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    玻尔<%=id%>

    物理学家
    玻尔(Bohr,Niels Henrik David)
    丹麦物理学家。1885年10月7日生于哥本哈根;1962年11月18日卒于哥本哈根。
    玻尔的父亲是一位生理学教授。玻尔于1903年入哥本哈根大学攻读物理,他还是一名优秀的足球运动员。(他的弟弟踢得更好,曾入选丹麦国家足球队,为丹麦在1908年奥林匹克运动会上获得亚军出了力。)
    玻尔于1911年在哥本哈根大学取得博士学位。后来他得到一笔供出国深造的补助金,便立即去剑桥大学,在J.J.汤姆孙的指导下工作,后又到了曼彻斯特,在卢瑟福的指导下工作。玻尔于1912年结婚(共有五个儿子)。他于1916年归国,任哥本哈根大学的物理学教授。
    卢瑟福曾经提出有核原子的设想,亦即认为原子的中心是一个小而重的核,边缘分布着一大群很轻的电子。玻尔在剑桥时就已经想到,如果把原子的这种内部结构同普朗克在十几年前提出的量子论结合起来,或许有可能说明物质是如何发射和吸收辐射能的。这种吸收和发射对光谱学来说是至为重要的,因为它能对一个世纪前由夫琅和费发现的,过了半个世纪后被基尔霍夫找到用途的那些光谱线作出解释。然而,近一百年间,科学家们一直满足于测定谱线的位置,而不去探索为什么一条谱线总是位于某一位置上而不位于其他位置上的原因。
    玻尔试图去解决这个被遗漏的问题,他碰巧知道了氢光谱的巴耳末公式。于是,他就从最简单的氢原子入手。1913年,他公布了自己的观点。他提出,氢原子的唯一电子并不象洛伦兹所认为的那样一边在原子内部振荡一边发出电磁辐射,乍一想,它似乎应当发出电磁波。因为根据麦克斯韦方程,载有电荷的电子在闭合轨道上作加速运动时有电磁辐射产生。但是玻尔却主张,只要电子被局限在轨道上运动,它就不会发出辐射。(这个明显的矛盾是在二十年代由德布罗意解决的。德布罗意证明了电子不仅是粒子而且也是波。薛定谔也提出一种理论,认为电子并不环绕原子核公转,而仅仅是在核的周围形成一种“驻波”。所以,位于某特定轨道上的电子并没有作加速运动,因而也就不会辐射出能量。)
    玻尔指出,当电子改变其轨道,移近原子核时,就会放出辐射。另一方面,当电子吸收辐射时,它就被驱赴到离核较远的轨道上。可见,电磁辐射是由亚原子粒子内的“能级”的变动而不是这些粒子的振动或加速造成的。这种情况似乎使原子世界同我们周围的普通世界分离开来,因此我们难以用“常识性的”词语来描述原子结构。
    譬如,电子不能随意地占据任何轨道,它只能占据同原子核保持固定距离的某条轨道,而且每条轨道都各自具有确定的能量。因此,当电子人一条轨道迁移到另一条轨道上时,它所释放或吸收的能量也是固定的;这份能量即是由单个量子构成的。这样,普朗克的量子论便可被解释为对原子内的电子位置不连续的证明。
    玻尔甚至能够定出对应于氢原子光谱的各条谱线的轨道能量的大小,同时证明了其中每条谱线标志着恰好足够使电子从一特定轨道上升到离核较远的另一轨道时能量的量子吸收(或标志着恰好足够使电子从一特定轨道下降到离核较近的另一轨道时能量的量子发射)。玻尔的理论可以非常容易地说明巴耳末最先发现的氢光谱的规则性。为了描述电子可能具有的那些分立的能量,玻尔使用h/2π(h为普朗克常数),简记作h。
    然而,后来发现,玻尔的氢原子模型过于简单,无法说明谱线的精细结构。他仅提出了圆形轨道,但索末菲还进而考虑了存在椭圆形轨道的可能性。后来,交成各种角度的轨道也被考虑了进来。
