشگاه رادرفورد در آن زمان برجسته ترین آزمایشگاه محسوب می شد. اخیراً آزمایشاتی در آن انجام شد که منجر به کشف مدل سیاره ای اتم شد. به‌طور دقیق‌تر، این مدل در آن زمان هنوز در مراحل ابتدایی خود بود.
آزمایشات روی عبور ذرات آلفا از فویل به رادرفورد اجازه داد تا متوجه شود که در مرکز اتم یک هسته باردار کوچک وجود دارد که تقریباً کل جرم اتم را تشکیل می دهد و الکترون های نور در اطراف آن قرار دارند. آی تی. از آنجایی که اتم از نظر الکتریکی خنثی است، مجموع بارهای الکترون ها باید برابر مدول بار هسته باشد. این نتیجه گیری که بار هسته مضربی از بار الکترون است در این مطالعه مرکزی بود، اما تاکنون نامشخص مانده است. در عوض، ایزوتوپ‌ها شناسایی شده‌اند - موادی که خواص شیمیایی یکسانی دارند اما جرم‌های اتمی متفاوتی دارند.
تعداد اتمی عناصر. قانون جابجایی
با کار در آزمایشگاه رادرفورد، بور متوجه شد که خواص شیمیایی به تعداد بستگی دارد.الکترون های یک اتم، یعنی از بار آن، نه جرم، که وجود ایزوتوپ ها را توضیح می دهد. این اولین دستاورد بزرگ بور در این آزمایشگاه بود. از آنجایی که ذره آلفا خود را به یک هسته هلیوم با بار 2 + متصل می کند، در طول واپاشی آلفا (ذره از هسته خارج می شود)، عنصر "کودک" در جدول تناوبی باید دو سلول به سمت چپ قرار گیرد تا " مادر» و در حین واپاشی بتا (الکترون از هسته خارج می شود) - یک سلول به سمت راست. اینگونه بود که "قانون جابجایی های رادیواکتیو" شکل گرفت. علاوه بر این، فیزیکدان دانمارکی اکتشافات مهم تری انجام داد که مربوط به مدل اتم بود.
مدل رادرفورد-بور
این مدل سیاره ای نیز نامیده می شود، زیرا در آن الکترون ها مانند سیارات اطراف خورشید به دور هسته می چرخند. این مدل مشکلات زیادی داشت. واقعیت این است که اتم موجود در آن به طرز فاجعه باری ناپایدار بود و انرژی خود را در صد میلیونیم ثانیه از دست داد. در واقعیت، این اتفاق نیفتاد. مشکلی که به وجود آمد غیر قابل حل به نظر می رسید و نیازمند رویکردی کاملاً جدید بود. اینجاست که فیزیکدان دانمارکی بور نیلز خود را ثابت کرد.
بور پیشنهاد کرد که برخلاف قوانین الکترودینامیک و مکانیک، مدارهایی در اتم‌ها وجود دارد که در امتداد آنها الکترون‌ها تابش نمی‌کنند. یک مدار در صورتی پایدار است که تکانه زاویه ای یک الکترون واقع در آن برابر با نصف ثابت پلانک باشد. تابش اتفاق می افتد، اما فقط در لحظه انتقال یک الکترون از یک مدار به مدار دیگر. تمام انرژی که در این حالت آزاد می شود توسط کوانتوم تابشی منتقل می شود. انرژی چنین کوانتومی برابر با حاصل ضرب فرکانس چرخش و ثابت پلانک یا تفاوت بین اولیه وانرژی نهایی الکترون بنابراین، بور کار رادرفورد و ایده کوانتا را که توسط ماکس پلانک در سال 1900 ارائه شد، ترکیب کرد. چنین اتحادی با تمام مفاد نظریه سنتی در تضاد بود و در عین حال آن را به طور کامل رد نمی کرد. الکترون به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفته می شد که طبق قوانین کلاسیک مکانیک حرکت می کند، اما فقط مدارهایی که "شرایط کوانتیزاسیون" را برآورده می کنند "مجاز" هستند. در چنین مدارهایی، انرژی یک الکترون با مجذورات اعداد مدار نسبت معکوس دارد.
اشتقاق از "قاعده فرکانس"
بر اساس "قاعده فرکانس ها"، بور به این نتیجه رسید که فرکانس های تابش با تفاوت بین مربع های معکوس اعداد صحیح متناسب است. پیش از این، این الگو توسط طیف سنجی ها ایجاد شده بود، اما توضیح نظری پیدا نکرد. نظریه نیلز بور توضیح طیف نه تنها هیدروژن (ساده ترین اتم)، بلکه هلیوم، از جمله یونیزه شده را نیز ممکن ساخت. این دانشمند تأثیر حرکت هسته را نشان داد و نحوه پر شدن لایه های الکترونی را پیش بینی کرد که این امکان را فراهم کرد تا ماهیت فیزیکی تناوب عناصر در سیستم مندلیف را آشکار کند. برای این تحولات، بور در سال 1922 جایزه نوبل را دریافت کرد.
موسسه بور
پس از اتمام کار رادرفورد، فیزیکدان شناخته شده بور نیلز به میهن خود بازگشت، جایی که در سال 1916 به عنوان استاد در دانشگاه کپنهاگ دعوت شد. دو سال بعد، او به عضویت انجمن سلطنتی دانمارک درآمد (در سال 1939، دانشمند ریاست آن را بر عهده گرفت).
