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玻尔是量子力学的旗手

来源:百科故事网时间:2017-08-05 08:55:01

玻尔于 1885 年 10 月 7 日出生于丹麦的哥本哈根。 他几乎可以和爱因斯坦并驾齐驱。

于 1922 年, 由于在量子论方面功勋卓著而获得了诺贝尔物理奖。玻尔的父亲是哥本哈根大学生物学教授。玻尔有良好的学习环境, 18 岁那年考入了哥本哈根大学攻读物理学。 大学三年级就发表论文 《表面张力的精确测量》。 由于论点新颖, 论据可靠准确, 而获得丹麦皇家学院金质奖章。 他 35 岁就担任了哥本哈根物理研究所的所长。 他勤奋努力, 诲人不倦, 不少著名的物理学家都受过他的指导, 深感受益匪浅。 例如, 海森堡、 泡利、弗米都是他的崇拜者和忠实朋友, 他们形成了 “哥本哈根学派”, 玻尔是这个学派的中梁砥柱。

玻尔

1937 年, 玻尔访问过中国, 他选择自己的金质奖章图章为中国的太极图, 因为他认为量子力学互补理论是他的重大理论, 正与中国古代的道家哲学和物理思想相契合。

在 20 世纪当代物理学成就是量子物理学的创立和深入发展。 量子力学是相对论之后的又一重大进步。 爱因斯坦对量子理论的早期建立起到了巨大作用, 后来他转向了研究电磁性与引力的统一研究,放弃了对量子理论深入探讨。 在量子理论的发展中, 功勋卓著的天才们的创新性设想已成为当代世界的一大变革基础。

玻尔终生从事量子物理的实践和基本理论研究。 他是 20 世纪的一位导师型人物。 他是量子力学真正的旗手。 在 1913 年至 1943 年,尤其是前 10 年, 原子物理的大部分内容只不过是在卢瑟福和玻尔研究的基础上修订的。 1943 年 12 月他在美国的新墨西哥州进行了原子弹的研究工作, 是美国原子弹研制的功臣, 正是凭借着原子弹在日本两岛的轰炸威力, 才彻底摧毁了日本军国主义者的心灵, 加快了日本投降的步伐, 尽快地结束了第二次世界大战。

玻尔提出最杰出的理论是: 量子化的原子结构。 玻尔的量子论认为能量传输并非是连续不断, 而是一份一份地进行。 从不能连续这一思想出发, 玻尔建立的原子模型称为卢瑟福———玻尔模型。 玻尔认为, 电子不能有任意的轨道, 它们绕核运动的距离也不是任意的。 电子轨道是一定的, 电子在轨道上稳定地运动, 而不能辐射能量。 电子在任何一个轨道动能不变, 但会发生 “能级跃迁”。 这也就是说, 如果外部把能量供给原子, 能量达到普朗克理论规定的量,那么在靠原子核低能轨道上的电子会进入外圈的较高能量的轨道,并且将跃回低能轨道, 且以电磁辐射的形式释放能量。 某个特定轨道电子不会随外力加快或减慢, 也不会处于轨道与轨道之间, 电子也不会掉入原子核中, 因为最低能量级 (轨道) 的电子一般只有特别微弱的动能, 甚至于连一个量子都发不出去, 所以也不会丧失能量。 一条光谱线就是一个电子从某一级轨道进入另一级轨道跃迁而成。 原子核逐步向各能级填充能量, 这就是形成元素周期律的原因。

玻尔这个神奇的理论明显违背了古典经典理论。 也就是原来所说的电子在核外任意运动, 速度变化无常的理论。 当时很多物理学家都表示怀疑, 甚至于反对, 连爱因斯坦也不赞成的说 “像玻尔那样绝顶聪明和敏感的人物竟然满足于这种自相矛盾、 不可靠的理论基础, 在我看来真是不可思议的。” 但是, 后来的发展却不断出现令人激动的结果, 一次一次验证了玻尔预言的正确。 首先是在解释光谱分析上有关氢原子问题, 玻尔理论完全符合实验结果。 这使得量子力学名声显赫。 计算氢谱线是玻尔学说的成功。 1914 年一次权威性的实验指出, 原子的确只能接收和放出一定份额的能量。 而作用量子对份额大小有决定性作用, 反之, 可以从实验结果推导出普朗克常数。 由此, 玻尔于 1922 年获得了诺贝尔物理奖, 他才是量子论发展的真正奠基人。 后来的人们是在他的基础上改进并使理论迈进现代的应用之中, 才陆续产生了原子弹、 氢弹, 核能的广泛应用等等。在这里还要说一说狄拉克在量子力学方面也立下了汗马功劳。

1926 年狄拉克修定了薛定谔方程, 改进了海森堡理论形式, 并从矩阵力学导出了波动力学的薛定谔方程, 证明了波动力学与矩阵力学的等价性, 才使波动力学和矩阵力学哪一个是正确的问题的争论停止了下来, 统一的量子力学建立了起来。量子理论预言了许多新粒子, 均获得实验上的证明, 目前已知的各种粒子, 其数目已远远超过了元素数, 这显示了量子论的威力。量子论已经成为物理和技术中的重要领域, 如果没有量子论、 激光、等离子的研究、 固体电子学、 低温物理学就将失去研究根据, 从而无法研究下去。

玻尔的功绩得到了社会的共同赞赏。 丹麦科学院把嘉士伯啤酒厂创始人雅可布森修建的豪华别墅奖给了玻尔。 玻尔是非常热爱和平的, 1943 年丹麦已被德国法西斯占领, 盖世太保要秘密逮捕玻尔, 但有人给他透漏了消息, 于是玻尔提前一天上了一条小船, 船夫很敬仰他, 冒着生命危险, 帮他离开了被纳粹占领的丹麦, 乘上英国空军的轰炸机飞抵英国, 随即转到了美国, 这才开始参加了原子弹的研制。

上个世纪的二三十年代, 在玻尔的创办和领导下, 哥本哈根成为世界物理学的圣地。 玻尔本人也被誉为 “科学国际化之父”。

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