Niels Bohr je danski fizičar i javna ličnost, jedan od osnivača moderne fizike. Bio je osnivač i rukovodilac Instituta za teorijsku fiziku u Kopenhagenu, osnivač svetske naučne škole, a takođe i strani član Akademije nauka SSSR. Ovaj članak će prikazati životnu priču Nielsa Bohra i njegovih glavnih dostignuća.
Merit
Danski fizičar Bohr Niels osnovao je teoriju atoma, koja se zasniva na planetarnom modelu atoma, kvantnim konceptima i postulatima koje je on lično predložio. Osim toga, Bohr je zapamćen po svom važnom radu na teoriji atomskog jezgra, nuklearnih reakcija i metala. Bio je jedan od učesnika u stvaranju kvantne mehanike. Pored razvoja u oblasti fizike, Bohr posjeduje niz radova iz filozofije i prirodnih znanosti. Naučnik se aktivno borio protiv atomske prijetnje. Godine 1922. dobio je Nobelovu nagradu.
Djetinjstvo
Budući naučnik Niels Bohr rođen je u Kopenhagenu 7. oktobra 1885. godine. Njegov otac Kristijan bio je profesor fiziologije na lokalnom univerzitetu, a majka Elen je bila iz bogate jevrejske porodice. Niels je imao mlađeg brata Haralda. Roditelji su se trudili da djetinjstvo svojih sinova učine sretnim i sadržajnim. pozitivnouticaj porodice, a posebno majke, igrao je veliku ulogu u razvoju njihovih duhovnih kvaliteta.
Obrazovanje
Bohr je stekao osnovno obrazovanje u školi Gammelholm. U školskim godinama volio je fudbal, a kasnije skijanje i jedrenje. Sa dvadeset i tri godine, Bohr je diplomirao na Univerzitetu u Kopenhagenu, gdje su ga smatrali izvanredno nadarenim istraživačkim fizičarom. Za svoj diplomski projekat o određivanju površinskog napona vode pomoću vibracija vodenog mlaza, Niels je nagrađen zlatnom medaljom Kraljevske danske akademije nauka. Nakon što je stekao obrazovanje, ambiciozni fizičar Bor Niels ostao je da radi na univerzitetu. Tamo je sproveo niz važnih studija. Jedna od njih bila je posvećena klasičnoj elektronskoj teoriji metala i bila je osnova Borove doktorske disertacije.
Razmišljanje izvan okvira
Jednog dana kolega sa Univerziteta u Kopenhagenu zatražio je pomoć od predsjednika Kraljevske akademije Ernesta Rutherforda. Ovaj posljednji je namjeravao svom učeniku dati najnižu ocjenu, za koga je smatrao da zaslužuje ocjenu "odličan". Obje strane u sporu su se složile da se oslone na mišljenje treće strane, određenog arbitra, koji je postao Rutherford. Prema ispitnom pitanju, student je morao objasniti kako se barometar može koristiti za određivanje visine zgrade.
Učenik je odgovorio da za to treba vezati barometar za dugačko uže, popeti se s njim na krov zgrade, spustiti ga na tlo i izmjeriti dužinu užeta koji se spustio. S jedne strane, odgovor je bioapsolutno istinito i potpuno, ali s druge strane, imalo je malo zajedničkog sa fizikom. Zatim je Rutherford predložio učeniku da ponovo pokuša odgovoriti. Dao mu je šest minuta i upozorio da odgovor treba da ilustruje razumevanje fizičkih zakona. Pet minuta kasnije, nakon što je čuo od učenika da bira najbolje od nekoliko rješenja, Rutherford ga je zamolio da odgovori prije roka. Ovaj put student je predložio da se sa barometrom popnu na krov, bace ga, izmjere vrijeme pada i pomoću posebne formule saznaju visinu. Ovaj odgovor je zadovoljio nastavnika, ali on i Rutherford nisu mogli sebi uskratiti zadovoljstvo da slušaju ostale verzije učenika.
Sljedeća metoda bila je zasnovana na mjerenju visine sjene barometra i visine sjene zgrade, a zatim rješavanju proporcije. Rutherfordu se svidjela ova opcija i on je sa entuzijazmom zamolio učenika da istakne preostale metode. Tada mu je student ponudio najjednostavniju opciju. Trebalo je samo postaviti barometar na zid zgrade i napraviti oznake, a zatim izbrojati broj oznaka i pomnožiti ih sa dužinom barometra. Student je vjerovao da ovako očigledan odgovor definitivno ne treba zanemariti.
Kako ne bi bio smatran šaljivcem u očima naučnika, student je predložio najsofisticiraniju opciju. Nakon što je vezao kanap za barometar, rekao je, potrebno ga je zamahnuti u podnožju zgrade i na njenom krovu, mjereći veličinu gravitacije. Iz razlike primljenih podataka, ako želite, možete saznati visinu. Osim toga, zamahujući klatno na niti sa krova zgrade, može se odrediti visina iz perioda precesije.
