Нильс Бор

// // Научно-популярные материалы //

Нильс Бор был одним из создателей квантовой механики - фундамента физики XX века. Благодаря этой науке, ученые стали лучше понимать явления, которые происходят в микромире атомов, что, в свою очередь, позволило совершить очередной прорыв в развитии техники - создавать транзисторы, микропроцессоры, ядерные реакторы.

Ньютоновское описание мира, неоценимое в классических фундаментальных и прикладных исследованиях, на стыке XIX и XX веков уже было явно недостаточным для описания происходящих в микромире процессов, и ученые стремились проникнуть в тайну строения атома. Направление, которое привело к познанию законов микромира атомов, назвали квантовой механикой.

Этот раздел физики, противоречивший незыблемым постулатам классической физики того времени, особенно бурно стал развиваться в первой половине XX века. Кроме самого Нильса Бора в развитии квантовой механики решающую роль сыграли Альберт Эйнштейн, Вернер Гейзенберг, Эрвин Шрёдингер, Луи Виктор де Бройль, Макс Планк и Макс Борн. После окончания Гаммельхолмской школы молодой Нильс Бор поступил в Копенгагенский университет, где в первую очередь занялся изучением физики. Взяв за основу открытые Томсоном электроны, он защитил докторскую диссертацию по электронной теории металлов, а заняв прочное положение в обществе, обручился с Маргарет Норлунд. В том же году умер его отец. Открыв электроны, Томсон предложил и первую современную модель атома, которую он образно уподобил кексу. Однако вскоре оказалось, что модель Томсона не верна.

Британский физик Эрнест Резерфорд, проводя знаменитые эксперименты с бомбардировкой тонкой золотой фольги альфа-частицами, предположил, что внутри атома находится тяжелое ядро, вокруг которого кружатся электроны. Но и планетарная модель Резерфорда имела один существенный недостаток: она не объясняла, почему отрицательно заряженные электроны в конце концов не падают на положительно заряженное атомное ядро. Согласно законам классической электродинамики и механики, энергия вращающегося по орбите электрона должна постепенно угасать, и после утери энергии он должен упасть на ядро. Устранение этого противоречия было первым великим достижением Бора: вопреки канонам классической физики, датский ученый предположил, что в атоме для электрона существуют такие орбиты, двигаясь по которым он может вращаться без потери энергии. Дальше ученый предположил, что разным орбитам соответствуют и разные уровни энергии.

Огромным успехом, вытекающим из новой модели строения атома, было объяснение спектров рентгеновского излучения химических элементов, в частности водорода. Теория Бора также легла в основу теории электронных пар связанных атомов, предложенной Гилбертом Ньютоном Льюисом и Вальтером Косселем. Однако радость ученых и триумф атомной модели Бора были недолгими. Хотя эта модель прекрасно объединяла теоретические выводы с исследовательскими результатами для одноэлектронного атома водорода, уже для атома гелия, у которого было два электрона, теория Бора не годилась, противореча исследованиям, а вскоре стало понятно, что эта теория неприменима и для всех остальных многоэлектронных атомов.

Однако построение планетарной модели атома, названной моделью Резерфорда-Бора, несомненно, имело большое значение в развитии современной физики. Бор стал профессором теоретической физики в Копенгагенском университете, добился открытия в столице Дании Копенгагенского института теоретической физики и возглавил его. В знак признания заслуг Бора перед современной физикой и за заслуги в изучении строения атомов и испускаемого ими излучения ученому была присуждена Нобелевская премия. 20 годы XX века были отмечены серьезными спорами между ведущими физиками-теоретиками. Нильс Бор сыграл решающую роль в предотвращении кризиса в физике, вызванного, между прочим, недостатками его собственной модели атома.

В конце 1920 годов Бор занялся философским обоснованием квантовой теории - в частности, он развил теорию Луи Виктора де Бройля о дуалистической сущности материи и сформулировал концепцию комплементарности. Он утверждал, что хотя атомы проявляют себя и как волны, и как частицы, для исчерпывающего описания связанных с ними явлений необходимо учитывать оба этих свойства. Развивая эту мысль, Бор спроецировал принцип комплементарности на биохимические жизненные процессы, с чем не согласились многие физики, в том числе и Эйнштейн.

В 1930 годах Бор расширил свои интересы и занялся ядерной физикой, и предложил капельную модель атомного ядра, сформулировал теорию атомного ядра, согласно которой находящиеся в ядре нейтроны и положительно заряженные протоны удерживают в равновесии электроны с таким же, но отрицательным электрическим зарядом. Германия оккупировала Данию. Благодаря своему положению Бор мог не только продолжать свою научную работу, но и защитить многих своих коллег от репрессий. Однако гестапо распорядилось арестовать Бора. Вовремя предупрежденный, ученый успел вместе с семьей скрыться в Швеции, откуда перебрался в США. Создатели секретного Манхэттенского проекта включили Бора в творческий коллектив под именем Николаса Бейкера.

Однако его участие в проекте было скорее символическим, тем более что Бор был противником создания атомной бомбы, а под конец войны предложил для предотвращения гонки вооружений передать Советскому Союзу информацию о ядерном оружии. После окончания II мировой войны Бор вернулся в Данию, где работал в университете. Уйдя на пенсию, он возглавил Датскую комиссию по мирному использованию атомной энергии. Стал первым лауреатом премии «Атомы для мира».