Niels Bohr on Taani füüsik ja avaliku elu tegelane, üks kaasaegse füüsika rajajaid. Ta oli Kopenhaageni Teoreetilise Füüsika Instituudi asutaja ja juht, maailma teadusliku koolkonna rajaja, samuti NSVL Teaduste Akadeemia välisliige. Selles artiklis käsitletakse Niels Bohri elulugu ja tema peamisi saavutusi.
Merit
Taani füüsik Bohr Niels pani aluse aatomiteooriale, mis põhineb aatomi planetaarsel mudelil, kvantkontseptsioonidel ja tema isiklikult välja pakutud postulaatidel. Lisaks mäletatakse Bohri tema olulise töö eest aatomituuma, tuumareaktsioonide ja metallide teooria alal. Ta oli üks kvantmehaanika loomisel osalejatest. Lisaks arengutele füüsika vallas kuulub Bohrile hulk filosoofia- ja loodusteaduslikke teoseid. Teadlane võitles aktiivselt aatomiohu vastu. 1922. aastal pälvis ta Nobeli preemia.
Lapsepõlv
Tulevane teadlane Niels Bohr sündis Kopenhaagenis 7. oktoobril 1885. aastal. Tema isa Christian oli kohaliku ülikooli füsioloogiaprofessor ja ema Ellen oli pärit jõukast juudi perekonnast. Nielsil oli noorem vend Harald. Vanemad püüdsid muuta oma poegade lapsepõlve rõõmsaks ja sündmusterohkeks. positiivneperekonna ja eriti ema mõju mängis nende vaimsete omaduste kujunemisel suurt rolli.
Haridus
Bohr sai alghariduse Gammelholmi koolis. Kooliajal meeldis talle jalgpall, hiljem suusatamine ja purjetamine. Kahekümne kolmeaastaselt lõpetas Bohr Kopenhaageni ülikooli, kus teda peeti erakordselt andekaks teadusfüüsikuks. Niels pälvis Taani Kuningliku Teaduste Akadeemia kuldmedali oma lõputöö eest vee pindpinevuse määramise kohta veejoa vibratsiooni abil. Pärast hariduse omandamist jäi füüsikuks pürgiv Bor Niels ülikooli tööle. Seal viis ta läbi mitmeid olulisi uuringuid. Üks neist oli pühendatud klassikalisele metallide elektroonilisele teooriale ja oli Bohri doktoritöö aluseks.
Kastist väljas mõtlemine
Ühel päeval palus kolleeg Kopenhaageni ülikoolist abi Kuningliku Akadeemia presidendilt Ernest Rutherfordilt. Viimane kavatses anda oma õpilasele madalaima hinde, kui ta arvas, et väärib hinnet "suurepärane". Mõlemad vaidluse pooled nõustusid tuginema kolmanda osapoole, teatud vahekohtuniku arvamusele, kellest sai Rutherford. Eksamiküsimuse kohaselt pidi õpilane selgitama, kuidas saab baromeetri abil määrata hoone kõrgust.
Õpilane vastas, et selleks on vaja siduda baromeeter pika köie külge, ronida sellega hoone katusele, langetada see maapinnale ja mõõta alla läinud köie pikkus. Ühest küljest oli vastustäiesti tõene ja täielik, kuid teisest küljest oli sellel vähe ühist füüsikaga. Seejärel soovitas Rutherford õpilasel uuesti vastata. Ta andis talle kuus minutit ja hoiatas, et vastus peaks illustreerima füüsikaseaduste mõistmist. Viis minutit hiljem, kuuldes õpilaselt, et ta valib mitme lahenduse hulgast parima, palus Rutherford tal vastata enne tähtaega. Seekord tegi õpilane ettepaneku minna baromeetriga katusele, visata see alla, mõõta kukkumise aeg ja spetsiaalse valemi abil uurida kõrgust. See vastus rahuldas õpetajat, kuid tema ja Rutherford ei saanud keelata endale naudingut kuulata õpilase ülejäänud versioone.
Järgmine meetod põhines baromeetri varju kõrguse ja hoone varju kõrguse mõõtmisel ning seejärel proportsioonide lahendamisel. Rutherfordile see variant meeldis ja ta palus entusiastlikult õpilasel ülejäänud meetodid esile tõsta. Siis pakkus õpilane talle kõige lihtsama variandi. Tuli lihts alt panna baromeeter vastu hoone seina ja teha märgid ning seejärel lugeda märkide arv ja korrutada need baromeetri pikkusega. Õpilane uskus, et sellist ilmset vastust ei tohiks kindlasti kahe silma vahele jätta.
Et teda teadlaste silmis naljameheks ei peetaks, pakkus tudeng välja kõige keerukama variandi. Olles baromeetri külge nööri sidunud, ütles ta, et peate seda hoone aluse ja selle katusel kiigutama, mõõtes gravitatsiooni suurust. Saadud andmete erinevusest saab soovi korral teada kõrguse. Lisaks saab hoone katuselt nööril pendlit õõtsudes määrata kõrguse pretsessiooniperioodist.
