НІЛЬС БОР: БІОГРАФІЯ ТА ВНЕСКИ - НАУКА - 2025

Нільс Бор (1885-1962) був датським фізиком, який був удостоєний Нобелівської премії з фізики в 1922 році за свої дослідження, пов'язані з будовою атомів та їх рівнем випромінювання. Вихований і освічений на європейських землях, у найпрестижніших англійських університетах, Бор також був відомим дослідником та цікавим філософією.

Він працював разом з іншими відомими вченими та нобелівськими лауреатами, такими як Дж. Дж. Томпсон та Ернест Резерфорд, які заохочували його продовжувати свої дослідження в атомній області.

Інтерес Бора до структури атомів змусив його рухатися між університетами, щоб знайти той, який дасть йому можливість розвивати свої дослідження на власних умовах.

Нільс Бор почав з відкриттів, зроблених Резерфордом, і продовжував їх розробляти, поки не зміг накласти на них власний відбиток.

Бор отримав родину з понад шести дітей, був репетитором інших видатних наукових кадрів, таких як Вернер Гейзенберг і президент Королівської датської академії наук, а також членом інших наукових академій у всьому світі.

Біографія

Нільс Бор народився 7 жовтня 1885 року в Копенгагені, столиці Данії. Батька Нільса назвали Крістіаном і він був професором фізіології в Копенгагенському університеті.

Зі свого боку матір'ю Нільса була Еллен Адлер, сім'я якої була економічно привілейована, маючи вплив у датському банківському середовищі. Сімейна ситуація Нільса дозволила йому отримати доступ до освіти, яка на той час вважалася привілейованою.

Дослідження

Нільс Бор зацікавився фізикою і вивчав її в Копенгагенському університеті, звідки здобув ступінь магістра фізики в 1911 р. Пізніше він поїхав до Англії, де навчався в Кавендішській лабораторії Кембриджського університету.

Головною мотивацією для навчання там було отримання опіки Джозефа Джона Томсона, хіміка англійського походження, який отримав Нобелівську премію в 1906 році за відкриття електрона, спеціально для досліджень, які він робив про те, як електроенергія рухається через гази .

Намір Бора полягав у тому, щоб перевести його докторську дисертацію англійською мовою, що саме стосувалося вивчення електронів. Однак Томсон не виявив реального інтересу до Бор, саме тому останній вирішив піти туди і призначив свій курс на Манчестерський університет.

Відносини з Ернестом Резерфордом

Перебуваючи в Манчестерському університеті, Нільс Бор мав можливість поділитися з британським фізиком і хіміком Ернестом Резерфордом. Він також був помічником Томсона і згодом отримав Нобелівську премію. Бор багато чому навчився від Резерфорда, особливо у галузі радіоактивності та моделей атома.

З плином часу зростала співпраця між двома вченими та зростала їхня дружба. Одна з подій, в якій обидва вчені взаємоділи в експериментальній галузі, була пов'язана з моделлю атома, запропонованою Резерфордом.

Ця модель була правдивою в концептуальній галузі, але її не вдалося осмислити, сформулювавши її в законах класичної фізики. Враховуючи це, Бор наважився сказати, що причиною цього було те, що динаміка атомів не підпорядковувалася законам класичної фізики.

Північний інститут теоретичної фізики

Нільс Бор вважався сором'язливою та інтровертованою людиною, але серія нарисів, опублікованих у 1913 р., Заслужила широке визнання в науковій галузі, зробивши його визнаним громадським діячем. Ці нариси були пов'язані з його концепцією будови атома.

У 1916 році Бор поїхав до Копенгагена і там, у своєму рідному місті, почав викладати теоретичну фізику в Копенгагенському університеті, де навчався.

Перебуваючи на цій посаді і завдяки славі, яку раніше придбав, Бор отримав достатню кількість грошей, необхідних для створення в 1920 році Північного інституту теоретичної фізики.

Датський фізик керував цим інститутом з 1921 по 1962 рік, року, в якому він помер. Пізніше інститут змінив назву і отримав назву Інститут Нільса Бор, на честь свого засновника.

Дуже скоро цей інститут став посиланням з точки зору найважливіших відкриттів, які робилися в той час, пов'язаних з атомом та його конформацією.

