Niels Bohr is een Deense natuurkundige en publieke figuur, een van de grondleggers van de moderne natuurkunde. Hij was de oprichter en hoofd van het Copenhagen Institute for Theoretical Physics, de oprichter van de wetenschappelijke wereldschool, en ook een buitenlands lid van de USSR Academy of Sciences. Dit artikel bespreekt het levensverhaal van Niels Bohr en zijn belangrijkste prestaties.
Verdienste
Deense natuurkundige Bohr Niels richtte de theorie van het atoom op, die is gebaseerd op het planetaire model van het atoom, kwantumconcepten en postulaten die door hem persoonlijk zijn voorgesteld. Bovendien wordt Bohr herinnerd voor zijn belangrijke werk over de theorie van de atoomkern, kernreacties en metalen. Hij was een van de deelnemers aan de totstandkoming van de kwantummechanica. Naast ontwikkelingen op het gebied van natuurkunde bezit Bohr een aantal werken over filosofie en natuurwetenschappen. De wetenschapper vocht actief tegen de atomaire dreiging. In 1922 kreeg hij de Nobelprijs.
Kindertijd
De toekomstige wetenschapper Niels Bohr werd op 7 oktober 1885 in Kopenhagen geboren. Zijn vader, Christian, was een professor in de fysiologie aan een plaatselijke universiteit, en zijn moeder, Ellen, kwam uit een rijke joodse familie. Niels had een jongere broer, Harald. Ouders probeerden de jeugd van hun zonen gelukkig en veelbewogen te maken. positiefde invloed van het gezin, en in het bijzonder de moeder, speelde een grote rol bij de ontwikkeling van hun spirituele kwaliteiten.
Onderwijs
Bohr ontving zijn lager onderwijs aan de Gammelholm School. Tijdens zijn schooljaren was hij dol op voetbal en later - skiën en zeilen. Op drieëntwintigjarige leeftijd studeerde Bohr af aan de Universiteit van Kopenhagen, waar hij werd beschouwd als een buitengewoon begaafde onderzoeksfysicus. Voor zijn afstudeerproject over de bepaling van de oppervlaktespanning van water met behulp van de trillingen van een waterstraal, ontving Niels een gouden medaille van de Koninklijke Deense Academie van Wetenschappen. Na zijn opleiding te hebben genoten, bleef de aspirant-fysicus Bor Niels aan de universiteit werken. Daar voerde hij een aantal belangrijke studies uit. Een ervan was gewijd aan de klassieke elektronische theorie van metalen en vormde de basis van Bohrs proefschrift.
Outside the box denken
Op een dag werd de president van de Koninklijke Academie, Ernest Rutherford, om hulp gevraagd door een collega van de Universiteit van Kopenhagen. De laatste was van plan zijn leerling het laagste cijfer te geven, terwijl hij vond dat hij een "uitstekend" cijfer verdiende. Beide partijen bij het geschil kwamen overeen te vertrouwen op de mening van een derde partij, een zekere arbiter, die Rutherford werd. Volgens de examenvraag moest de student uitleggen hoe een barometer kan worden gebruikt om de hoogte van een gebouw te bepalen.
De student antwoordde dat je hiervoor een barometer aan een lang touw moet binden, ermee naar het dak van het gebouw moet klimmen, het op de grond moet laten zakken en de lengte van het touw moet meten dat naar beneden is gegaan. Aan de ene kant was het antwoord:absoluut waar en volledig, maar aan de andere kant had het weinig gemeen met de natuurkunde. Toen stelde Rutherford voor dat de student opnieuw zou proberen te antwoorden. Hij gaf hem zes minuten en waarschuwde dat het antwoord een begrip van natuurkundige wetten zou moeten illustreren. Vijf minuten later, nadat hij van de student had gehoord dat hij de beste van verschillende oplossingen koos, vroeg Rutherford hem eerder dan gepland te antwoorden. Deze keer stelde de student voor om met een barometer naar het dak te gaan, deze naar beneden te gooien, de tijd van de val te meten en, met behulp van een speciale formule, de hoogte te bepalen. Dit antwoord bevredigde de leraar, maar hij en Rutherford konden zichzelf niet het plezier ontzeggen om naar de rest van de versies van de leerling te luisteren.