Lõpuks tudengpakkus, et otsib üles maja haldaja ja vastutasuks imelise baromeetri eest uurib tem alt kõrgust. Rutherford küsis, kas tudeng tõesti ei tea probleemi üldtunnustatud lahendust. Ta ei varjanud, mida ta teadis, kuid tunnistas, et tal on kõrini sellest, kuidas õpetajad koolis ja kõrgkoolis õpilastele oma mõtteviisi peale suruvad ning ebastandardsete lahenduste tagasilükkamisest. Nagu arvatavasti arvasite, oli see õpilane Niels Bohr.
Kolib Inglismaale
Pärast kolmeaastast ülikoolis töötamist kolis Bohr Inglismaale. Esimesel aastal töötas ta Cambridge'is koos Joseph Thomsoniga, seejärel kolis Manchesteri Ernest Rutherfordi juurde. Rutherfordi laboratooriumit peeti sel ajal kõige silmapaistvamaks. Hiljuti viidi selles läbi katsed, mille tulemusel avastati aatomi planeetide mudel. Täpsem alt oli mudel siis veel lapsekingades.
Alfaosakeste fooliumi läbimise katsed võimaldasid Rutherfordil mõista, et aatomi keskmes on väike laetud tuum, mis ei moodusta peaaegu kogu aatomi massi, ja valguse elektronid paiknevad selle ümber. seda. Kuna aatom on elektriliselt neutraalne, peab elektronide laengute summa olema võrdne tuuma laengu mooduliga. Järeldus, et tuuma laeng on elektroni laengu kordne, oli selles uuringus kesksel kohal, kuid jäi seni ebaselgeks. Selle asemel on tuvastatud isotoobid – ained, millel on samad keemilised omadused, kuid erinev aatommass.
Elementide aatomarv. Nihkeseadus
Rutherfordi laboris töötades mõistis Bohr, et keemilised omadused sõltuvad arvustelektronid aatomis, st selle laengust, mitte massist, mis seletab isotoopide olemasolu. See oli Bohri esimene suurem saavutus selles laboris. Kuna alfaosake kinnitub heeliumi tuumale laenguga +2, siis alfa lagunemise ajal (osake lendab tuumast välja), tuleks perioodilisuse tabeli element “laps” paigutada kaks lahtrit vasakule kui “ema”, ja beeta-lagunemise ajal (elektron lendab tuumast välja) - üks rakk paremale. Nii kujunes välja "radioaktiivsete nihkete seadus". Lisaks tegi Taani füüsik mitmeid olulisemaid avastusi, mis puudutasid aatomi mudelit.
Rutherford-Bohri mudel
Seda mudelit nimetatakse ka planetaarseks, kuna selles tiirlevad elektronid ümber tuuma, täpselt nagu planeedid ümber Päikese. Sellel mudelil oli mitmeid probleeme. Fakt on see, et selles olev aatom oli katastroofiliselt ebastabiilne ja kaotas energia saja miljondiku sekundiga. Tegelikkuses seda ei juhtunud. Tekkinud probleem tundus olevat lahendamatu ja nõudis radikaalselt uut lähenemist. Siin tõestas end Taani füüsik Bor Niels.
Bohr väitis, et vastupidiselt elektrodünaamika ja mehaanika seadustele eksisteerivad aatomites orbiidid, mida mööda elektronid ei kiirga. Orbiit on stabiilne, kui sellel asuva elektroni nurkimpulss on võrdne poolega Plancki konstandist. Kiirgus tekib, kuid ainult elektroni ülemineku hetkel ühelt orbiidilt teisele. Kogu energia, mis sel juhul vabaneb, kannab ära kiirguskvant. Sellise kvanti energia on võrdne pöörlemissageduse ja Plancki konstandi korrutisega ehk erinevusega alg- jaelektroni lõppenergia. Nii ühendas Bohr Rutherfordi töö ja kvantide idee, mille pakkus välja Max Planck 1900. aastal. Selline liit oli vastuolus traditsioonilise teooria kõigi sätetega ja samal ajal ei lükanud seda täielikult tagasi. Elektroni peeti materiaalseks punktiks, mis liigub vastav alt klassikalistele mehaanikaseadustele, kuid "lubatud" on ainult need orbiidid, mis vastavad "kvantimistingimustele". Sellistel orbiitidel on elektronide energiad pöördvõrdelised orbiidiarvude ruutudega.
Tuletus "sagedusreeglist"
Tuginedes "sageduste reeglile", järeldas Bohr, et kiirguse sagedused on võrdelised täisarvude pöördruutude erinevusega. Varem kehtestasid selle mustri spektroskoopid, kuid ei leidnud teoreetilist seletust. Niels Bohri teooria võimaldas seletada mitte ainult vesiniku (lihtsaim aatomitest), vaid ka heeliumi, sealhulgas ioniseeritud heeliumi spektrit. Teadlane illustreeris tuuma liikumise mõju ja ennustas, kuidas elektronkestad täituvad, mis võimaldas paljastada Mendelejevi süsteemi elementide perioodilisuse füüsikalise olemuse. Nende arengute eest pälvis Bohr 1922. aastal Nobeli preemia.