Konačno, studentponudio da pronađe upravnika zgrade i, u zamjenu za divan barometar, od njega sazna visinu. Rutherford je pitao da li student zaista ne zna općeprihvaćeno rješenje problema. Nije krio šta zna, ali je priznao da mu je dosta nametanja svog načina razmišljanja od strane nastavnika studentima, u školi i na fakultetu, i njihovog odbijanja nestandardnih rješenja. Kao što ste vjerovatno pogodili, taj učenik je bio Niels Bohr.
Selidba u Englesku
Nakon tri godine rada na univerzitetu, Bohr se preselio u Englesku. Prve godine je radio u Kembridžu sa Josephom Thomsonom, a zatim se preselio u Ernest Rutherford u Manchesteru. Rutherfordov laboratorij u to vrijeme smatran je najistaknutijim. Nedavno su u njemu izvedeni eksperimenti koji su doveli do otkrića planetarnog modela atoma. Tačnije, model je tada još bio u povojima.
Eksperimenti na prolasku alfa čestica kroz foliju omogućili su Rutherfordu da shvati da se u centru atoma nalazi malo nabijeno jezgro, koje čini jedva cijelu masu atoma, a oko njega se nalaze laki elektroni to. Pošto je atom električno neutralan, zbir naelektrisanja elektrona mora biti jednak modulu naelektrisanja jezgra. Zaključak da je naboj jezgra višestruki od naboja elektrona bio je centralni za ovu studiju, ali je do sada ostao nejasan. Umjesto toga, identifikovani su izotopi – supstance koje imaju ista hemijska svojstva, ali različite atomske mase.
Atomski broj elemenata. Zakon pomjeranja
Radeći u Rutherfordovoj laboratoriji, Bohr je shvatio da hemijska svojstva zavise od brojaelektrona u atomu, odnosno od njegovog naboja, a ne mase, što objašnjava postojanje izotopa. Ovo je bilo prvo Borovo veliko postignuće u ovom laboratoriju. Budući da se alfa čestica veže za jezgro helijuma sa nabojem od +2, tokom alfa raspada (čestica izleti iz jezgra), element "djete" u periodnom sistemu treba postaviti dvije ćelije lijevo od " majka”, a tokom beta raspada (elektron izleti iz jezgra) – jedna ćelija udesno. Tako je nastao “zakon radioaktivnih pomaka”. Nadalje, danski fizičar je napravio niz važnijih otkrića koja su se ticala samog modela atoma.
Rutherford-Bohr model
Ovaj model se naziva i planetarnim, jer se u njemu elektroni okreću oko jezgra, baš kao i planete oko Sunca. Ovaj model je imao niz problema. Činjenica je da je atom u njemu bio katastrofalno nestabilan i da je izgubio energiju u stomilionitom dijelu sekunde. U stvarnosti, to se nije dogodilo. Problem koji je nastao izgledao je nerešiv i zahtevao je radikalno novi pristup. Tu se dokazao danski fizičar Bor Niels.
Bohr je sugerirao da, suprotno zakonima elektrodinamike i mehanike, postoje orbite u atomima, krećući se duž kojih elektroni ne zrače. Orbita je stabilna ako je ugaoni moment elektrona koji se nalazi na njoj jednak polovini Planckove konstante. Do zračenja dolazi, ali samo u trenutku prelaska elektrona iz jedne orbite u drugu. Svu energiju koja se oslobađa u ovom slučaju nosi kvant zračenja. Takav kvant ima energiju jednaku proizvodu frekvencije rotacije i Planckove konstante, odnosno razlici između početne ikonačna energija elektrona. Tako je Bohr spojio Rutherfordov rad i ideju kvanta, koju je predložio Max Planck 1900. godine. Takav spoj je bio u suprotnosti sa svim odredbama tradicionalne teorije, a istovremeno ga nije u potpunosti odbacio. Elektron se smatrao materijalnom tačkom koja se kreće prema klasičnim zakonima mehanike, ali su „dozvoljene“samo one orbite koje ispunjavaju „uslove kvantizacije“. U takvim orbitama, energije elektrona su obrnuto proporcionalne kvadratima brojeva orbita.
Izvođenje iz "pravila učestalosti"
Na osnovu "pravila frekvencija", Bohr je zaključio da su frekvencije zračenja proporcionalne razlici između inverznih kvadrata cijelih brojeva. Ranije su ovaj obrazac ustanovili spektroskopisti, ali nisu našli teorijsko objašnjenje. Teorija Nielsa Bora omogućila je da se objasni spektar ne samo vodika (najjednostavniji od atoma), već i helijuma, uključujući i ionizirani. Naučnik je ilustrovao uticaj kretanja jezgra i predvidio kako se elektronske ljuske pune, što je omogućilo da se otkrije fizička priroda periodičnosti elemenata u sistemu Mendeljejeva. Za ovaj razvoj događaja, Bohr je dobio Nobelovu nagradu 1922.