در سال 1920، بور مؤسسه نظری را تأسیس کردفیزیک و رهبر آن شد. مقامات کپنهاگ، به منظور شناخت شایستگی های این فیزیکدان، ساختمان تاریخی "خانه آبجو" را برای موسسه در اختیار او قرار دادند. مؤسسه تمام انتظارات را برآورده کرد و نقش برجسته ای در توسعه فیزیک کوانتوم ایفا کرد. شایان ذکر است که ویژگی های شخصی بور نقش تعیین کننده ای در این امر ایفا کرد. او خود را با کارمندان و دانش آموزان با استعدادی احاطه کرد که مرزهای بین آنها اغلب نامرئی بود. مؤسسه بور بین المللی بود، مردم سعی می کردند از همه جا به آن بیفتند. از افراد مشهور مکتب بور می توان به موارد زیر اشاره کرد: F. Bloch، W. Weisskopf، H. Casimir، O. Bora، L. Landau، J. Wheeler و بسیاری دیگر.
دانشمند آلمانی ورنه هایزنبرگ بیش از یک بار از بور بازدید کرد. در زمانی که «اصل عدم قطعیت» ایجاد شد، اروین شرودینگر، که از طرفداران دیدگاه صرفاً موجی بود، با بور گفتگو کرد. پایه و اساس یک فیزیک کیفی جدید قرن بیستم در خانه بروئر سابق شکل گرفت که یکی از چهره های کلیدی آن نیلز بور بود.
مدل اتم ارائه شده توسط دانشمند دانمارکی و مربی او رادرفورد ناسازگار بود. این فرضیه‌های نظریه کلاسیک و فرضیه‌هایی را که به وضوح با آن در تضاد بودند، متحد کرد. برای از بین بردن این تناقضات، لازم بود مفاد اصلی نظریه به طور اساسی تجدید نظر شود. شایستگی های مستقیم بور، اقتدار او در محافل علمی و صرفاً تأثیر شخصی نقش مهمی در این مسیر ایفا کرد. کار نیلز بور نشان داد که برای به دست آوردن یک تصویر فیزیکی از دنیای خرد، رویکردی که با موفقیت برای "دنیای چیزهای بزرگ" استفاده می شود مناسب نیستیکی از پایه گذاران این رویکرد این دانشمند مفاهیمی مانند "تاثیر کنترل نشده روش های اندازه گیری" و "مقدارهای اضافی" را معرفی کرد.
نظریه کوانتومی کپنهاگ
تفسیر احتمالی (معروف به کپنهاگ) نظریه کوانتومی، و همچنین مطالعه "پارادوکس های" فراوان آن، با نام دانشمند دانمارکی مرتبط است. در اینجا نقش مهمی را بحث بور با آلبرت انیشتین ایفا کرد که فیزیک کوانتومی بور را در تفسیر احتمالی دوست نداشت. «اصل مطابقت» که توسط دانشمند دانمارکی فرموله شد، نقش مهمی در درک الگوهای کیهان خرد و تعامل آنها با فیزیک کلاسیک (غیر کوانتومی) ایفا کرد.
موضوع هسته ای
با شروع مطالعه فیزیک هسته ای زیر نظر رادرفورد، بور توجه زیادی به موضوعات هسته ای داشت. او در سال 1936 تئوری هسته مرکب را ارائه کرد که به زودی مدل قطره ای را به وجود آورد که نقش مهمی در مطالعه شکافت هسته ای داشت. به ویژه، بور شکافت خود به خودی هسته های اورانیوم را پیش بینی کرد.
هنگامی که نازی ها دانمارک را تصرف کردند، دانشمند مخفیانه به انگلستان و سپس به آمریکا برده شد، جایی که او به همراه پسرش Oge در پروژه منهتن در لوس آلاموس کار کردند. در سالهای پس از جنگ، بور زمان زیادی را به مسائل مربوط به کنترل سلاح‌های هسته‌ای و استفاده صلح‌آمیز از اتم اختصاص داد. او در ایجاد مرکز تحقیقات هسته‌ای در اروپا مشارکت داشت و حتی ایده‌های خود را به سازمان ملل متمایل کرد. بر اساس این واقعیت که بور از بحث در مورد برخی از جنبه های "پروژه هسته ای" با فیزیکدانان شوروی خودداری نکرد، او آن را خطرناک دانست.داشتن انحصار سلاح های هسته ای.
سایر زمینه های دانش
علاوه بر این، نیلز بور، که زندگی نامه اش رو به پایان است، به مسائل مربوط به فیزیک، به ویژه زیست شناسی نیز علاقه مند بود. او همچنین به فلسفه علوم طبیعی علاقه مند بود.
یک دانشمند برجسته دانمارکی در 18 اکتبر 1962 در کپنهاگ بر اثر حمله قلبی درگذشت.
نتیجه گیری
نیلز بور، که اکتشافات او مطمئناً فیزیک را تغییر داد، از قدرت علمی و اخلاقی بزرگی برخوردار بود. ارتباط با او، حتی زودگذر، تأثیری غیرقابل حذف بر طرفین گذاشت. گفتار و نوشتار بور نشان می داد که او با دقت کلمات خود را انتخاب می کرد تا افکار خود را تا حد امکان دقیق نشان دهد. ویتالی گینزبورگ، فیزیکدان روسی، بور را فوق العاده ظریف و خردمند خواند.
