Niels Bohr: Faktat ja asiaan liittyvä sisältö
Tunnetaan myös nimellä Niels Henrik David Bohr
Syntymä 7. lokakuuta 1885 • Kööpenhamina • Tanska
Kuoli 18. marraskuuta 1962 (77-vuotiaana) • Kööpenhamina • Tanska • (vuosipäivä 2 päivän päästä)
Palkinnot ja kunnianosoitukset Copley-mitali (1938) ) • Nobel-palkinto (1922)
Merkittävät perheenjäsenet poika Aage N. Bohr • veli Harald August Bohr
Opiskelukohteet Bohrin malli • atomi • atomimalli • atomiteoria • komplementaarisuusperiaate • vastaavuusperiaate • nestepisaramalli • kvantti
Suosituimmat kysymykset
Mikä oli Niels Bohrin tärkein löytö?
Niels Bohr ehdotti mallia atomista, jossa elektroni kykeni miehittämään vain tietyt kiertoradat ytimen ympärillä. Tämä atomimalli oli ensimmäinen, joka käytti kvanttiteoriaa siinä mielessä, että elektronit rajoittuivat tiettyihin kiertoradoihin ytimen ympärillä. Bohr käytti malliaan selittämään vedyn spektriviivoja.
Mikä oli Niels Bohrin atomimalli?
Niels Bohr mallinsi atomin elektroneilla, joilla voi olla vain tietyt vakaat radat . Tämä atomimalli oli ensimmäinen, joka sisälsi kvanttiteorian. Se, että elektronit saattoivat esiintyä vain tietyillä kiertoradoilla, selitti, miksi elementit, kuten vety, emittoivat ja absorboivat valoa tietyillä aallonpituuksilla. Niels Bohr, kokonaisuudessaan Niels Henrik David Bohr, (s. 7. lokakuuta 1885, Kööpenhamina, Tanska – kuoli 18. marraskuuta 1962, Kööpenhamina), tanskalainen fyysikko, jota pidetään yleisesti yhtenä 1900-luvun parhaista fyysikoista. Hän sovelsi ensimmäisenä kvanttikäsitettä, joka rajoittaa järjestelmän energian tiettyihin diskreetteihin arvoihin, atomi- ja molekyylirakenteen ongelmaan. Tästä työstä hän sai Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1922. Hänen moninaiset roolinsa kvanttifysiikan alkuperässä ja kehityksessä saattavat olla hänen tärkein panoksensa, mutta hänen pitkän uransa aikana hänen osallistumisensa oli huomattavasti laajempi sekä sisällä että ulkopuolella. fysiikka.
Varhainen elämä
Bohr oli toinen kolmesta lapsesta, jotka syntyivät ylemmän keskiluokan Kööpenhaminan perheeseen. Hänen äitinsä Ellen (os. Adler) oli tunnetun juutalaisen pankkiirin tytär. Hänen isänsä Christianista tuli fysiologian professori Kööpenhaminan yliopistossa, ja hänet nimitettiin kahdesti Nobel-palkinnon saajaksi. Ilmoittautuessaan Kööpenhaminan yliopistoon vuonna 1903 Bohr ei koskaan epäillyt, etteikö hän opiskelisi fysiikkaa. Alan tutkimus ja opetus tapahtui ammattikorkeakoulun ahtaissa tiloissa, jotka oli vuokrattu yliopistolle. Bohr väitteli tohtoriksi vuonna 1911 metallien elektroniteoriasta. 1. elokuuta 1912 Bohr meni naimisiin Margrethe Nørlundin kanssa, ja avioliitto osoittautui erityisen onnelliseksi. Margrethe oli koko elämänsä ajan hänen luotettavin neuvonantajansa. Heillä oli kuusi poikaa, joista neljäs, Aage N. Bohr, jakoi kolmanneksen vuoden 1975 fysiikan Nobelin palkinnosta tunnustuksena 1950-luvun alussa ehdotetusta atomiytimen kollektiivisesta mallista.