Bohr institut
Nakon završetka Rutherfordovog rada, već priznati fizičar Bohr Niels vratio se u svoju domovinu, gdje je 1916. godine pozvan za profesora na Univerzitetu u Kopenhagenu. Dve godine kasnije, postao je član Kraljevskog danskog društva (1939. naučnik ga je vodio).
1920. godine, Bohr je osnovao Institut za teorijufizike i postao njen vođa. Vlasti Kopenhagena, kao priznanje zaslugama fizičara, dale su mu zgradu istorijske "Brewer's House" za institut. Institut je ispunio sva očekivanja, odigravši izuzetnu ulogu u razvoju kvantne fizike. Vrijedi napomenuti da su Borove osobne kvalitete odigrale odlučujuću ulogu u tome. Okružio se talentovanim zaposlenima i studentima, granice između kojih su često bile nevidljive. Borov institut je bio internacionalan, ljudi su pokušavali da upadnu u njega odasvud. Među poznatim ličnostima Borove škole su: F. Bloch, W. Weisskopf, H. Casimir, O. Bora, L. Landau, J. Wheeler i mnogi drugi.
Njemački naučnik Werne Heisenberg posjetio je Bohra više puta. U vrijeme kada je nastajao „princip neizvjesnosti“, Erwin Schrödinger, koji je bio pristalica čisto talasnog gledišta, razgovarao je s Borom. Temelj kvalitativno nove fizike dvadesetog veka formiran je u bivšoj Brewerovoj kući, u kojoj je jedna od ključnih ličnosti bio Niels Bohr.
Model atoma koji su predložili danski naučnik i njegov mentor Rutherford bio je nedosljedan. Ujedinio je postulate klasične teorije i hipoteze koje su joj jasno proturječile. Da bi se eliminisale ove kontradikcije, bilo je potrebno radikalno revidirati glavne odredbe teorije. Borove direktne zasluge, njegov autoritet u naučnim krugovima i jednostavno lični uticaj odigrali su važnu ulogu u tom pravcu. Rad Nielsa Bora pokazao je da za dobijanje fizičke slike mikrosvijeta pristup koji se uspješno koristi za "svijet velikih stvari" nije prikladan, te je postaojedan od osnivača ovog pristupa. Naučnik je uveo koncepte kao što su "nekontrolisani uticaj mernih postupaka" i "dodatne količine".
Kopenhagenska kvantna teorija
Probilističko (aka Kopenhagen) tumačenje kvantne teorije, kao i proučavanje njenih brojnih "paradoksa", povezuje se sa imenom danskog naučnika. Važnu ulogu ovdje je odigrala Borova diskusija s Albertom Ajnštajnom, kome se Borova kvantna fizika nije dopala u probabilističkoj interpretaciji. „Princip korespondencije“, koji je formulisao danski naučnik, igrao je važnu ulogu u razumevanju obrazaca mikrokosmosa i njihove interakcije sa klasičnom (nekvantnom) fizikom.
Nuklearna tema
Počevši da proučava nuklearnu fiziku pod Rutherfordom, Bohr je posvetio mnogo pažnje nuklearnim temama. Godine 1936. predložio je teoriju složenog jezgra, što je ubrzo dovelo do modela kapljice, koji je odigrao značajnu ulogu u proučavanju nuklearne fisije. Konkretno, Bohr je predvidio spontanu fisiju jezgri uranijuma.
Kada su nacisti zauzeli Dansku, naučnik je tajno odveden u Englesku, a zatim u Ameriku, gdje je zajedno sa svojim sinom Ogeom radio na projektu Manhattan u Los Alamosu. U poslijeratnim godinama, Bohr je mnogo vremena posvetio pitanjima kontrole nad nuklearnim oružjem i mirnom upotrebom atoma. Učestvovao je u stvaranju centra za nuklearna istraživanja u Evropi i čak je svoje ideje preneo u UN. Na osnovu činjenice da Bohr nije odbio da razgovara o određenim aspektima "nuklearnog projekta" sa sovjetskim fizičarima, smatrao ga je opasnimmonopol u posjedovanju nuklearnog oružja.
Druge oblasti znanja
Pored toga, Niels Bohr, čija se biografija bliži kraju, zanimala su i pitanja vezana za fiziku, posebno biologiju. Takođe ga je zanimala filozofija prirodnih nauka.
Izvanredan danski naučnik umro je od srčanog udara 18. oktobra 1962. u Kopenhagenu.
Zaključak
Niels Bohr, čija su otkrića zasigurno promijenila fiziku, uživao je veliki naučni i moralni autoritet. Komunikacija s njim, čak i prolazna, ostavila je neizbrisiv utisak na sagovornike. Borov govor i pisanje pokazali su da je pažljivo birao riječi kako bi što preciznije ilustrirao svoje misli. Ruski fizičar Vitalij Ginzburg nazvao je Bora neverovatno delikatnim i mudrim.
