国际十大物理学家之.docx

国际十大物理学家之-玻尔一人物简介尼玻尔(Niels Bohr，1885-1962），丹麦物理学家。1885年10月7日生于哥本哈根。是原子物理学的奠基人，量子力学哥本哈根学派的创始人，是20世纪第一流的科学家之一。二生平简述玻尔的父亲是一位生理学教授，思想开明。为使两个儿子从小就热爱自然科学，经常与朋友们一起就科学、哲学、文化及政治等问题进行有趣的讨论，以熏陶波尔和它的弟弟海拉德。除此之外，波尔的父亲还极为重视两个儿子的体质，培养他们的体育兴趣。所以，波尔和弟弟在少年时代就成了著名足球运动员，长大以后，他弟弟还进入了国家足球队，而波尔还具有了兵兵球、帆船和滑雪等终身爱好。 玻尔在童年时代是一个行动缓慢、做事专心的孩子。他在学校里各门功课都很好，尤其是物理学和数学。他还酷爱文学，但本族语学得很费力。他一生都用功克服这一困难，花了很多时间一遍一遍地抄写手稿 不管是科学论文、大会发言稿，还是给朋友的信件。这反映了波尔对准确性的迫切要求和使自己的著作能传递尽可能多信息的强烈愿望。为了培养波尔的动手能力，他父亲为他购置了车床和工具。心灵手巧的波尔很快就熟练地掌握了金工技术，并敢于修理一切损坏了的东西，家里的钟表或自行车坏了，都是波尔自己动手修理。 在中学时代，波尔虽然是班里的第一名，但他从来不爱虚荣，甚至不曾为争夺第一名奋斗过。 他思维非常迅速，自然地、毫不拘束地发展着自己的才能，并毫不动摇地选择了自己的道路 做一个物理学家。 1903年，波尔顺利地中学毕业，进入了哥本哈根大学自然科学系。起初，他酷爱在大学的实验室里做实验，到二年级时，他决定参加丹麦皇家科学协会组织的优秀论文竞赛用瑞刊在1873年提出的射流振动法测定获得了卡尔斯堡基金会的一笔助学金，从而有机会到英国剑桥大学卡文迪许实验室，跟随当时最有权威的物理学家J.J汤木生 进行深造。波尔和J.J汤姆逊处得并不融洽，原因是波尔和J.J汤姆逊 第一次见面时就指出了J.J.汤姆逊 一篇论文中一些他认为错误的地方。于是，在1912年春转到了曼彻斯特大学的卢瑟福实验室工作。 实验室里有许多被卢瑟福发现和吸引来的优秀青年人才，如盖革、马考瓦、马斯登、埃万斯、拉歇尔、法扬斯、莫寒莱、海鸟希、查兑克 、达尔文等，波尔和他们相处得非常好，并和其中大部人成了终生朋友。这当中关系最好的，除了卢瑟福之外，就是海鸟希了。这位匈牙利物理学家是一位十分机敏可爱的交谈伙伴，时时处处成为集体的中心。他帮助波尔了解实验室当前大家最关心的问题，熟悉实验室的每个成员，并且海鸟希还精通化学，而波尔正好极需要这方面的知识。 玻尔在卢瑟福的实验室工作了四个多月，于1912年7月底回国，因为他将在8月1日举行婚礼。在卢瑟福实验室工作的四个多用里，波尔收获极大，他对卢瑟福衷心敬重，无论在为人方面还是在治学方面，卢瑟福都是他的楷模。两位伟大的物理学家之间深厚而纯朴的友谊就这样开始了，这一友谊延续了四分之一世纪，直到卢瑟福过早地离世。 1912年9月，波尔到哥本哈根大学担任编外副教授，主讲热力学的力学基础。波尔在讲课中表现出一个教师的非凡才干，不管多难理解的问题，他都讲得清清楚楚、饶有兴趣。上课的同时，波尔继续在理论上进行探索。1913年，他发表了著名论文原子和分子的结构，成为他迈向森严的科学王国的伟大起步。 1914年10月，波尔又应邀到英国曼彻斯特大学任副教授，主讲热力学、运动学、电磁学和电子理论，并继续进行实验研究和原子结构理论及带电粒子制动理论的研究，取得了丰硕的成果。随着波尔声望的不断提高，哥本哈根大学决定为波尔设立理论物理学教授职位，于是，波尔于1916年夏天回国，成为哥本哈根大学理论物理学教授。第二年，他又被选为丹麦皇家科学协会会员。 