За короткий час Північний інститут теоретичної фізики став нарівні з іншими університетами, що мають більше традицій у цій галузі, наприклад, німецькими університетами Геттінген та Мюнхен.

Копенгагенська школа

1920-ті роки були дуже важливими для Нільса Бор, оскільки за ці роки він видав два основоположних принципи своїх теорій: принцип листування, виданий у 1923 році, і принцип взаємодоповнюваності, доданий у 1928 році.

Вищезазначені принципи були основою, на якій почала формуватися Копенгагенська школа квантової механіки, яку також називають Копенгагенською інтерпретацією.

Ця школа знайшла опонентів у великих учених, таких як сам Альберт Ейнштейн, який, протиставляючи різні підходи, визнав Нільса Бор одним з найкращих наукових дослідників того часу.

З іншого боку, в 1922 році він отримав Нобелівську премію з фізики за експерименти, пов'язані з перебудовою атомів, і того ж року народився його єдиний син Ааге Нільс Бор, який врешті-решт пройшов стажування в інституті, яким керував Нільс. Пізніше він став його директором і, крім того, у 1975 році отримав Нобелівську премію з фізики.

Протягом 1930-х Бор оселився у США та зосередився на рекламі сфери ядерного поділу. Саме в цьому контексті Бор визначив подільну характеристику плутонію.

Наприкінці цього десятиліття, у 1939 році, Бор повернувся до Копенгагена і отримав призначення президентом Королівської датської академії наук.

Друга світова війна

У 1940 році Нільс Бор опинився в Копенгагені, і внаслідок Другої світової війни через три роки він був змушений втекти до Швеції разом із сім’єю, оскільки Бор мав єврейське походження.

Зі Швеції Бор їздив до США. Там він влаштувався та приєднався до колективу спільної роботи для проекту Манхеттен, який випустив першу атомну бомбу. Цей проект був здійснений в лабораторії, розташованій в Лос-Аламосі, штат Нью-Мексико, і під час своєї участі у згаданому проекті Бор змінив прізвище на Ніколас Бейкер.

Повернення додому та смерть

Наприкінці Другої світової війни Бор повернувся до Копенгагена, де знову став директором Північного інституту теоретичної фізики і завжди виступав за застосування атомної енергії з корисними цілями, завжди прагнучи ефективності в різних процесах.

Цей нахил пояснюється тим, що Бор усвідомлював велику шкоду, яку може завдати те, що він виявив, і в той же час він знав, що існує більш конструктивна корисність для цього типу потужної енергії. Так, з 1950-х років Нільс Бор присвятив себе конференціям, орієнтованим на мирне використання атомної енергії.

Як ми вже згадували раніше, Бор не втрачав масштабів атомної енергії, тому крім того, що виступав за правильне її використання, він також передбачав, що саме уряди повинні забезпечити, щоб ця енергія не використовувалася руйнівно.

Це поняття було введено в 1951 році в маніфесті, який підписали більше сотні відомих на той час дослідників і вчених.

Як наслідок цієї акції та його попередньої роботи на користь мирного використання атомної енергії, в 1957 році Фонд Форд присудив йому нагороду «Атом за мир», присвоєну особам, які прагнули сприяти позитивному використанню цього виду енергії.

Нільс Бор помер 18 листопада 1962 року у своєму рідному місті Копенгагені, у віці 77 років.

Внески та відкриття Нільса Бора

Бор і Альберт Ейнштейн

Модель і структура атома

Атомна модель Нільса Борра вважається одним із його найбільших внесків у світ фізики та науки загалом. Він першим виявив атом як позитивно заряджене ядро, оточене орбітними електронами.

Бору вдалося виявити внутрішній робочий механізм атома: електрони здатні самостійно орбітувати навколо ядра. Кількість електронів, присутніх на зовнішній орбіті ядра, визначає властивості фізичного елемента.

Для отримання цієї атомної моделі Бор застосував квантову теорію Макса Планка до атомної моделі, розробленої Резерфордом, отримавши в результаті модель, яка отримала йому Нобелівську премію. Бор представив структуру атома як невелику сонячну систему.

Квантові поняття на атомному рівні

Атомну модель Бора вважали революційною - метод, який він використовував для її досягнення: застосування теорій квантової фізики та їх взаємозв'язок з атомними явищами.

За допомогою цих застосувань Бор зміг визначити переміщення електронів навколо атомного ядра, а також зміни їх властивостей.