Bohrin atomimalli
Bohrin ensimmäinen panos esiin nousevaan uuteen kvanttifysiikan ideaan alkoi vuonna 1912, jolloin Englannissa tehtiin nykyään niin kutsuttua postdoc-tutkimusta Ernest Rutherfordin kanssa Manchesterin yliopistossa. Vasta vuotta aiemmin Rutherford ja hänen työtoverinsa olivat kokeellisesti todenneet, että atomi koostuu raskaasta positiivisesti varautuneesta ytimestä, jonka ympärillä kiertää huomattavasti kevyempiä negatiivisesti varautuneita elektroneja huomattavan etäisyyden päässä. Klassisen fysiikan mukaan tällainen järjestelmä olisi epävakaa, ja Bohr tunsi olevansa pakotettu olettamaan The Philosophical Magazinessa vuonna 1913 julkaistussa artikkelitrilogiassa, että elektronit voisivat miehittää vain tietyt kiertoradat, jotka määräytyvät toiminnan kvantin ja sähkömagneettisen säteilyn perusteella. atomista tapahtui vain, kun elektroni hyppäsi alhaisemman energian kiertoradalle. Vaikka Bohrin atomimalli oli radikaali ja useimpien fyysikojen tuolloin mahdoton hyväksyä, se kykeni ottamaan huomioon jatkuvasti kasvavan kokeellisen tiedon, joka tunnetusti alkoi vedyn emittoimasta spektriviivasarjasta.
Bohrin teoreettisen fysiikan instituutti
Keväällä 1916 Bohrille tarjottiin uutta professuuria Kööpenhaminan yliopistoon; Teoreettiselle fysiikalle omistettu se oli siellä toinen fysiikan professuuri. Koska fysiikkaa harjoitettiin edelleen ammattikorkeakoulun ahtaissa tiloissa, ei ole yllättävää, että Bohr kirjoitti jo keväällä 1917 tiedekunnalleen pitkän kirjeen, jossa hän pyysi Teoreettisen fysiikan instituutin perustamista. Uuden instituuttinsa avajaispuheessa 3. maaliskuuta 1921 hän korosti ensinnäkin, että kokeet ja kokeet olivat välttämättömiä teoreettisen fysiikan instituutissa teoreetikkojen väitteiden testaamiseksi. Toiseksi hän ilmaisi kunnianhimonsa tehdä uudesta instituutista paikka, jossa nuorempi fyysikkosukupolvi voisi ehdottaa uusia ideoita. Pienellä henkilökunnalla aloittanut Bohrin instituutti saavutti pian nämä tavoitteet korkeimmalla tasolla.
Nobel-palkinto
Bohr oli jo vuoden 1913 trilogiassaan pyrkinyt soveltamaan teoriaansa alkuaineiden jaksollisen taulukon ymmärtämiseen. Hän paransi tätä työnsä näkökohtaa 1920-luvun alkuun, jolloin hän oli kehittänyt monimutkaisen järjestelmän jaksollisen järjestelmän rakentamiseksi lisäämällä elektroneja peräkkäin atomiin hänen atomimallinsa mukaisesti. Kun Bohr sai Nobel-palkinnon työstään vuonna 1922, unkarilainen fysikaalinen kemisti Georg Hevesy yhdessä hollantilaisen fyysikon Dirk Costerin kanssa työskentelivät Bohrin instituutissa selvittääkseen kokeellisesti, että vielä löytämätön atomielementti 72 käyttäytyisi Bohrin teorian ennustama. He onnistuivat vuonna 1923, mikä osoitti sekä Bohrin teorian vahvuuden että käytännössä Bohrin sanojen totuuden instituutin avajaisissa kokeen tärkeästä roolista. Alkuaine sai nimekseen hafnium (latinaksi Kööpenhamina).