    玻尔的理论,尽管需要作一些修正,但仍不失为用原子的内部结构解释光谱,又反过来用光谱数据解释原子内部结构的第一次相当成功的尝试。老一辈的物理学家并非都赞同玻尔的理论。瑞利、塞曼和J.J.汤姆孙都对玻尔的理论持怀疑态度,只有金斯坚定地站在玻尔这一边(为此,玻尔对金斯怀着终生的感激之情)。顺便说一句,正是汤姆孙对这种新原子模型的反对促使玻尔转到卢瑟福手下去工作。
    当然,玻尔最终取得了辉煌的成功。他的这种新理论为他赢得了1922年度诺贝尔物理学奖。这一理论得到弗兰克和赫兹的实验结果的支持,这两个人也因此获得了诺贝尔奖。
    对于比氢复杂的元素,玻尔未能研究出令人满意的原子模型,但是他是最先提出下述观点的人之一:在拥有不止一个电子的原子中,电子是分层排列的,最外层电子决定着元素的化学性质。后来,泡利根据这一观点做出了重大发现。
    基于对电子的粒子性(玻尔自己的理论)和波动性(薛定谔的理论)两方面的考虑,玻尔于1927年提出了并协原理,这是指同一现象可以从互不相容的两个方面之一予以考察,而各自得出的结果从自己这方面来看总是正确的。这一原理为当代一些生物学家积极采纳,借助它提出一种新的活力论。这种观点认为:一方面,生命系统可以按照支配细胞内各种成分的物理定律和化学定律加以解释;另一方面,也可以用支配细胞或整个有机体的活力论的定律去说明。按照这种看法,要查明生命现象中的某些要素,仅用物理科学的研究方法是永远办不到的。活力论的这个新变种是否会比已被埋葬的其他各种各样的活力论取得更多的成功,看来颇令人怀疑。
    在本世纪二十年代和三十年代,玻尔领导着由卡尔斯堡啤酒厂资助的一个原子研究所(这是自焦耳以来啤酒业对理论学提供的最大帮助)。哥本哈根成了全世界各地的理论物理学家争相朝拜的圣地。由于如此众多的科学精英云集于此,当时的哥本哈根简直堪与古代的文化中心亚历山大相媲美。
    当希特勒于1933年在德国攫取政权之后,玻尔为这块横遭浩劫的国土上他的同行们不遗全力地奔走,并且为保护犹太物理学家的安全竭尽全力。(虽然玻尔的母亲是犹太人后裔,但玻尔之所以这样做肯定是由于他有一颗仁慈,高尚的心灵,绝非出自任何私人动机。)
    1939年,玻尔去美国出席一次科学会议。他给这次会议带来了一个消息:迈特纳即将宣布,哈恩用中子轰击铀的实验结果是发生了裂变。(中子是不带电的粒子,也就是说是电中性的,故名。它是查德威克在三十年代初发现的。)与会的科学家听到这个消息后,纷纷离去证实哈恩-迈特纳的观点,会议因此而中断。结果证明此看法完全属实,事态逐步发展,最后以原子弹的制成而达到高潮。玻尔继续研究,搞出了裂变机制理论。这一理论认为,原子核具有类似于液滴的性质。玻尔预言,登普斯特数年前发现的铀的一种同位素—铀-235—是会发生核裂变的。这一预言很快就得到证实。
    玻尔返回丹麦之后,希特勒的军队于1940年突然占领了丹麦。1943年,为避免遭到*(因为他决不与德国当局合作),玻尔在查德威克的敦促下,冒着很大的危险逃到了瑞典。在瑞典,他帮助安排了几乎所有的丹麦籍犹太人逃出了希特勒毒气室的虎口。后来,他乘一架小型飞机飞往英国,在飞机中他几乎因缺氧而丧生。玻尔在离开丹麦之前把弗兰克和劳厄委托他保管的金质诺贝尔奖章溶化在一瓶酸中。(他自己的奖章已捐赠给芬兰战争。)
    他后来去美国,在洛斯阿拉莫斯与原子弹研制计划,直到1945年,他担心原子弹带来严重后果,希望与其他盟国分享原子弹秘密,以尽早确保国际控制。他的这些想法使英国首相丘吉尔大为恼火,差一点把他逮捕入狱。
    战后,他回到哥本哈根,把溶化在酸中的黄金沉析出来,重新铸造成奖章。这标志着一场灾难的结束。但另一场灾难来临了,这就是核战争威胁。
    玻尔为促进和平利用原子能作了坚持不懈的努力,组织了1955年在日内瓦召开的第一次和平利用原子能大会。1957年,他被授以首届和平利用原子能奖。
         

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