Нильс Бор (полное имя — Нильс Хенрик Давид Бор) — датский физик, который считается одним из самых выдающихся ученых 20-го века. Он первым применил квантовую концепцию, ограничивающую энергию системы определенными значениями. За эту работу он получил Нобелевскую премию по физике в 1922 году. Его многогранная роль в происхождении и развитии квантовой физики может быть его самым важным вкладом, но на протяжении его долгой карьеры его участие было значительно шире, как внутри, так и за пределами мира физики.
Ранние годы
Нильс Бор родился в столице Дании, Копенгагене 7 октября 1885 года в состоятельной семье. В школе Нильс увлекался спортом, затем его интерес сместился в область физики. Поступив в Копенгагенский университет в 1903 году, Бор никогда не сомневался, что будет изучать именно физику. Научные исследования и преподавание в этой области проводились в тесных помещениях политехнического института, арендованного для этой цели университетом.
Модель атома Резерфорда-Бора
Первый вклад Бора в зарождающуюся новую идею квантовой физики начался в 1912 году во время исследований в Манчестерском университете. Только годом ранее английский ученый Резерфорд и его коллеги экспериментально установили, что атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра с существенно более легкими отрицательно заряженными электронами, кружащимися вокруг него на значительном расстоянии.
Согласно классической физике, такая система была бы неустойчивой, и Бор описал процессы в статьях, опубликованных в философском журнале в 1913 году, что электроны могут занимать только определенные орбиты, определяемые квантом действия, и что электромагнитное излучение от атома происходит только тогда, когда электрон прыгает на орбиту с более низкой энергией. Хотя радикальная и неприемлемая для большинства физиков в то время, атомная модель Бора была в состоянии объяснить постоянно увеличивающееся количество экспериментальных данных, начиная с спектральных линейных рядов, испускаемых водородом.
В модели атома Бора электроны движутся по определенным круговым орбитам вокруг ядра. Орбиты помечены целым числом, квантовым числом n. Электроны могут прыгать с одной орбиты на другую, производя или поглощая энергию.
Бор стремился применить свою теорию к пониманию периодической таблицы элементов. Он улучшил этот аспект своей работы в начале 1920-х годов, к этому времени он разработал сложную схему построения периодической таблицы, добавляя электроны один за другим в атом в соответствии с его атомной модели. Когда Бор был удостоен Нобелевской премии за свою работу в 1922 году, венгерский физик-химик Георг Хевеси вместе с физиком Дирком Костером из Голландии работали в институте Бора, чтобы установить экспериментально, что еще не открытый атомный элемент 72 будет вести себя так, как предсказано теорией Бора. Они преуспели в 1923 году, тем самым доказав как силу теории Бора, так и истинность на практике слов Бора на инаугурации Института о важной роли эксперимента. Элемент был назван hafnium (Копенгаген на латыни).
В начале 1930-х годов Бор снова нашел применение своим способностям к сбору средств и своему видению плодотворного сочетания теории и эксперимента. Он понял, что исследовательский фронт в теоретической физике переходит от изучения атома в целом к изучению его ядра. Бор обратился в Фонд Рокфеллера, чья программа «Экспериментальная биология». Вместе с Хевеси и датским физиологом Августом Крогом Бор обратился за поддержкой для создания циклотрона – своего рода ускорителя частиц, недавно изобретенного Эрнестом О. Лоуренсом в США-как средство для проведения биологических исследований.
Хотя Бор намеревался использовать циклотрон главным образом для исследований в области ядерной физики, он мог бы также производить изотопы элементов, участвующих в органических процессах, что позволило бы, в частности, распространить метод радиоактивных индикаторов на биологические цели. Помимо поддержки со стороны Фонда Рокфеллера, средства на циклотрон и другое оборудование для изучения ядра были также предоставлены Бору из датских частных источников.
Атомная бомба
После открытия деления Бор был хорошо осведомлен о теоретической возможности создания атомной бомбы. Однако, как он объявил на лекциях в Дании и Норвегии незадолго до немецкой оккупации обеих стран в апреле 1940 года, он считал, что на практике применить теорию не получится, поэтому спокойно сказал, что бомбу создать невозможно. Даже когда Гейзенберг во время своего визита в Копенгаген в 1941 году рассказал Бору о своей роли в немецком проекте атомной бомбы, Бор не дрогнул от этого убеждения, считая это всего лишь попытками создать не создаваемое.
В начале 1943 года Бор получил секретное сообщение от своего британского коллеги Джеймса Чедвика, приглашающего Бора присоединиться к нему в Англии для выполнения важной научной работы. Хотя письмо Чедвика было сформулировано расплывчато, Бор сразу понял, что работа была связана с разработкой атомной бомбы. Все еще убежденный в невозможности осуществления такого проекта, Бор ответил, что в оккупированной Дании в нем ощущается большая потребность. Осенью 1943 года, политическая ситуация в Дании резко изменилась после того, как сотрудничество датского правительства с немецкими оккупантами раскрылось.
После предупреждения о неминуемом аресте Бор сбежал на лодке со своей семьей через узкий пролив в Швецию. В Стокгольме приглашение в Англию было повторено, и Бор был доставлен военным самолетом в Шотландию, а затем в Лондон. Лишь несколько дней спустя к нему присоединился его сын Оге, ставший выдающимся физиком и лауреатом Нобелевской премии.
После того, как Бор был проинформирован о состоянии проекта атомной бомбы союзников по прибытии в Лондон, он сразу же передумал о его осуществимости. Обеспокоенный соответствующим проектом, разрабатываемым в Германии, Бор охотно присоединился к союзническому проекту. Принимая участие в течение нескольких недель в работе в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, по разработке атомной бомбы, он внес значительный технический вклад, в частности в разработку так называемого инициатора плутониевой бомбы.
Нильсу Бору было разрешено вернуться домой только после того, как атомная бомба была сброшена на Японию в августе 1945 года.
В Дании его встретили как героя, некоторые газеты даже приветствовали его с гордостью как датчанина, который изобрел атомную бомбу. Он принимал активное участие в создании исследовательского центра в Рисо, недалеко от Роскилла, всего в нескольких километрах от Копенгагена, На международном уровне Нильс принимал участие в создании ЦЕРНа, Европейского экспериментального центра физики элементарных частиц близ Женевы, Швейцарии, а также Северного Института атомной физики (Nordita), примыкающего к его институту. Бор оставил непревзойденное научное наследие, а также Институт остается одним из ведущих центров теоретической физики в мире.
Выдающийся физик скончался в результате сердечного приступа 18 октября 1962 года в Копенгагене. Его наследие живет до сих пор, и Дания может по праву гордиться своим земляком.