19l8年11月第一次世界大战结束后，卢瑟福又邀请波尔去担任他们不久前专门设置的哲学博士职务，但波尔为了发展丹麦的物理学研究而婉言谢绝了。1920年9月，在波尔的不懈努力下，哥本哈根大学终于建成了理论物理研究所，这个研究所成了吸引年轻而有富有天才的理论学家和实验物理学家研究原子及微观世界问题的核心。 海森堡、克拉迈尔斯、狄拉克、泡利、赫韦希、哈尔特列、朗道、派耶尔斯等许多杰出的物理学家都先后在这里工作过。在研究所里，波尔充分发挥每个年轻人的才干和独创性，从不借助行政手段进行领导，也不喜欢用指示或命令，因而充满着集体主义和友善精神。环境没有拘束，工作集思广益，解决了许多现代物理学最深奥的课题，形成了著名的哥本哈根学派，而波尔成了这一大学派的领袖。有人问波尔他的学派成功的奥秘何在，波尔回答说：我从来不怕在青年人面前出丑。 波尔的每一天都被工作挤得满满的，即使晚年也像青年时代一样精力充沛，这使许多人感到惊奇。他不习惯使用时间表，从来不按工作计划工作，在节日和假日里也常常工作，甚至从挪威滑雪归来也不止一次地带回突然成熟的思想，在乘船远航时也不停止工作。因此，并不是每个人都能给波尔做助手的。要做他的助手，不仅要有坚强的神经系统，而且要放弃几乎全部的个人自由。因为这位导师在一天24小时内，随时都可能来找你谈一谈有关当前主要问题的复杂性，或者谈一谈他忽然想到的一个什么主意，或者让你帮助他校正某种见解等。 1922年，波尔因对研究原子的结构和原子的辐射所做得重大贡献而获得诺贝尔物理学奖。为此，整个丹麦都沉浸在喜悦之中，举国上下都为之庆贺，波尔成了最著名的丹麦公民。为了支持正义与和平，波尔将自己的诺贝尔金质奖章捐给了芬兰战争。后来，人们又为他募集黄金重铸了一枚，永远陈列在丹麦博物馆里。 1924年6月，波尔被英国剑桥大学和曼彻斯特大学授予科学博士名誉学位，剑桥哲学学会接受他为正式会员，12月又被选为俄罗斯科学院的外国通讯院士。 1927年初，海森堡、玻恩、约尔丹、薛定谔、狄拉克等成功地创立了原子内部过程的全新理论 量子力学，波尔对量子力学的创立起了巨大的促进作用。1927年9月，波尔首次提出了互补原理，奠定了哥本哈根学派对量子力学解释的基础，并从此开始了与爱因斯坦持续多年的关于量子力学意义的论战。爱因斯坦提出一个又一个的想像实验，力求证明新理论的矛盾和错误，但波尔每次都巧妙地反驳了爱因斯坦的反对意见。这场长期的论战从许多方面促进了破尔观点的完善，使他在以后对互补原理的研究中，不仅运用到物理学，而且运用到其他学科。 1933年，希特勒夺取了政权，德国成了法西斯国家，这对于丹麦来说是一个危险的邻邦。波尔不是一个对什么都不关心的人，他既关心政治时事、国家生活，也关心国际事件。他对当时法西斯政权实行的种族迫害和政治迫害深感忧愁和愤怒，积极创立和参加了丹麦救援移民委员会，对从德国逃难到哥本哈根的科学家及其他难民，给予了尽力的支持相帮助。 1940年4月，德国侵占了丹麦，丹麦政府宣布投降。美国、英国等许多国家的大学打电报给波尔，邀请波尔全家到他们那里去避难和工作。波尔非常不安，友好的关心和对自己命运的焦虑打动着他的心。但是，这一切都没能动摇他留在自己的岗位 哥本哈根理论物理研究所的决心。 波尔相信，这一切都是暂时的，不久都会过去。因此，不应该陷入苦闷，要坚持下去继续工作，抵抗侵略者，为共同的斗争做出贡献。在以后的一段时间里，波尔日见消瘦，然而他却勇敢地和毫不妥协地坚持着。波尔不隐瞒自己的好恶爱憎，拒绝与侵略者合作并不与支持侵略者的人来往。 1943年9月，希特勒政权准备逮捕波尔，为了避免遭到迫害，波尔在反抗运动参加者的帮助下冒着极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。过了不久，林德曼来电报邀请波尔到英国工作，波尔在乘坐一架小型飞机飞往英国的途中几乎因缺氧而丧生。