Таким же чином, завдяки цим концепціям він зміг отримати уявлення про те, наскільки матерія здатна поглинати та випромінювати світло із своїх найбільш непомітних внутрішніх структур.

Відкриття теореми Бор-ван Левена

Теорема Бор-ван Левена - теорема, застосована до області механіки. Спершу працював Бор у 1911 році, а згодом доповнив Ван Левен, застосування цієї теореми змогло диференціювати сферу класичної фізики від квантової фізики.

У теоремі зазначається, що намагніченість, що виникає в результаті застосування класичної механіки та статистичної механіки, завжди буде нульовою. Бор і ван Левен вдалося проглянути певні концепції, які можна було розробити лише за допомогою квантової фізики.

Сьогодні теорема обох вчених успішно застосовується в таких сферах, як фізика плазми, електромеханіка та електротехніка.

Принцип взаємодоповнюваності

У межах квантової механіки сформульований Бором принцип взаємодоповнюваності, який одночасно представляє теоретичний і результуючий підхід, стверджує, що об'єкти, що піддаються квантовим процесам, мають взаємодоповнюючі ознаки, які не можна спостерігати або усереднювати одночасно.

Цей принцип взаємодоповнення народжується з іншого постулату, розробленого Бор: копенгагенської інтерпретації; основоположним для досліджень квантової механіки.

Копенгагенська інтерпретація

За допомогою вчених Макса Борна та Вернера Гейзенберга Нільс Бор розробив цю інтерпретацію квантової механіки, яка дозволила з’ясувати деякі елементи, що роблять можливими механічні процеси, а також їх відмінності. Сформульована в 1927 році, вона вважається традиційною інтерпретацією.

Згідно з копенгагенською інтерпретацією, фізичні системи не мають певних властивостей до того, як вони будуть піддані вимірюванням, а квантова механіка здатна лише передбачити ймовірності, за допомогою яких проведені вимірювання дадуть певні результати.

Структура періодичної таблиці

З його інтерпретації атомної моделі Бор зміг більш детально структурувати періодичну таблицю елементів, що існували на той час.

Він зміг констатувати, що хімічні властивості та зв'язуюча здатність елемента тісно пов'язані з його валентним зарядом.

Робота Бора, застосована до періодичної таблиці, призвела до розробки нової галузі хімії: квантової хімії.

Так само елемент, відомий як Борон (Bohrium, Bh), отримує свою назву в пошані Нільса Бора.

Ядерні реакції

Використовуючи запропоновану модель, Бор зміг запропонувати та встановити механізми ядерних реакцій із двоступеневого процесу.

Шляхом бомбардування низько енергетичних частинок утворюється нове ядро ​​низької стійкості, яке згодом випромінює гамма-промені, при цьому його цілісність занепадає.

Це відкриття Бор вважалося ключовим у науковій галузі протягом тривалого часу, поки його не опрацював і вдосконалив, через роки, один із його синів, Ааге Бор.

Пояснення ядерного поділу

Ядерний поділ - це процес ядерної реакції, при якому атомне ядро ​​починає ділитися на менші частини.

Цей процес здатний виробляти велику кількість протонів і фотонів, вивільняючи енергію одночасно і постійно.

Нільс Бор розробив модель, яка дозволила пояснити процес ядерного поділу деяких елементів. Ця модель складалася з спостереження за краплею рідини, яка б представляла структуру ядра.

Таким же чином, як цілісну структуру краплі можна розділити на дві схожі частини, Бор зумів показати, що те ж саме може статися з атомним ядром, здатним генерувати нові процеси утворення або погіршення на атомному рівні.

Список літератури

1. Бор, Н. (1955). Людина і фізична наука. Теорія: Міжнародний журнал з теорії, історії та основ науки, 3-8.
2. Лозада, РС (2008). Нільс Бор. Акт про університет, 36-39.
3. Nobel Media AB. (2014). Нільс Бор - Факти. Отримано з Nobelprize.org: nobelprize.org
4. Савойя, Б. (2014). Суворий доказ теореми Бора-ван Левена в півкласичній межі. RMP, 50.
5. Редактори Encyclopædia Britannica. (17 листопада 2016 р.). Модель сполучно-ядерного. Отримано з енциклопедії Britannica: britannica.com.