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尼尔斯·玻尔——原子理论的创立者

时间:2010-04-09 17:05:42  来源:  作者:

1885年10月7日,尼尔斯·玻尔(N. Bohr,1885-1962)出生于丹麦首都哥本哈根。玻尔从小就受到很好的抚育和教育。母亲爱伦“把她温暖的光辉照射到每一事务上,她对关键问题具有完全决定的主意,而且在采取主动和有力的行动方面也是不含糊的。”[1] 母亲的性格对玻尔的影响很大。

  玻尔的父亲是国际知名生理学家,于1886年被聘为哥本哈根本大学的教授。他不仅对实验工作一丝不苟,而且始终对现象的理论解释保持浓厚的兴趣,经常和哲学教授、物理学教授等聚会,谈论各式各样的问题。玻尔从懂事时就开始旁听,父辈的言论对玻尔起到了潜移默化的作用。

  父亲一直关注玻尔的成长,玻尔稍大时就和父亲讨论科学问题及其他问题。玻尔天赋很高,他很小时父亲就看出了这一点,并曾说过“我是银子,但尼尔斯是金子。”[1] 玻尔在小学时已经是一个思想敏锐的学生,到了高年级,他在科学方面的才能越发显现,能发现教材上的错误或漏洞。

  1903年,玻尔进入哥本哈根大学的数学和自然科学系,主修物理学,兼修数学、天文学等,教物理学的是继奥斯特

  (H. C. Oersted,1777-1851)、洛仑兹

  (H. A. Lorentz,1853-1928)之后又一位有才能的丹麦物理学家——克瑞斯先森,他既懂理论,又懂实验,还能博采众长。他也是经常和玻尔父亲聚会谈论问题的物理学教授之一,对玻尔影响很大。克瑞斯先森一直担任玻尔的导师,指导玻尔作硕士论文和博士论文,为玻尔打下了很好的物理学基础[2]。

  1909年,玻尔开始准备他的硕士论文,进而着手博士论文。他的硕、博士论文都是关于金属电子论的。当时,金属电子论还处在草创时期,他查阅了大量资料,并对其进行全面的批判研究,抓住每种理论的核心内容,透彻地分析其优缺点,独辟蹊径地提出自己的观点。这段时间的工作使他的研究能力大为提高,也为他今后的研究打下了基础。

  玻尔于1911年9月底到英国的剑桥从事为期一年的博士后研究。本来他希望在汤姆逊(J. J. Thomson,1856-1940)的指导下继续研究金属电子论,然而事与愿违。正当玻尔彷徨苦闷时,

  在曼彻斯特工作得很出色的卢瑟福

  (E.Rutherford,1871-1937)(当时他刚刚根据α粒子散射实验证实了原子核的存在)来到剑桥参加卡文迪什实验室的年度聚餐会,并作了演讲。卢瑟福性格豪爽,富有直观的洞察力和批判性的判断能力,对有希望的年青人非常爱护。玻尔被卢瑟福的性格魅力深深吸引了。1912年3月,玻尔来到曼彻斯特,在那里结识了一些很好的朋友。

  沿每一个方向追索发现原子核所将引起的后果,这是当时整个曼彻斯特集体的兴趣中心。曼彻斯特集体里的赫维斯和达尔文,对玻尔转向原子结构问题的研究起了引导作用。玻尔热衷于理论研究,他的兴趣很快就转向了新原子模型的一般理论涵义[1-2]。

  维也纳物理学家哈斯(A. E. Hass)于1910年在讨论氢原子模型时引入了一条量子公设,英国的天文物理学家尼科耳逊

  (J. W. Nicholson,1881-1955)于1911年把角动量量子化,这些对玻尔可能会有启发。

  1912年6月,玻尔完全投入到原子模型问题中了,在以后的两个月,他不分昼夜地工作,“只有当需要透透空气时才会露面”。[3] 玻尔发展了卢瑟福的有核模型,认为核外电子或是形成电子环,或是按照某种特定的方式排成一种电子团。为了解释为什么会存在原子和分子的稳定的正常态,玻尔引入了一个假说。

  还有一个问题困惑他,即他的模型也像汤姆逊模型那样是辐射而不是稳定的。

  1913年2月7日以后不久,玻尔和刚从哥廷根回国的光谱学专家、他的老同学汉森(H. M. Hamsen)教授谈了他的工作,汉森说“但是它对光谱公式有何话说呢?”这使玻尔开始注意到原子氢光谱的巴尔末公式,他发现“那里有这种很简单是关于氢光谱的东西……而就在那一瞬间,我觉得现在我们就要看到氢光谱是怎么来的了。”[1] 从此,他的理论研究取得了实质性的变化和进展。

  玻尔在1913年分三次发表了长篇论著《论原子构造和分子构造》。他抛弃了经典的辐射理论,主要提出了两条假设:

  ① 定态假设,即电子只能稳定地处在某些分离的状态,离核越远的稳定态,具有越高的能量。处于稳定状态的电子不向外辐射能量;② 频率法则,即电子可在不同定态之间跃迁,只有在定态跃迁的一瞬间才会吸收或发出光(频率为ν),其能量等于定态之间的能量差ΔE,ΔE=hν。

  玻尔这篇论著带来了原子物理学的大发展。

  参考文献

  [1] [美]阿布拉罕·派斯.尼耳斯·玻尔传[M]. 戈革, 译. 上海: 商务印书馆, 2001: 66-67.

  [2] 戈革. 尼尔斯·玻尔——他的生平、学术和思想[M]. 上海: 上海人民出版社, 1985: 45-47.

  [3] [丹麦]尼耳斯布莱依耳. 和谐与统——尼耳斯·玻尔的一生[M]. 戈革, 译. 上海: 东方出版中心, 1998: 65.(责任编辑 王芷)

本文引用地址: http://www.sciencetimes.com.cn/m/user_content.aspx?id=267615
 

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