在英国待了两个月后，根据美国总统罗斯福和英国首相丘吉尔签署的魁北克协议，美国和英国物理学家应密切合作共同工作。于是波尔被任命为英国的顾问与查德威克等一批英国原子物理学家远涉重洋去了美国，参加了制造原子弹的曼哈顿计划。波尔由于担心德国率先造出原子弹，给世界造成更大的威胁，所以也和爱因斯坦一样，以科学顾问的身分积极推动了原子弹的研制工作。 但他坚决反对在对日战争中使用原子弹，也坚决反对在今后的战争中使用原子弹，始终坚持和平利用原子能的观点。他积极与美国和英国的国务活动家取得联系，参加了禁止核实验，争取和平、民主和各民族团结的斗争。对于原子弹给日本造成的巨大损失，他感到非常内疚，并为此发表了科学与文明和文明的召唤两篇文章，呼吁各国科学家加强合作，各平利用原子能，对那些可能威胁世界安全的任何步骤进行国际监督，为各民族今后无忧无虑地发展自己的科学文化而斗争。 1945年8月20日，波尔又回到了丹麦，继续担任理论物理研究所所长，并被重新选为丹麦皇家科学协会主席。在以后的日子里，波尔不仅积极参加和领导原子物理的理论研究，而且继续致力于发展原子能的和平利用。随着时间的推移，波尔为争取和平事业和国际合作而进行的斗争广为人们所知，他的威信越来越高，影响越来越大了。因此，1957年他理所当然的被授予第一届和平利用原子能奖。 波尔成了丹麦的骄傲，全国广泛举行了庆祝他诞辰60周年和70周年的活动。在庆祝他60周年诞辰时，为他建立了40万克朗的独立基金，以便他用来鼓励各种研究活动。在祝他70周年诞辰时，国王授予他丹麦一级勋章，政府和科协会决定设立铸有他头像的波尔金质奖章，用来奖励那些有卓越贡献的现代物理学家。 波尔在暮年时，仍然积极参加组织活动和社会活动，为巩固各国科学家的国际合作而到处奔波，直到1962年11月18日与世长辞。从此，人们失去了一位天才的科学家和思想家，一位争取世界和平和各国人民相互谅解的战士，一位纯朴、诚实、善良和平易近人的全人类的朋友。世界上许多国家约有关机构给丹麦皇家科学协会发来了无数唔电、信函，沉痛悼念这位科学巨人。 12月14日，隆重举行了纪念波尔的大会，国王夫妇、波尔的妻子、儿子、儿媳及许多波尔的朋友和同事出席了大会。大会的报告介绍了波尔对物理学和哲学的发展所做的不朽贡献，以及他的活动对皇家科学协会的重大意义。夜晚，大家自发地聚集在一起，倾谈对波尔的怀念。 为了纪念波尔，本哈根大学理论物理研究所被命名为尼尔斯波尔研究所。三主要贡献1）玻尔在普朗克能量子和爱因斯坦光量子假说以及卢瑟福原子行星模型的基础上，于1913年以论原子构造和分子构造为题先后分三大部分发表了长篇论文，这就是被人们尊称为原子理论的“伟大的三部曲”。由此建起来的原子的量子论开创了原子理论的新纪元。他的理论对氢原子光谱的频率规律方面做出了圆满的解释，在说明星体光谱中某些线系的起源方面纠正了流行的看法；他的定态概念得到了确切的实验认证，量子跃迁的概念也一直沿用至今，他的某些理论预见也得到了实验证实。1918年玻尔提出了对应原理，由此并结合别人的研究成果，他对各种元素的光谱和X射线谱、光谱线的（正常）塞曼效应和斯塔克效应、原子中电子的分组和元素周期表，甚至分子的形成，都提出了相对合理的理论诠释。由于这些成就，他荣获1992年诺贝尔物理学奖。玻尔有关原子的量子论起到了由经典论通向量子力学的桥梁作用。1925年年轻的德国物理学家海森伯正是通过玻尔的对应原理这一桥梁创立了矩阵力学。2）1921年创建的理论物理研究所在他的领导下，很快成为国际公认的物理研究中心，领导者现代原子物理发展的方向。玻尔善于发现和培养人才，在他周围团结了一大批青年物理学家，如海森伯、泡利、狄拉克等。在他倡导的求实的科学态度合严谨的治学作风的熏陶下，造就出了一大批出色人才，逐渐形成了举世闻名的“哥本哈根学派”。