Kööpenhaminalainen kvanttimekaniikan tulkinta
Maailmansotien välisenä aikana Bohrin instituutissa työskennelleiden fyysikkojen keskuudessa “Kööpenhaminan henki” tuli kuvaamaan siellä vallitsevaa hyvin erityistä sosiaalista miljöötä, joka sisältää täysin epävirallisen ilmapiirin, mahdollisuuden keskustella fysiikasta välittämättä muista asioista, ja erityisen etuoikeutetuille ainutlaatuisen mahdollisuuden työskennellä Bohrin kanssa.
Siitä huolimatta. Hevesyn, Costerin ja muiden tekemässä tärkeässä kokeellisessa työssä teoreetikot johtivat tietä. Saksalainen Werner Heisenberg kehitti vuonna 1925 vallankumouksellisen kvanttimekaniikan, joka toisin kuin edeltäjänsä, niin sanottu “vanha kvanttiteoria”, joka pohjautui klassiseen fysiikkaan, muodosti täysin itsenäisen teorian. Lukuvuonna 1926–27 Heisenberg toimi Bohrin assistenttina Kööpenhaminassa, jossa hän muotoili kvanttimekaniikan seurauksena perustavanlaatuisen epävarmuusperiaatteen. Bohr, Heisenberg ja muutama muu kehittivät sitten kvanttimekaniikan Kööpenhaminan tulkintaa, joka edelleen tarjoaa käsitteellisen perustan teorialle. Kööpenhaminan tulkinnan keskeinen elementti on Bohrin täydentävyysperiaate, joka esiteltiin ensimmäisen kerran vuonna 1927 Comossa, Italiassa, pidetyssä konferenssissa. Täydentävyyden mukaan atomitasolla fysikaalinen ilmiö ilmaistaan eri tavalla sen havainnointiin käytetyn kokeellisen järjestelyn mukaan. Siten valo näkyy joskus aaltoina ja joskus hiukkasina. Täydellisen selityksen saamiseksi on otettava huomioon molemmat näkökohdat, jotka klassisen fysiikan mukaan ovat ristiriitaisia. Toinen jyrkkä fysiikan hahmo 1900-luvulla, Albert Einstein, ei koskaan hyväksynyt Kööpenhaminan tulkintaa ja julisti kuuluisasti sen todennäköisyyksiin perustuvia implikaatioita vastaan, että “Jumala ei pelaa noppaa”. Bohrin ja Einsteinin väliset keskustelut, erityisesti kahdessa tunnetussa Solvayn fysiikan konferenssisarjassa, vuosina 1927 ja 1930, muodostavat yhden 1900-luvun perustavanlaatuisimmista ja inspiroituneimmista fyysikkojen välisistä keskusteluista. Bohr työskenteli loppuelämänsä ajan yleistääkseen täydentävyyttä ohjaavana ajatuksena, joka soveltuu paljon fysiikan ulkopuolelle.
Ydinfysiikka
1930-luvun alussa Bohr löysi jälleen käyttöä hänen varainhankintakykynsä ja näkemyksensä hedelmällisestä teorian ja kokeilun yhdistelmästä. Hän ymmärsi varhain, että teoreettisen fysiikan tutkimusrintama oli siirtymässä atomin tutkimuksesta kokonaisuutena sen ytimen tutkimukseen. Bohr kääntyi Rockefeller-säätiön puoleen, jonka “kokeellinen biologia” -ohjelma oli suunniteltu parantamaan biotieteiden olosuhteita. Yhdessä Hevesyn ja tanskalaisen fysiologin August Kroghin kanssa Bohr haki tukea syklotronin – eräänlaisen hiukkaskiihdyttimen, jonka Ernest O. Lawrence keksi Yhdysvalloissa äskettäin – rakentamiseen keinona jatkaa biologisia tutkimuksia. Vaikka Bohr aikoi käyttää syklotronia ensisijaisesti ydinfysiikan tutkimuksiin, se voisi tuottaa myös orgaanisissa prosesseissa mukana olevien alkuaineiden isotooppeja, mikä mahdollisti erityisesti Hevesyn keksimän ja edistämän radioaktiivisen indikaattorin menetelmän laajentamisen biologisiin tarkoituksiin. Rockefeller-säätiön tuen lisäksi Bohrille myönnettiin tanskalaisista lähteistä varoja syklotroniin ja muihin ytimen tutkimiseen tarkoitettuihin laitteisiin.