De volgende methode was gebaseerd op het meten van de hoogte van de schaduw van de barometer en de hoogte van de schaduw van het gebouw, en vervolgens het oplossen van de verhouding. Rutherford hield van deze optie en hij vroeg de student enthousiast om de resterende methoden te benadrukken. Toen bood de student hem de eenvoudigste optie aan. Je hoefde alleen maar de barometer tegen de muur van het gebouw te plaatsen en markeringen te maken, en dan het aantal markeringen te tellen en ze te vermenigvuldigen met de lengte van de barometer. De student vond dat zo'n voor de hand liggend antwoord zeker niet over het hoofd mocht worden gezien.
Om in de ogen van wetenschappers niet als een grappenmaker te worden beschouwd, stelde de student de meest geavanceerde optie voor. Nadat hij een touwtje aan de barometer had vastgemaakt, zei hij, moet je het aan de basis van het gebouw en op het dak zwaaien om de grootte van de zwaartekracht te meten. Uit het verschil tussen de ontvangen gegevens kunt u, indien gewenst, de hoogte achterhalen. Door een slinger aan een touwtje vanaf het dak van een gebouw te laten zwaaien, kan men bovendien de hoogte bepalen uit de precessieperiode.
Eindelijk een studentbood aan de beheerder van het gebouw te zoeken en, in ruil voor een prachtige barometer, de hoogte van hem te achterhalen. Rutherford vroeg of de student de algemeen aanvaarde oplossing voor het probleem echt niet kende. Hij verborg niet wat hij wist, maar gaf toe dat hij genoeg had van het opleggen van zijn manier van denken door leraren aan studenten, op school en op de universiteit, en hun afwijzing van niet-standaard oplossingen. Zoals je waarschijnlijk al geraden had, was die student Niels Bohr.
Verhuizen naar Engeland
Na drie jaar aan de universiteit te hebben gewerkt, verhuisde Bohr naar Engeland. Het eerste jaar werkte hij in Cambridge met Joseph Thomson, daarna verhuisde hij naar Ernest Rutherford in Manchester. Het laboratorium van Rutherford werd destijds als het meest opvallende beschouwd. Onlangs werden er experimenten in uitgevoerd die aanleiding gaven tot de ontdekking van het planetaire model van het atoom. Om precies te zijn, het model stond toen nog in de kinderschoenen.
Experimenten met de passage van alfadeeltjes door de folie hebben Rutherford in staat gesteld te beseffen dat er in het centrum van het atoom een kleine geladen kern is, die nauwelijks de hele massa van het atoom uitmaakt, en dat er zich lichte elektronen rond bevinden het. Aangezien het atoom elektrisch neutraal is, moet de som van de ladingen van de elektronen gelijk zijn aan de modulus van de lading van de kern. De conclusie dat de lading van de kern een veelvoud is van de lading van het elektron stond centraal in dit onderzoek, maar bleef tot dusver onduidelijk. In plaats daarvan zijn isotopen geïdentificeerd - stoffen met dezelfde chemische eigenschappen maar met verschillende atoommassa's.
Atomair aantal elementen. Wet van verplaatsing
Bohr werkte in het laboratorium van Rutherford en realiseerde zich dat chemische eigenschappen afhankelijk zijn van het aantalelektronen in een atoom, dat wil zeggen, van zijn lading, niet van massa, wat het bestaan van isotopen verklaart. Dit was Bohrs eerste grote prestatie in dit laboratorium. Aangezien het alfadeeltje zich vastzet aan een heliumkern met een lading van +2, tijdens alfaverval (het deeltje vliegt de kern uit), moet het "kind" -element in het periodiek systeem twee cellen naar links worden geplaatst dan de " moeder”, en tijdens bètaverval (het elektron vliegt uit de kern) - één cel naar rechts. Dit is hoe de "wet van radioactieve verplaatsingen" werd gevormd. Verder deed de Deense natuurkundige een aantal belangrijkere ontdekkingen die betrekking hadden op het model zelf van het atoom.
