научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

НИЛЬС БОР

Нильс Бор

ХХ век стал временем выдающихся научных достижений, в том числе в области физики. Одно из наиболее ярких научных имен ХХ века - лауреат Нобелевской премии Нильс Бор, создатель первой квантовой теории атома, один из основателей квантовой механики.

ОТЕЦ НИЛЬСА БОРА - ХРИСТИАН БОР, ШИРОКО ИЗВЕСТНЫЙ БЛАГОДАРЯ своим научным достижениям, был профессором физиологии Копенгагенского университета. Вокруг него концентрировалась интеллектуальная жизнь датской столицы. Мать - Эллен Адлер была дочерью Д. В. Адлера, банкира и финансиста, основавшего Копенгагенский коммерческий банк. Будучи ученицей Христиана Бора, она вышла за него замуж в 1881 году. Их первым ребенком была дочь Джени. Нильс Хенрик Давид - будущий великий физик родился 7 октября 1885 года, а через полтора года родился Харальд, ставший впоследствии прославленным математиком.

Бор учился в Копенгагенском университете в 1903 - 1907 годах. Получив степень доктора философии в 1911г. за работу по электронной теории металлов, Бор подошел к новым идеям физики ХХ века. В 1912 году он стал приват-доцентом, а в 1914 году - профессором теоретической физики в Манчестерском университете. В 1920 году Бор становится директором созданного им Института теоретической физики при Копенгагенском университете. Позже этот институт был назван в его честь и стал уникальным международным центром общения ученых.

Итак, после завершения образования в 2011 году Бор едет в Кембридж к выдающемуся физику Дж. Дж. Томсону - одному из классиков электронной теории. Горячие научные споры неблагоприятно сказались на дальнейших взаимоотношениях двух ученых, хотя Бор всегда отмечал, что Томсон был "гениальный человек" и что он первым "заговорил об электромагнитной природе электрона". Следующим этапом научного роста Бора стала учеба в Манчестере у Эрнеста Резерфорда. Бор увлекается новыми научными идеями, сменив модель атома Томсона на планетарную модель Резерфорда. Научные эксперименты Резерфорда и на их основе предложенные им идеи имели определяющее значение в те годы.

Становление Бора как ученого проходило в непростое для физики время, однако это не помешало ему продвинуться в исследовании атомного мира. В это время стали открытием квантовая гипотеза Планка, фотоэффект и теплоемкость твердых тел Эйнштейна, а также идеи о планетарном строении атома.

Для объяснения противоречивых сторон микромира Бор нашел новый подход, использовав для объяснения структуры атома новую квантовую теорию, осуществив синтез атомной модели Резерфорда с идеями, основанными на существовании кванта. Был сделан вывод о том, что энергия атома должна быть квантируема и электронным строением атома управляет квант. Эта теория нашла отражение в его работе о строении атома в 1913 году. Была создана теория атома Бора.

РЕВОЛЮЦИОННЫМ ОТКРЫТИЕМ БОРА, ПОРАЗИВШИМ СОВРЕМЕННИКОВ, стало то, что частота излучения у него не связывалась непосредственно с частотой обращения. Это помогло разрешить ряд ключевых вопросов строения атома.

Исходя из квантовой механики Гейзенберга и волновой механики Шредингера, утверждалось, что человек с помощью науки никогда не сможет получить окончательных ответов, касающихся мироздания, если эти ответы требуют абсолютной определенности. В основе науки лежала доктрина, получившая название причинности, т.е. утверждение того, что причина порождает следствие. Открытие того, что законы обычного мира не распространяются на мир атома и подсчеты там - не уверенность, а скорее неопределенность, - потрясло самых авторитетных физиков. В результате этого важного прорыва в науке картина мира получилась расплывчатой и неопределенной. Бор, приведший физику к этой дилемме, нашел выход. К весне 1927 года Бор, Гейзенберг и Паули завершили свою работу. Об этой уникальной теории Бора-Гейзенберга Дирак сказал: "Она в корне изменила понимание мира физиками; пожалуй, такого потрясения наука не знала за всю свою историю".

Бор исходил от одного постулата и двух парадоксов. Постулат - атомный мир не есть то же самое, что мир, видимый нами. Это вело к первому парадоксу. Классическая механика и релятивистская физика утверждали, что по известным величинам скорости и промежутка времени можно определить положение частицы в пространстве. Что же касается атомного мира, если электрон будет вращаться с определенной скоростью по своей орбите, нельзя утверждать, что в определенное время он окажется в определенном месте. Бор объяснил, что причина этого заключается в том, что мы не можем наблюдать электрон, не нарушив его состояния. Гейзенберг показал, что луч света, направленный наблюдателем, изменит направление движения электрона и его скорость.

Не менее удивителен и второй парадокс - проблема волновой природы частиц. Было доказано, что электрон - это частица, но де Бройль и Шредингер показали, что он ведет себя как волна. И оба представления существуют, хотя они практически взаимоисключаемые. Соотношения, полученные Бором и Гейзенбергом, показывали, что точно может быть определена либо скорость атома, либо его положение в пространстве. Установить же одновременно и то и другое - невозможно. Также не существует способа для определения орбиты электрона вокруг атомного ядра.