Atomin halkaisu
Aivan kuten teorian ja kokeen läheinen yhteys oli osoittautunut hedelmälliseksi atomifysiikassa, niin nyt sama yhteys alkoi toimia hyvin myös ytimen tutkimuksessa. Näin ollen sen jälkeen kun saksalaiset fyysikot Otto Hahn ja Fritz Strassmann olivat vuoden 1938 lopulla tehneet odottamattoman ja selittämättömän kokeellisen löydön, että uraaniatomi voidaan jakaa kahteen suunnilleen yhtä suureen puolikkaaseen, kun sitä pommitetaan neutroneilla, teoreettinen selitys perustuu Bohrin äskettäin ehdottamaan teoriaan. yhdisteytimen ehdottivat kaksi Bohria lähellä olevaa itävaltalaista fyysikkoa – Lise Meitner ja hänen veljenpoikansa Otto Robert Frisch; Selitys vahvistettiin pian Meitnerin ja Frischin kokeissa instituutissa. Siihen mennessä, vuoden 1939 alussa, Bohr oli Yhdysvalloissa, missä kiivas kilpailu niin sanotun ytimen fission kokeellisen vahvistamiseksi alkoi sen jälkeen, kun uutiset saksalaisista kokeista ja niiden selityksistä olivat tulleet tunnetuiksi. Yhdysvalloissa Bohr teki uraauurtavaa työtä nuoremman amerikkalaisen kollegansa John Archibald Wheelerin kanssa Princetonin yliopistossa selittääkseen fissiota teoreettisesti.
Pakolaisten auttaminen
Bohr oli tuntenut seuraukset natsihallinnosta lähes heti kun Adolf Hitler nousi valtaan Saksassa vuonna 1933, koska monet hänen kollegoistaan siellä olivat juutalaista syntyperää ja menettivät työpaikkansa ilman näkemystä tulevaisuudesta kotimaassaan. Bohr käytti yhteyksiään vakiintuneisiin säätiöihin – sekä äskettäin perustettuun Tanskan pakolaisammattityöläisten tukikomiteaan, jonka johtokunnassa hän oli sen perustamisesta vuonna 1933 lähtien – saadakseen fyysikot pois Saksasta he viettävät jonkin aikaa Bohrin instituutissa ennen kuin he saivat vakituisen työpaikan muualle, useimmiten Yhdysvaltoihin.
Atomipommi
Fission löytämisen jälkeen Bohr oli akuuttisti tietoinen teoreettisesta mahdollisuudesta tehdä atomipommi. Kuitenkin, kuten hän ilmoitti luennoilla Tanskassa ja Norjassa juuri ennen Saksan miehitystä molemmissa maissa huhtikuussa 1940, hän piti käytännön vaikeuksia niin kohtuuttomana, että pommin toteuttaminen estyi ennen kuin sodan voitiin odottaa päättyvän. Vaikka Heisenberg Kööpenhaminan-vierailullaan vuonna 1941 kertoi Bohrille roolistaan saksalaisessa atomipommiprojektissa, Bohr ei horjunut tästä vakaumuksesta. Vuoden 1943 alussa Bohr sai brittiläiseltä kollegaltaan James Chadwickiltä salaisen viestin, jossa hän kutsui Bohrin mukaan Englantiin tekemään tärkeää tieteellistä työtä. Vaikka Chadwickin kirje oli epämääräisesti muotoiltu, Bohr ymmärsi heti, että työ liittyi atomipommin kehittämiseen. Bohr oli edelleen vakuuttunut tällaisen hankkeen mahdottomuudesta ja vastasi, että miehitetyssä Tanskassa häntä tarvitaan enemmän.