Rutherford-Bohr-model
Dit model wordt ook wel planetair genoemd, omdat daarin de elektronen rond de kern draaien, net als de planeten rond de zon. Dit model had een aantal problemen. Het feit is dat het atoom erin catastrofaal onstabiel was en energie verloor in een honderdmiljoenste van een seconde. In werkelijkheid is dit niet gebeurd. Het probleem dat zich voordeed leek onoplosbaar en vereiste een radicaal nieuwe aanpak. Hier bewees de Deense natuurkundige Bor Niels zichzelf.
Bohr suggereerde dat er, in tegenstelling tot de wetten van de elektrodynamica en mechanica, banen in atomen zijn, waarlangs elektronen niet uitstralen. Een baan is stabiel als het impulsmoment van een elektron dat zich erop bevindt gelijk is aan de helft van de constante van Planck. Straling vindt plaats, maar alleen op het moment van overgang van een elektron van de ene baan naar de andere. Alle energie die daarbij vrijkomt, wordt meegevoerd door het stralingsquantum. Zo'n kwantum heeft een energie gelijk aan het product van de rotatiefrequentie en de constante van Planck, of het verschil tussen de begin- ende eindenergie van het elektron. Zo combineerde Bohr het werk van Rutherford en het idee van quanta, dat in 1900 door Max Planck werd voorgesteld. Een dergelijke unie was in tegenspraak met alle bepalingen van de traditionele theorie en verwierp deze tegelijkertijd niet volledig. Het elektron werd beschouwd als een materieel punt dat beweegt volgens de klassieke wetten van de mechanica, maar alleen die banen die voldoen aan de "kwantisatievoorwaarden" zijn "toegestaan". In dergelijke banen zijn de energieën van een elektron omgekeerd evenredig met de kwadraten van de baannummers.
Afleiding van de "frequentieregel"
Op basis van de "regel van frequenties" concludeerde Bohr dat de frequenties van de straling evenredig zijn met het verschil tussen de inverse kwadraten van gehele getallen. Voorheen werd dit patroon vastgesteld door spectroscopistes, maar vonden geen theoretische verklaring. De theorie van Niels Bohr maakte het mogelijk om het spectrum van niet alleen waterstof (de eenvoudigste atomen), maar ook helium, inclusief geïoniseerd, te verklaren. De wetenschapper illustreerde de invloed van de beweging van de kern en voorspelde hoe de elektronenschillen worden gevuld, wat het mogelijk maakte om de fysieke aard van de periodiciteit van de elementen in het Mendelejev-systeem te onthullen. Voor deze ontwikkelingen kreeg Bohr in 1922 de Nobelprijs.
Bohr Instituut
Na voltooiing van het werk van Rutherford keerde de reeds erkende natuurkundige Bohr Niels terug naar zijn geboorteland, waar hij in 1916 werd uitgenodigd als professor aan de Universiteit van Kopenhagen. Twee jaar later werd hij lid van de Royal Danish Society (in 1939 leidde de wetenschapper het).
In 1920 richtte Bohr het Institute for Theoretical opnatuurkunde en werd de leider. De autoriteiten van Kopenhagen, als erkenning van de verdiensten van de fysicus, voorzagen hem van de bouw van het historische "Brouwershuis" voor het instituut. Het instituut voldeed aan alle verwachtingen en speelde een uitstekende rol in de ontwikkeling van de kwantumfysica. Het is vermeldenswaard dat de persoonlijke kwaliteiten van Bohr daarbij een beslissende rol speelden. Hij omringde zich met getalenteerde medewerkers en studenten, waarvan de grenzen vaak onzichtbaar waren. Bohr's Institute was internationaal, van overal probeerden mensen erin te vallen. Onder de beroemde mensen van de Bohr-school zijn: F. Bloch, W. Weisskopf, H. Casimir, O. Bora, L. Landau, J. Wheeler en vele anderen.