Bohri Instituut
Pärast Rutherfordi töö lõpetamist naasis juba tunnustatud füüsik Bohr Niels kodumaale, kuhu ta kutsuti 1916. aastal Kopenhaageni ülikooli professoriks. Kaks aastat hiljem sai temast Taani Kuningliku Seltsi liige (1939. aastal juhtis seda teadlane).
1920. aastal asutas Bohr Teoreetilise Instituudifüüsika ja sai selle juhiks. Kopenhaageni võimud andsid füüsiku teenete tunnustamiseks talle instituudi jaoks ajaloolise "Õllepruulimaja" hoone. Instituut täitis kõik ootused, mängides silmapaistvat rolli kvantfüüsika arendamisel. Väärib märkimist, et Bohri isikuomadused mängisid selles otsustavat rolli. Ta ümbritses end andekate töötajate ja õpilastega, kelle vahel olid piirid sageli nähtamatud. Bohri Instituut oli rahvusvaheline, sinna üritati ig alt poolt kukkuda. Bohri koolkonna kuulsate inimeste hulka kuuluvad: F. Bloch, W. Weisskopf, H. Casimir, O. Bora, L. Landau, J. Wheeler ja paljud teised.
Saksa teadlane Werne Heisenberg külastas Bohri rohkem kui korra. Ajal, mil “määramatuse printsiipi” hakati looma, arutles Bohriga Erwin Schrödinger, kes oli puht alt lainelise vaatenurga pooldaja. Kahekümnenda sajandi kvalitatiivselt uue füüsika alus loodi endises Breweri majas, mille üks võtmeisikuid oli Niels Bohr.
Taani teadlase ja tema mentori Rutherfordi pakutud aatomimudel oli ebajärjekindel. See ühendas klassikalise teooria postulaadid ja sellega selgelt vastuolus olevad hüpoteesid. Nende vastuolude kõrvaldamiseks oli vaja põhjalikult revideerida teooria põhisätted. Selles suunas mängisid olulist rolli Bohri otsesed teened, autoriteet teadusringkondades ja lihts alt isiklik mõju. Niels Bohri töö näitas, et mikromaailmast füüsilise pildi saamiseks ei sobi "suurte asjade maailma" jaoks eduk alt kasutatav lähenemine ja see saiüks selle lähenemisviisi rajajaid. Teadlane võttis kasutusele sellised mõisted nagu "mõõtmisprotseduuride kontrollimatu mõju" ja "lisakogused".
Kopenhaageni kvantteooria
Taani teadlase nimega seostatakse kvantteooria tõenäosuslikku (ehk Kopenhaageni) tõlgendust, aga ka selle paljude "paradokside" uurimist. Olulist rolli mängis siin Bohri arutelu Albert Einsteiniga, kellele Bohri kvantfüüsika tõenäosuslikus tõlgenduses ei meeldinud. Taani teadlase sõnastatud „vastavusprintsiip“mängis olulist rolli mikrokosmose mustrite mõistmisel ja nende vastasmõjul klassikalise (mitte-kvant)füüsikaga.
Tuumateema
Rutherfordi käe all tuumafüüsikat õppima asudes pööras Bohr palju tähelepanu tuumateemadele. 1936. aastal pakkus ta välja liittuuma teooria, millest peagi sündis tilgamudel, mis mängis olulist rolli tuuma lõhustumise uurimisel. Eelkõige ennustas Bohr uraani tuumade spontaanset lõhustumist.
Kui natsid Taani vallutasid, viidi teadlane salaja Inglismaale ja seejärel Ameerikasse, kus ta töötas koos oma poja Ogega Los Alamoses Manhattani projekti kallal. Sõjajärgsetel aastatel pühendas Bohr palju aega tuumarelvade kontrolli ja aatomite rahumeelse kasutamise küsimustele. Ta osales Euroopa tuumauuringute keskuse loomisel ja pöördus oma ideedega isegi ÜRO poole. Lähtudes asjaolust, et Bohr ei keeldunud nõukogude füüsikutega "tuumaprojekti" teatud aspekte arutamast, pidas ta seda ohtlikuks.tuumarelvade monopoolne omamine.
Muud teadmisvaldkonnad
Lisaks tundsid Niels Bohri, kelle elulugu on lõppemas, huvi ka füüsika, eriti bioloogiaga seotud küsimuste vastu. Teda huvitas ka loodusteaduste filosoofia.
Silmapaistev Taani teadlane suri 18. oktoobril 1962 Kopenhaagenis südamerabandusse.
Järeldus
Niels Bohr, kelle avastused muutsid kindlasti füüsikat, nautis suurt teaduslikku ja moraalset autoriteeti. Suhtlemine temaga, isegi põgus, jättis vestluskaaslastele kustumatu mulje. Bohri kõne ja kirjutis näitasid, et ta valis sõnu hoolik alt, et oma mõtteid võimalikult täpselt illustreerida. Vene füüsik Vitali Ginzburg nimetas Bohri uskumatult õrnaks ja targaks.
