尼爾斯·玻爾(1 / 3)

尼爾斯·玻爾

——原子物理學之父

他是丹麥物理學家,哥本哈根學派的創始人。他從1905年開始他的科學生涯,一生從事科學研究,整整達57年之久。他的研究工作開始於原子結構未知的年代,結束於原子科學已趨成熟,原子核物理已經得到廣泛應用的時代。他對原子科學的貢獻使他無疑地成了20世紀上半葉與愛因斯坦並駕齊驅的、最偉大的物理學家之一。愛因斯坦如此評價他:“發現了原子光譜線和電子殼層的最主要規律,包括它們的化學意義在內,我一直覺得這是個奇跡,就是現在,仍然覺得它是個奇跡。”

少年英才

尼爾斯·亨利克·大衛·玻爾丹麥物理學家,哥本哈根學派的創始人。1885年10月7日生於哥本哈根,

玻爾家族在丹麥是個很有名望的家族,丹麥人用一句古老的諺語來評價這個家族——“有天花板那麼高”,形容這是一個善良、聰有的人家。

玻爾的父親是哥本哈根大學的生理學教授,母親是一個金融家的女兒。他們一共有三個孩子,物理學家尼爾斯·玻爾排行第二,弟弟海拉德後來成了有名的數學家。

在這個幸福的家庭裏玻爾受到了良好的教育,玻爾不但從小就熱愛科學,而且對待事物非常認真,從不隱瞞自己的觀點,經常誠實勇敢地表達自己的想法。

七歲的時候,玻爾進入了小學。他的其他科目成績都很好,就是作文課的成績很差,因為小玻爾喜歡直截了當地表達自己的想法,不太會使用修辭。一次,老師出了這樣一個作文題目:《自然力在庭中的應用》,玻爾對這個題目非常反感,於是在文章的末尾寫道:“我們家不用自然力。”

有一次,他的同學問他:“如果你在考試的時候發現試題有錯誤,你會怎麼做?”

玻爾說:“當然告訴他們什麼是對的呀!”

當玻爾升到高年級,開始學習數學和物理時,他的顯著才能就是人人有目共睹了。在19 世紀、20 世紀之交的年代裏,高年級的物理課講授十分簡單。而玻爾所學的東西則早已超出了課本的範圍。

沒有多久,玻爾就對教科書中陳舊、錯誤的內容,根據自己從雜誌裏讀來的物理學加以圈注了。一個同班同學問,如果在考試中涉及不對的內容,那該怎麼辦?玻爾詫異地回答: “當然告訴他們什麼是對的呀!”

1903 年,玻爾進入了哥本哈根大學。很快就成了哥本哈根大學足球俱樂部的明星守門員,他習慣在足球場上一邊心不在焉地守著球門,一邊用粉筆在門框上排演著公式。大學四年級時,由於俱樂部的成績出眾,立下汗馬功勞的玻爾入選國家隊。1908年的倫敦奧運會上,丹麥隊獲得男子足球項目的銀牌,玻爾更多時候作為替補門將在場邊揮舞著紅白國旗。

入校之初,玻爾還被深奧的哲學問題所深深的吸引。他選修了哲學史和邏輯學兩門課。特別是父親的好友於夫丁的課,使玻爾佩服得五體投地。

教學中,於夫丁引導學生們回顧了16—18 世紀的主要哲學派別,然而,他並不打算勸說學生們信奉其中的任何一種。他所強調的隻是問題的提出,而非解答。他是這樣解釋的:“解釋是死的,問題卻是活的,否則,哲學就不會有生命力。”

玻爾如饑似渴地閱讀了大量的哲學著作。他曾為荷蘭近代偉大哲學家斯賓諾莎的心物平行論所吸引,更為實證主義大師穆勒的《一個丹麥學生的故事》心靈激蕩。還是這本小冊子,促使玻爾去探討認識的辯證過程,以及所有知識的“偉大的內部聯係”。

為了探討哲學問題,尼爾斯和海德拉參加了一個以討論哲學和科學為內容的小組。這個不超過12 個人的小組每月數次聚集於咖啡館,在那裏,隻要麵前放上一杯咖啡或一杯啤酒,他們的談話就能持續到第二天早晨。