De Duitse wetenschapper Werne Heisenberg bezocht Bohr meer dan eens. Op het moment dat het "onzekerheidsprincipe" werd gecreëerd, besprak Erwin Schrödinger, die een voorstander was van het puur golfstandpunt, met Bohr. De basis van een kwalitatief nieuwe fysica van de twintigste eeuw werd gevormd in het voormalige Brouwershuis, een van de sleutelfiguren waarin Niels Bohr was.
Het model van het atoom dat werd voorgesteld door de Deense wetenschapper en zijn mentor Rutherford was inconsistent. Het verenigde de postulaten van de klassieke theorie en hypothesen die het duidelijk tegenspraken. Om deze tegenstellingen op te heffen, was het noodzakelijk om de belangrijkste bepalingen van de theorie radicaal te herzien. Bohrs directe verdiensten, zijn gezag in wetenschappelijke kringen en eenvoudigweg persoonlijke invloed speelden daarbij een belangrijke rol. Het werk van Niels Bohr toonde aan dat om een fysiek beeld te krijgen van de microwereld, de benadering die met succes wordt gebruikt voor de "wereld van de grote dingen" niet geschikt is, en het werdeen van de grondleggers van deze aanpak. De wetenschapper introduceerde begrippen als "ongecontroleerde impact van meetprocedures" en "extra hoeveelheden".
Kopenhagen kwantumtheorie
De probabilistische (ook bekend als Kopenhagen) interpretatie van de kwantumtheorie, evenals de studie van de vele "paradoxen", wordt geassocieerd met de naam van de Deense wetenschapper. Een belangrijke rol speelde hierbij Bohrs gesprek met Albert Einstein, die Bohrs kwantumfysica niet aanstond in een probabilistische interpretatie. Het "correspondentieprincipe", geformuleerd door de Deense wetenschapper, speelde een belangrijke rol bij het begrijpen van de patronen van de microkosmos en hun interactie met de klassieke (niet-kwantum)fysica.
Nucleair thema
Bohr begon kernfysica te studeren onder Rutherford en besteedde veel aandacht aan nucleaire onderwerpen. In 1936 stelde hij de theorie van de samengestelde kern voor, die al snel aanleiding gaf tot het druppelmodel, dat een belangrijke rol speelde in de studie van kernsplijting. Bohr voorspelde in het bijzonder de spontane splijting van uraniumkernen.
Toen de nazi's Denemarken veroverden, werd de wetenschapper in het geheim meegenomen naar Engeland en vervolgens naar Amerika, waar hij samen met zijn zoon Oge werkte aan het Manhattan-project in Los Alamos. In de naoorlogse jaren wijdde Bohr veel tijd aan kwesties van controle over kernwapens en het vreedzaam gebruik van atomen. Hij nam deel aan de oprichting van het centrum voor nucleair onderzoek in Europa en wendde zijn ideeën zelfs tot de VN. Op basis van het feit dat Bohr niet weigerde om bepaalde aspecten van het "nucleaire project" met Sovjet-fysici te bespreken, beschouwde hij het als gevaarlijkmonopolie bezit van kernwapens.
Andere kennisgebieden
Bovendien was Niels Bohr, wiens biografie ten einde loopt, ook geïnteresseerd in kwesties die verband houden met natuurkunde, in het bijzonder biologie. Hij was ook geïnteresseerd in de filosofie van de natuurwetenschappen.
Een uitstekende Deense wetenschapper stierf op 18 oktober 1962 in Kopenhagen aan een hartaanval.
Conclusie
Niels Bohr, wiens ontdekkingen zeker de natuurkunde hebben veranderd, genoot grote wetenschappelijke en morele autoriteit. De communicatie met hem, zelfs vluchtig, maakte een onuitwisbare indruk op de gesprekspartners. Uit Bohrs woord en geschrift bleek dat hij zijn woorden zorgvuldig koos om zijn gedachten zo nauwkeurig mogelijk weer te geven. De Russische natuurkundige Vitaly Ginzburg noemde Bohr ongelooflijk delicaat en wijs.
