戴威[丹麥物理學家]

尼爾斯·亨利克·戴威·玻爾(Niels Henrik David Bohr,1885~1962)丹麥物理學家。1885年10月7日生於哥本哈根。7歲入國小後成績一貫優異,敢於公開指出教材或教師講課中的差錯。從小愛好足球,身體很好,也擅長手工,他說過:“我是像一個哲學家和一個工匠那樣地對物理學發生興趣的。

概述

父親是哥本哈根大學生理學教授,戴威少年時經常隨父親參加每周星期五丹麥科學家的家庭學術性聚會,受到了許多潛移默化的科學黛陶。18歲時進入哥本哈根大學的數學和自然科學系,主修物理學。大學低年級時參加哲學課外小組“黃道社”,積極地參加各種問題的討論。大學二年級時他熱衷於研究水的表面張力問題,他自己設計與製造儀器,吹制玻璃管,做完一次實驗往往需要若干小時。在精確測定的基礎上,他參加了丹麥皇家科學院的有獎徵文,他用振動射流法對水的表面張力進行實驗和理論方面的研究,獲得金質獎章。1909年獲該校碩士學位。

生平

1911年以論文《金屬電子論的研究》獲博士學位。同年9月,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.湯姆孫見面時,就操著不熟練的英語把他論文中批評湯姆孫的段落當面指出,使導師大為光火,因而給以冷遇。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,隨即乾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。

研究方向

他從研究不同的鋁片對已射線的吸收問題開始,思考原子結構問題,並超負荷地全力工作。在這裡他參加了盧瑟福的科學集體,並和盧瑟福建立了長期的親密關係。當時人們對原子內部結構知之極少,只停留在光譜學和化學元素周期表的經驗水平上。同時,按照盧瑟福的有核模型,明顯地出現了正常狀態下原子和分子的穩定性問題。不突破經典理論的框架。這一矛盾是難以解決的。1912年7月,他嘗試著把量子概念和有核模型結合起來,寫了一份論文提綱給盧瑟福。這一提綱後來被史學界稱為《盧瑟福備忘錄》。

任職

1912年9月,他受聘在哥本哈根大學任教。他利用業餘時間奮發努力,形成了自己的理論。1913年7月起,他以《論原子構造和分子構造》為題,連續三次在英國之哲學雜誌上發表論文,後來被稱為“偉大的三部曲”。這篇論文的三大部分是:“正法對電子的束縛”,“只包含單獨一個原子核的體系”,“包含多個原子核的體系”。論文提出了五條公設(後來一般教材中歸納為三條)。在玻爾的原子理論中,最重要的是引入了“定態”和“躍遷”這兩個全新的概念。“定態”概念把經典物理學在一定邊界條件和初始條件下所允許的各種連續狀態進行篩選,只允許某些分立狀態存在,從而排除了定態之間的其他狀態,形成若干鴻溝。

榮譽

“躍遷”(最初叫“過渡”)則把一個定態到另一定態的變化看作一種突然的、整體的、不需時間的行為,不允許經典物理那種逐漸的、連續的、分階段動作。兩個狀態之間的能量差形成了原子發射和吸收光的機制。這兩個新概念解釋了原子世界中原來互不關聯的許多實驗事實,如C粒子大角度散射,氫原子線光譜的各種公式。不同元素的X射線譜等、玻爾理論促進了新話線系(如賴曼系)的尋求和概括,核算了里德伯常量。天文學上發現的星體上的某些譜線(皮克林系)原來人們認為是屬於氫原子,玻爾理論指出應屬於氦原子並得到了實驗驗證。J.夫蘭克和G.赫茲通過碰撞測出原子的“電離能”,戴威指出這是原子的“激發能”,由此可以肯定地證明原子定態的存在。玻爾的成功使他1916年(31歲)擔任了哥本哈根大學教授,1917年被選為丹麥科學院院士。

原理

為了克服說明其他元素光譜時遇到的困難,並且進一步解釋光譜線的強度、偏振以及原子其他諸多性質。說明元素周期表的構成等,1918年玻爾提出了對應原理,它的大意是說:在同一問題的經典理論與量子理論之間,總可以從形式上找到相對應的類比關係。他認為:對一個周期性體系來說用經典理論(如用經典廣義坐標中的傅立葉係數)來描述周期性體系的運動,和用量子理論(如體系的躍遷機率)來描述時,兩者存在著簡單的對應關係。這一理論後來導致了海森伯矩陣力學的發展。玻爾利用這一原理,合理地解釋了眾多的現象,如各元素的光譜與X射線譜、原子中電子的組態和元素周期表等。1922年12月,玻爾由於上述這些成就榮獲諾貝爾物理學獎。

1921年,戴威倡議並建立了哥本哈根大學理論物理學研究所,並領導這一世界性的科學中心40年,形成著名的哥本哈根學派,在量子力學的發展中起著獨特的作用,取得了許多重大的成果,並培養出大批優秀的學者。例如,玻爾的對應原理導致了海森伯矩陣力學的形成;在相互的啟發鼓勵下湧現了玻恩對波函式的機率詮釋;海森伯的不確定原理;以及後來玻爾提出的互補原理等。30年代中期,玻爾還提出了關於原子核構成的“液滴模型”、複合核概念等,促進了重核裂變的發現和原子核能的研究。

人品

戴威待人誠懇,善於激發年輕科學家們的科學熱情。1961年訪蘇時,他的學生之一朗道問他有什麼秘訣把許多才華橫溢的青年團結在自己周圍?他說:“沒有什麼秘訣,只是我不怕在他們面前顯露我的愚蠢。”他在丹麥被納粹占領期間,堅決不參加傀儡政府組織的活動,而和地下愛國組織密切合作,組織專門機構營救被希特勒迫害的德、意等國大批知識分子。1943年,他逃脫了德軍的逮捕,經瑞典轉赴英、美參加了英美聯合研製核子彈的工作。他擔心核武器出現後如何保衛世界和平問題,為此而奔走呼號。1950年他為此發表了《致聯合國的公開信》。在他倡議下玻爾建立並領導了歐洲核子研究中心和北歐原子物理研究所。

中國情結

1937年夏季,戴威及其子奧格·尼爾斯·玻爾(1922~)曾到中國上海、杭州、南京和北平等地訪問,表達了對中國人民的友誼。1947年他親自設計了自己的族徽,其中心圖案是中國的古代八卦“太極圖”形象地表示了他的互補思想。

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