在激烈的爭論中,常常出現玻爾和海德拉對恃的局麵。這兄弟倆的思路好象是並行的,他們不斷改變自己和對方的表述,盡管激烈,卻又以事實和道理維護自己的觀點。但他們從不固執己見。隨著討論的深入,觀點也變得愈來愈精辟。

1905 年,丹麥科學文學院重獎征求有關液體表麵張力的論文。玻爾自信地加入了這場競爭。在大量的參賽論文中,隻有兩篇被選中,其中就有玻爾的一篇。21 歲的玻爾,以驚人的勇氣和卓越的才能,對當代最有名的物理學家之一的泡利的基本理論作出了發展,他得出了出人意料的結論。即在確定表麵張力時,還有附加因素應該考慮進去。

沒有人能預見到和想象出,有關水的表麵張力的知識,竟在35 年後為研究原子結構提供了線索,而且還有助於發展原子彈和核能。玻爾幾乎沒有留下懸而未決的細節,他所涉及的每一點,都在後來曲折而無法預料的科學發展中再現了。因此,榮獲了丹麥科學院頒發的金質獎章。

隨後,這篇論文在英國倫敦皇家學會《哲學學報》——英國最著名的科學雜誌上發表。

1907 年,玻爾取得了學士學位。以後,玻爾深入研究了湯姆遜的著作,閱讀了洛倫茲與德魯德的文章,經過分析,他選擇了金屬的各種物理生質為研究題目,在電子理論的指導下研究金屬的電導率,熱導率,磁電現象和熱電現象作為自己的碩士論文。他認為:金屬的電子理論大有可為,他決定繼續把它作為自己博士論文的研究內容。

論文完成後,答辯於1911 年初舉行。當地的一家報紙這樣報道了這次答辯會:

26 歲的科學巨匠尼爾斯·玻爾隻用了一個半小時,就以博士身份離開了大學。時間之短是破天荒的……玻爾所寫的東西,所提出的問題都是太新穎,太不尋常了,以致沒有人能夠對他提出問題。

就這樣,26歲的玻爾博士畢業了,並當上了教授。

不斷折冠

1911 年秋,玻爾來到了劍橋。

劍橋是世界科學知識的中心,達爾文、牛頓、湯姆遜的劍橋!現在,他也來到了劍橋!他的腦子裏閃現出斯賓塞的詩句:

劍橋,我的母親!在她那頂冠冕上,綴有多少睿智,多少冥思.……

到劍橋後,玻爾希望能在物理學家湯姆遜的指導下在卡文迪許實驗室繼續從事電子理論的研究。但事情並沒有象他想象的那樣順利。他到英國劍橋卡文達什實驗室進修據說他第一次與導師J.湯姆孫見麵時,就操著不熟練的英語把他論文中批評湯姆孫的段落當麵指出,使導師大為光火,因而給以冷遇。

湯姆遜,此時隻有55 歲,但已在世界最著名的物理實驗室——卡迪文許實驗室裏當了27 年的主任了。

當時,這位處於科學顛峰的偉人很熱情地接待了他,但對這位初出茅廬的年輕人所提出的問題並沒有多大興趣,對他花費很多心血寫成的論文也很久未予處理。

玻爾所作出的其他努力,都同樣徒勞無益。但玻爾並沒有垂頭喪氣,他堅持自己的見解,一旦認準它是正確的,就百折不撓。後來,經過自己奮發努力地鑽研,終於使電子理論研究取得了新的成就。

在劍橋工作了不久,在一次實驗室年度聚餐會上他聆聽了來訪的盧瑟福的長篇演說,為他的性格和成就所折服,並且迅速決定:他應該和這位能以正確無誤的能力深入科學真理核心的光輝人物一道工作。於是,玻爾在征得盧瑟福同意後,隨即於1912年3月,轉到了曼徹斯特隨盧瑟福工作,這成了他一生的重要轉折點。

玻爾來到了曼徹斯特,進入了盧瑟福的實驗室,開始了他的新的工作。工作進展很順利,他鍥而不舍,才能超眾,很受盧瑟福的讚賞。兩人在交往中建立了親密無間的關係,開創了科學史上原子理論的新時代。

在盧瑟福的支持和幫助下,玻爾從1912 年起致力於原子理論的研究,在盧瑟福提出的原子行星模型的基礎上,當年就取得了重要成果,推導出一個新論點:同位素。