Нильс БорБОР ВОСПОЛЬЗОВАЛСЯ ОБОИМИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯМИ И ПОЛУЧИЛ, ЧТО сведения о положении частицы мы дополняем знанием о его скорости, а представление об электроне как частице - пониманием его как волны. С теорией дополнительности не мог примириться Эйнштейн. Он подшучивал над Бором с его теорией вероятности: "Неужели вы в самом деле думаете, что Господь Бог играет в кости?" Бор отвечал в том же духе: "А по-вашему, разве не следует проявить осторожность в описании на простом человеческом языке поступков Господа Бога?"

В наше время существуют две главные физические теории - теория относительности и квантовая теория - из которых получили развитие два понятия: понятие относительности и понятие дополнительности. Первое понятие использовалось в прежней физике, в то время как теория дополнительности появилась с квантовой теорией и опубликованием работы Бора о физическом смысле физического аппарата квантовой механики. В этой работе Бор рассмотрел принцип соответствия. Совмещение понятия дополнения и соответствия в квантовой механике доставило физикам затруднения.

Бор рассказывал, что существует два рода истин: истина первого рода такова, что обратное высказывание явно неправильное. Однако существуют и такие глубокие истины, для которых обратные высказывания также оказываются истинными. Гениальность Бора заключалась в том, что он сумел примирить, казалось бы, противоречивые идеи и научные представления, приведя их к правильному результату.

Далее, используя постоянную Планка, Бор ввел теорию атома в кванты. Он указывал на недостатки существующей теории атома, и тогда встал вопрос изучения физической природы квантовых закономерностей. Еще в 1905 году Эйнштейном была выявлена противоречивость в природе света, в которой корпускулярные свойства явления совмещались с волновыми. В то время эта противоречивость была воспринята Эйнштейном всего лишь как эвристическая точка зрения. Бор положил принцип этой противоречивости в основу новой теории физики. Выдвинув смелый постулат о закономерностях состояний атома, Бор определил ряд квантовых правил, один из которых гласил, что электрон, совершая прыжок с одной орбиты на другую, знает, какой квант ему нужно испускать. Этого не мог понять Резерфорд. Эйнштейн же об этом сказал: "Это все мне очень понятно, это близко к тому, что я сам мог бы сделать, но если это правильно, то это означает конец физики как науки". В дальнейшем Бор разработал эту свою теорию и нашел ее применение в различных физических и химических явлениях.

В итоге в 1924 - 1927 годах трудами де Бройля, Шредингера, Гейзенберга, Дирака и других была создана квантовая механика. Сконцентрировавшись вокруг Бора, физикам еще предстояло найти увязку противоречивой теоретической части этих физических открытий с миром физическим. В частности, что значит координата электрона? Ведь, будучи волной, у электрона нет координаты. Здесь были те же квантовые скачки, та же проблема, которая вставала в связи со старой теорией атома Бора и теорией фотонов Эйнштейна.

БОР СУМЕЛ ПРИВЕСТИ ВСЮ СХЕМУ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ В СТРОЙНУЮ систему, объяснив, что, имея дело с особенностями микромира, невозможно интерпретировать его в отрыве от макромира, представленного измерительным прибором. В 1927 году Бор создал принцип дополнительности, который имеет такое же фундаментальное значение в квантовой механике, как принцип относительности в теории Эйнштейна. Принцип дополнительности понимался Бором так, что при наблюдении микромира невозможно совместить два разных типа приборов - наблюдение дает либо одну сторону этого микромира, либо другую. Эйнштейн, создавший фундаментальные разделы квантовой теории, неоднократно пытался уязвить концепцию Бора. У них случались горячие споры на эту тему. Таким образом, к началу 30-х годов заканчивается период создания системы физических идей квантовой механики. В дальнейшем Бор занялся проблемой строения ядра.

Нильс Бор снискал большое уважение мировой научной общественности ХХ века. Он был почетным доктором 36 университетов. Как великого мыслителя его не могли не волновать проблемы социальных, общественных и политических сторон жизни. В свете последних открытий в ядерной физике началась работа над созданием атомного оружия. Бор занял активную социальную позицию и тратил много сил, чтобы убедить политических лидеров Запада - Черчилля и Рузвельта в том, что необходимы совместные усилия для предотвращения катастрофического использования силы атома. Однако эти усилия оказались тщетными, политики не услышали Бора. Однако великий ученый продолжал делать все возможное, чтобы направить развитие науки на благо, а не во вред человечеству. Он познавал науку со свойственными ему гениальностью и отчаянием.

Эйнштейн говорил: "Бесспорно, Бор - один из величайших первооткрывателей нашего века в области науки, а его работа по строению атома - это высшая форма музыкальности в области мысли".

Михаил МИРЗОЯН

Опубликовано в Взгляд
Прочитано 78 раз
Оцените материал
(1 Голосовать)

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх