Нилс Бор (Niels Henrik David Bohr)
7 октомври 1885 г. – 8 ноември 1962 г.
Нобелова награда за физика, 1922 г.
(За заслуги в изследването на строежа на атомите и на тяхното излъчване.)
Датският физик Нилс Хенрик Давид Бор е роден в Копенхаген и е второто от трите деца на Кристиан Бор и Елен (Адлер) Бор. Баща му е известен професор по физиология в Копенхагенския университет; майка му произлиза от еврейско семейство, добре известно сред банковите, политическите и интелектуалните кръгове. Домът им е център на доста оживени дискусии по животрептящи научни и философски въпроси и по време на целия си живот Бор размишлява над философските изводи от своята работа. Той учи в Хамелхолмското граматическо училище в Копенхаген и го завършва през 1903 г. Бор и брат му Харалд, който става известен математик, са по време на ученическите си години запалени футболисти; по-късно Нилс се увлича от каране на ски и ветроходство.
Като студент по физика в Копенхагенския университет, където става бакалавър през 1907 г., Бор е признат за необичайно способен изследовател. Дипломният му проект, в който определя повърхностното налягане на водата по вибрациите на водната струя, му донася златен медал на Датската кралска академия на науките. Степента магистър получава в Копенхагенския университет през 1909 г. Докторската му дисертация за електроните в металите се смята за майсторско теоретично изследване. Сред всичко останало в нея се разкрива и неспособността на класическата електродинамика да обясни магнитните явления в металите. Това изследване помага на Бор да разбере през ранния стадия на научната си дейност, че класическата теория не може да опише напълно поведението на електроните.
След като получава докторска степен през 1911 г., Бор отива в Кеймбриджкия университет в Англия, за да работи с Дж.Дж.Томсън, който открива електрона през 1897 г. Наистина, по това време Томсън вече се занимава с други теми, и показва слаб интерес към дисертацията на Бор и съдържащите се в нея изводи. Но по това време Бор започва да се интересува от работата на Ърнест Ръдърфорд в Манчестърския университет. Ръдърфорд и колегите му изучават въпросите, свързани с радиоактивността на елементите и строежа на атома. Бор заминава за Манчестър за няколко месеца в началото на 1912 г. и се потапя енергично в тези изследвания. Той извежда много следствия от ядрения модел на атома, предложен от Ръдърфорд и още неполучил широко признание. В дискусиите с Ръдърфорд и други учени Бор обработва идеите, които го довеждат до създаването на собствен модел на строежа на атома.
През лятото на 1912 г. Бор се връща в Копенхаген и става асистент-професор в Копенхагенския университет. През същата година се жени за Маргрет Норлунт. Семейството има шестима сина, единият от които, Оге Бор, става известен физик.
По време на следващите две години Бор продължава да работи над проблемите, появяващи се във връзка с ядрения модел на атома. Ръдърфорд предполага през 1911 г., че атомът се състои от положително заредено ядро, около което обикалят по орбити отрицателно заредени електрони. Този модел се основавал на представи, намерили експериментално потвърждение във физиката на твърдото тяло, но водел до един трудно разрешим парадокс. Според класическата електродинамика, обикалящият по орбита електрон трябва постоянно да губи енергия, излъчвайки я във вид на светлина или друга форма на електромагнитно излъчване. Със загубата на енергия електронът би трябвало да се приближава по спирала към ядрото и в края на краищата да падне върху него, което би довело до разрушаване на атома. Но в действителност атомите са доста стабилни и следователно се появява пробив в класическата теория. Бор изпитва особен интерес към този очевиден парадокс в класическата физика, защото всичко това напомня прекалено много трудностите, с които се сблъсква при работата си над своята дисертация. Възможното решение на парадокса, смята той, би могло да се намира в квантовата теория.
През 1900 г. Макс Планк изказва предположението, че електромагнитното излъчване на горещо вещество не става на непрекъснат поток, а на съвсем определени дискретни порции енергия. Като нарича през 1905 г. тези единици кванти, Алберт Айнщайн разпростира теорията върху електронната емисия, възникваща при поглъщането на светлина от някои метали (фотоелектрически ефект). Прилагайки новата квантова теория към проблема за строежа на атома, Бор предполага, че електроните притежават разрешени устойчиви орбити, на които не излъчват енергия. Само когато електронът преминава от една орбита на друга, придобива или губи енергия, като величината, с която се променя енергията, е равна точно на енергетичната разлика между двете орбити. Идеята, че частиците могат да имат само определени орбити, е революционна, защото според класическата теория техните орбити могат да се разполагат на всякакво разстояние от ядрото, както планетите могат по принцип да обикалят по каквато и да е орбита около Слънцето.
Макар че изглежда странен и малко мистичен, моделът на Бор позволява да се решат някои проблеми, озадачаващи физиците не от вчера. По-специално тя дава обяснява разделянето на спектрите. Когато светлината на светещ елемент (например нагрят газ, състоящ се от водородни атоми) преминава през призма, не се получава непрекъснат, включващ всички цветове спектър, а последователност от ярки линии, разделени с по-широки тъмни области. Според теорията на Бор всяка ярка цветна линия (всяка отделна дължина на вълната) съответства на светлината, излъчвана от електроните, когато преминават от една разрешена орбита на друга орбита с по-ниска енергия. Бор извежда формула за честотите на линиите в спектъра на водорода, съдържаща константата на Планк. Честотата, умножена по константата на Планк, е равна на енергийната разлика между началната и крайната орбита, между които се извършва прехода на електроните. Теорията на Бор, публикувана през 1913 г., го прави известен; неговият модел на атома се нарича още атом на Бор.
Като оценява важността на постигнатото от Бор, Ръдърфорд му предлага поста на лектор в Манчестърския университет, който Бор заема от 1914 до 1916 г. През 1916 г. той става професор, пост, създаден за него в Копенхагенския университет, където продължава да работи над строежа на атома. През 1920 г. основава Института по теоретична физика в Копенхаген; като се изключи периода през Втората световна война, когато Бор не е в Дания, той ръководи института до края на живота си. Под негово ръководство институтът изиграва водеща роля в развитието на квантовата механика (математическо описание на вълновите и корпускулярните аспекти на материята и енергията). През 20-те години атомният модел на Бор е заменен с по-сложния квантовомеханичен модел, основаващ се преди всичко на изследванията на неговите колеги и студенти. Въпреки това атомът на Бор изиграва съществена роля на мост между света на атомната структура и света на квантовата теория.
Бор пише много произведения, разглеждащи проблемите на епистемологията (познанието), с които се сблъсква съвременната физика. През 20-те години той допринася решително за това, което по-късно е наречено копенхагенска интерпретационна квантова механика. Основавайки се на принципа за неопределеността на Вернер Хайзенберг, копенхагенската интерпретация изхожда от това, че строгите закони за причината и следствието, обичайни за нас в ежедневния макроскопичен свят, са неприложими за вътрешните атомни явления, които може да се тълкуват само във вероятностни граници. Например не може дори по принцип да се предскаже предварително траекторията на електрона; вместо това може да се посочи вероятността на всяка от възможните траектории.
Бор формулира и два от фундаменталните принципа, определили развитието на квантовата механика: принципа за съответствието и принципа за допълнителността. Принципът за съответствието твърди, че квантово-механичното описание на макроскопичния свят трябва да съответства на описанието му в рамките на класическата механика. Принципът за допълнителността твърди, че вълновият и корпускулярният характер на веществото и излъчването представляват взаимно изключващи се свойства, макар че двете представи са необходими компоненти за разбиране на природата. Вълново и корпускулярно поведение може да се прояви при експерименти от определен тип, но смесено поведение не се наблюдава никога. Като приемем съществуването на две очевидно противоречащи си интерпретации, ние сме принудени да не използваме визуални модели - тази мисъл Бор изразява в Нобеловата си лекция. Когато пред нас е светът на атома, казва той, "трябва да бъдем скромни във въпросите си и да се задоволяваме с концепции, които са формални в смисъл, че не включват толкова обичайната за нас визуална картина".
През 30-те години Бор се насочва към ядрената физика. Енрико Ферми със своите сътрудници изучава резултатите от бомбардирането на атомни ядра с неутрони. Заедно с редица други учени Бор предлага капковия модел на атома, съответстващ на много наблюдавани явления. Този модел, при който поведението на нестабилното тежко атомно ядро се сравнява с деляща се течна капка, дава в края на 1938 г. възможност на Ото Р. Фриш и Лиза Майтнер да разработят теоретичната основа за деленето на ядрото. Откриването на деленето в навечерието на Втората световна война веднага дава храна за догадки как с негова помощ може да се освобождава колосална енергия. По време на посещението си в Принстън в началото на 1939 г. Бор определя, че един от изотопите на урана, уран 235, е поддаващ се на делене материал, което оказва съществено влияние върху разработката на атомната бомба.
През войната, по време на германската окупация на Дания, Бор продължава да работи в Копенхаген над теоретичните детайли за деленето на ядрото. Но през 1943 г., предупреден за предстоящ арест, заминава със семейството си за Швеция. Оттам заедно със сина си Оге лети за Англия в празно бомбено отделение на британски военен самолет. Макар че Бор смята създаването на атомната бомба за технически неосъществимо, работа в тази насока вече е започнала в Съединените щати и съюзниците имат нужда от неговата помощ. В края на 1943 г. Нилс и Оге заминават за Лос Аламос за участие в работата по Манхатънския проект. Бор прави редица технически разработки при създаването на бомбата и се смята за старейшина сред многото учени, работещи там. Но в края на войната го вълнуват последиците от използването на атомната бомба в бъдеще. Той се среща с президента на САЩ Франклин Д. Рузвелт и министър-председателя на Великобритания Уинстън Чърчил, опитвайки се да ги убеди да бъдат открити и откровени със Съветския съюз за новото оръжие, а също така настоява за установяване на система за контрол над въоръженията в следвоенния период. Но усилията му не се увенчават с успех.
След войната Бор се връща в Института за теоретична физика, който се разширява под негово ръководство. Той помага да се основе ЦЕРН (Европейски център за ядрени изследвания) и играе активна роля в научната му програма през 50-те години. Взема участие и при основаването на Нордическия институт за теоретична атомна физика (Нордита) в Копенхаген - обединен научен център на скандинавските държави. През тези години Бор продължава да се изказва в пресата за мирно използване на ядрената енергия и предупреждава за опасностите от ядреното оръжие. През 1950 г. изпраща отворено писмо до ООН, повтаряйки своя призив от военните години за "отворен свят" и международен контрол на въоръженията. За усилията си в тази насока получава първата награда "За мирен атом", учредена от фонда Форд през 1957 г.
Като стана на 70 години, възраст за задължителна оставка, Бор напуска през 1955 г. поста професор в Копенхагенския университет, но остава ръководител на Института за теоретична физика. През последните години от живота си продължава да допринася за развитието на квантовата физика и проявява силен интерес към новата научна област молекулярна биология.
Висок на ръст, с голямо чувство за хумор, Бор е известен със своето дружелюбие и гостоприемство. "Доброжелателният интерес към хората, проявяван от Бор, правеше личните отношения в института да приличат много на семейни" - спомня си Джон Кокрофт в своите биографични бележки за Бор. Веднъж Айнщайн казва: "Това, което привлича удивително в Бор като учен-мислител, е рядката смесица от смелост и предпазливост; малцина притежават такава способност да схващат интуитивно същността на скритите неща, съчетавайки това с изострен критицизъм. Той без съмнение е един от най-великите умове на нашия век". Бор умира в дома си в Копенхаген от сърдечен пристъп.
Бор е член на повече от двадесет водещи научни дружества и е президент на
Датската кралска академия на науките от 1939 г. до края на живота си. Освен
Нобелова награда получава висши награди на много водещи световни научни
дружества, сред които медала Макс Планк на Немското физическо дружество
(1930 г.) медала Копли на Лондонското кралско дружество (1938 г.).
Носител е на почетни научни степени на водещи университети, сред които
Кеймбридж, Манчестър, Оксфорд, Единбург, Сорбоната, Принстън, Харвард и
Рокфелеровия център.
Превод от руски: Павел Б. Николов