Syksyllä 1943 Tanskan poliittinen tilanne muuttui dramaattisesti sen jälkeen, kun Tanskan hallitus teki yhteistyötä Tanskan kanssa. Saksalaiset miehittäjät hajosivat. Saatuaan varoituksen välittömästä pidätyksestään Bohr pakeni perheineen veneellä kapean äänen yli Ruotsiin. Tukholmassa kutsu Englantiin toistettiin, ja Bohr tuotiin sotilaslentokoneella Skotlantiin ja sieltä Lontooseen. Vain muutamaa päivää myöhemmin hänen seuraansa liittyi hänen poikansa Aage, 21-vuotias aloitteleva fyysikko, joka toimi hänen isänsä välttämättömänä kaikulautana heidän ollessaan poissa Tanskasta. Kun Bohrille kerrottiin liittoutuneiden atomipommiprojektin tilasta saapuessaan Lontooseen, Bohr muutti heti mielensä sen toteutettavuudesta. Bohr oli huolissaan vastaavasta hankkeesta Saksassa, ja hän liittyi mielellään liittoutuneiden projektiin. Hän osallistui useiden viikkojen ajan kerrallaan atomipommin kehittämiseen Los Alamosissa, New Mexicossa, ja antoi merkittävän teknisen panoksen, erityisesti niin kutsutun plutoniumpommin aloitteentekijän suunnittelussa. Hänen tärkein tehtävänsä oli kuitenkin palvella J. Robert Oppenheimerin sanoin “tieteellisenä isänä tunnustajana nuoremmille miehille”.
“Avoin maailma”
Varhain maanpaossa Bohr vakuuttui siitä, että pommin olemassaolo ei “näyttäisi vain tarpeelliselta, vaan sen pitäisi myös, keskinäisen luottamuksen kiireellisyyden vuoksi, helpottaa uutta lähestymistapaa kansainvälisten suhteiden ongelmiin”. Ensimmäinen askel kohti sodanjälkeisen ydinasekilpailun välttämistä olisi tiedottaa hankkeesta sodan liittolaiselle, Neuvostoliitolle. Bohr aloitti yksinäisen kampanjan, jonka aikana hän jopa onnistui saamaan henkilökohtaisia haastatteluja Britannian pääministerin Winston Churchillin ja Yhdysvaltain presidentin Franklin D. Rooseveltin kanssa. Hän ei kuitenkaan pystynyt vakuuttamaan kumpaakaan näkemyksestään, vaan Churchill epäili häntä vakoilusta venäläisten hyväksi. Sodan jälkeen Bohr jatkoi tehtävässään, mitä hän kutsui “avoimeksi maailmaksi” kansojen välillä, jatkoi luottamuksellista yhteyttään valtiomiehiin ja kirjoitti avoimen kirjeen Yhdistyneille Kansakunnille vuonna 1950.
Bohr sai palata kotiin vasta sen jälkeen, kun atomipommi oli pudotettu Japaniin elokuussa 1945. Tanskassa häntä tervehdittiin sankarina, ja jotkut sanomalehdet jopa toivottivat hänet ylpeänä tanskalaisena, joka oli keksinyt atomipommin. Hän jatkoi instituutin johtamista ja laajentamista, ja hän oli keskeisessä asemassa sodanjälkeisessä fysiikan instituutioiden rakentamisessa. Kansallisessa mittakaavassa hän osallistui merkittävästi tutkimuslaitoksen perustamiseen Risöön, lähellä Roskildea, vain muutaman mailin päässä Kööpenhaminasta. Se perustettiin valmistelemaan ydinvoiman käyttöönottoa Tanskassa, jota ei kuitenkaan koskaan tapahtunut. Kansainvälisesti hän osallistui CERNin, eurooppalaisen kokeellisen hiukkasfysiikan laitoksen perustamiseen lähellä Geneveä Sveitsiin, sekä instituuttinsa viereen Pohjoismaiden atomifysiikan instituutin (Nordita) perustamiseen. Bohr jätti jälkeensä vertaansa vailla olevan tieteellisen perinnön sekä instituutin, joka on edelleen yksi johtavista teoreettisen fysiikan keskuksista maailmassa.