半个世纪以来，玻尔研究所培养了一大批杰出的物理学家，除玻尔本人外，还有9名获得了诺贝尔物理学奖。3）玻尔于1927年提出“互补原理”，指出从各种实验取得的证据不能纳入单一图像，而是包含了既互相排斥又互相补充的两个方面，人们只有而且必须把所有的方面连同有关的条件全部考虑在内才能得到事物的完善描述，比如微观粒子的“粒子性”和“波动性”，就是这样既互斥又互补的两个方面。互补原理对于理解量子力学非常重要，为科学家普遍接受，同时也导致他与爱因斯坦关于决定论的长期讨论。4）1936-1939年玻尔提出了原子核结构的液滴模型及复合核的概念，为这一领域的理论研究奠定了基础。他和惠勒在1939年提出的关于原子核裂变的理论是当时核物理学方面的重要成就，这方面的研究导致了核能大规模释放。玻尔的原子理论给出这样的理论解释和原子图像：1. 电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；2. 可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2的整数倍决定；3. 当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间关系由 Eh给出。h为普朗克常数。h=6.62610(-34)Js。波尔理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律, 大大扩展了量子论的影响，加速了量子论的发展。1915年，德国物理学家索末菲（Arnold Sommerfeld，1868-1951）把玻尔的原子理论推广到包括椭圆轨道，并考虑了电子的质量随其速度而变化的狭义相对论效应，导出光谱的精细结构同实验相符四年谱1911年，24岁的玻尔以论文金属电子论的研究在哥本哈根大学取得了博士学位，他考察了金属中的电子运动，发展和完善了汤姆生和洛伦兹的研究方法，并明确意识到经典理论在阐明微观现象方面的严重缺陷，赞赏普朗克和爱因斯坦在电磁理论方面引入的量子学说1922年起担任哥本哈根大学理论物理研究所所长。曾任丹麦皇家科学院院长和原子能委员会主席。他还是英国皇家学会会员、法国科学院院士以及欧洲许多学术团体成员。玻尔是量子力学创始人之一，哥本哈根学派领袖。科学活动主要在发展原子、分子和原子的量子理论方面。他把经典力学和量子理论结合起来，从而引起原子理论的革命，对量子力学的建立起了重要作用，因而于1922年获诺贝尔物理学奖。还获第一次原子能和平利用奖金，丹麦科学院金质奖章等。1930年起，玻尔继续从事于由量子理论引起的认识论问题，同时还对核物理学这个新领域做出了贡献，并且在分子生物学上也取得重大成就。30年代中期，玻尔提出了关于原子核构成的“液滴模型”、复合核概念，是理解许多核过程的关键手段，特别是1939年在理解重核裂变(一个重核分裂为两个几乎等质量的两部分，并释放巨大的能量)的实质中起了重要作用。促进了重核裂变的发现和原子核能的研究 1934年出版的原子理论与自然界描述 1937年夏季，玻尔及其子人玻尔（1922）曾到中国上海、杭州、南京和北平等地访问，表达了对中国人民的友谊1939年任丹麦皇家科学院院长。1943年，由于他的犹太血统和从不隐蔽的反纳粹观点，他受到立即逮捕的威胁。玻尔和妻子、家人，由丹麦地下抵抗运动(组织)深夜用渔船送到瑞典。几天后，英国政府派一架没有武装的蚊式轰作机到瑞典，玻尔就这样通过戏剧性的飞行飞到英国，在飞行中他差一点丧命。在以后两年中，玻尔和他的一个儿子奥格一起参加了英美联合研制原子弹的工作。奥格以后继承父业，是一位理论物理学家，主持了理论物理研究所，也获得了诺贝尔物理学奖。他们在英国工作了几个月，就和英国的研究组一起搬到了美国新墨西哥州的