Нобелевские лауреаты в области физики (стр. 3 из 14)

Бор пережил две войны и грандиозную революцию в физике; он был вовлечен в целый ряд самых неожиданных ситуаций. К нему поступали секретные послания, ему удалось ускользнуть от нацистов в люке военного бомбардировщика, он занимался подпольной деятельностью, стремясь спасти видных ученых от преследования фашистов, ряд лет жил под вымышленным именем. Немногие детективы могут сравниться с приключениями этого скромного профессора.

Яркая биография, история гениальных открытий, полная драматизма борьба против нацизма, борьба за мир и мирное использование атомной энергии — все это привлекало и будет привлекать внимание к великому ученому и прекраснейшему человеку.

Н. Бор родился 7 октября 1885 г. Он был вторым ребенком в семье профессора физиологии Копенгагенского университета Христиана Бора.

Семи лет Нильс пошел в школу. Учился он легко, был любознательным, трудолюбивым и вдумчивым учеником, талантливым в области физики и математики. Не ладилось только у него с сочинениями по родному языку: они были у него слишком короткими.

Бор с детства любил что-нибудь конструировать, собирать и разбирать. Его всегда интересовала работа больших башенных часов; он готов был подолгу наблюдать за работой их колес и шестерен. Дома Нильс чинил все, что нуждалось в ремонте. Но прежде чем разобрать что-либо, тщательно изучал функции всех частей.

В 1903 г. Нильс поступил в Копенгагенский университет, годом позже туда поступил и его брат Харальд. Вскоре за братьями укрепилась репутация очень способных студентов.

В 1905 г. Датская академия наук объявила конкурс на тему: «Использование вибрации струи для определения поверхностного натяжения жидкостей». Работа, рассчитанная на полтора года, была очень сложной и требовала хорошего лабораторного оборудования. Нильс принял участие в конкурсе. В результате напряженной работы была одержана первая победа: он стал обладателем золотой медали. В 1907 г. Бор закончил университет, а в 1909 г. его работа «Определение поверхностного натяжения воды методом колебания струи» была напечатана в трудах Лондонского Королевского общества.

В этот период Н. Бор начал готовиться к сдаче магистерского экзамена. Свою магистерскую диссертацию он решил посвятить физическим свойствам металлов. На основе электронной теории он анализирует электро- и теплопроводность металлов, их магнитные и термоэлектрические свойства. В середине лета 1909 г. магистерская диссертация в 50 страниц рукописного текста готова. Но Бор не очень ею доволен: в электронной теории он обнаружил слабые места. Однако защита прошла успешно, и Бор получил степень магистра.

После короткого отдыха Бор вновь берется за работу, решив написать докторскую диссертацию по анализу электронной теории металлов. В мае 1911 г. он успешно ее защищает и в этом же году едет на годичную стажировку в Кембридж к Дж. Томсону. Так как в электронной теории у Бора возник ряд неясных вопросов, то он решил свою диссертацию перевести на английский язык, чтобы Томсон мог ее прочитать. «Меня очень волнует мнение Томсона о работе в целом, а также его отношение к моей критике»,— писал Бор.

Знаменитый английский физик любезно принял молодого стажера из Дании. Он предложил Бору заняться положительными лучами, и тот принялся за сборку экспериментальной установки. Установка вскоре была собрана, но дело дальше не пошло. И Нильс решает оставить данную работу и заняться подготовкой к изданию своей докторской диссертации.

Однако Томсон не спешил прочитать диссертацию Бора. Не только потому, что вообще не любил читать и был страшно занят. Но и потому, что, будучи ревностным приверженцем классической физики, почувствовал в молодом Боре «инакомыслящего». Докторская диссертация Бора так и осталась ненапечатанной.

Трудно сказать, чем бы все это кончилось для Бора и какой оказалась бы его дальнейшая судьба, не будь рядом молодого, но уже ставшего лауреатом Нобелевской премии профессора Эрнеста Резерфорда, которого Бор увидел впервые в октябре 1911 г. на ежегодном Кавендишском обеде. «Хотя в этот раз мне не удалось познакомиться с Резерфордом, на меня произвели глубокое впечатление его обаяние и энергия — качества, с помощью которых ему удавалось достичь почти невероятных вещей, где бы он ни работал»,— вспоминал Бор. Он принимает решение работать вместе с этим удивительным человеком, обладающим почти сверхъестественной способностью безошибочно проникать в суть научных проблем. В ноябре 1911 г. Бор побывал в Манчестере, встретился с Резерфордом, побеседовал с ним. Резерфорд согласился принять Бора в свою лабораторию, но вопрос необходимо было отрегулировать с Томсоном. Томсон без колебаний дал свое согласие. Он не мог понять физических воззрений Бора, но, видимо, и не хотел ему мешать. Это было, несомненно, мудро и дальновидно ,со стороны знаменитого «классика».

В апреле 1912 г. Н. Бор приехал в Манчестер, в лабораторию Резерфорда. Свою главную задачу он видел в разрешении противоречий планетарной модели атома Резерфорда. Своими мыслями он охотно делился с учителем, который советовал ему более осторожно производить теоретическое построение на таком фундаменте, каким он считал свою атомную модель. Близилось время отъезда, а Бор работал все с большим энтузиазмом. Он понял, что разрешить противоречия атомной модели Резерфорда в рамках чисто классической физики не удастся. И он решил применить к планетарной модели атома квантовые представления Планка и Эйнштейна. Первая часть работы вместе с письмом, в котором Бор спрашивал Резерфорда, как ему удалось одновременно использовать классическую механику и квантовую теорию излучения, была отправлена в Манчестер 6 марта с просьбой ее опубликования в журнале. Суть теории Бора была выражена в трех постулатах:

1. Существуют некоторые стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает и не поглощает энергии. Этим стационарным состояниям соответствуют вполне определенные (стационарные) орбиты.

2. Орбита является стационарной, если момент количества движения электрона (L=m v r) кратен Ь/2p= h. т. е. L=m v r = n h, где n=1. 2, 3, ... — целые числа.

3. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается один квант энергии hv_nm==W_n—W_m, где W_n, Wm — энергия атома в двух стационарных состояниях, h — постоянная Планка, v_nm — частота излучения.При Wп>Wт происходит излучение кванта, при W_n<W_m — его поглощение.

В своем ответном письме Бору по поводу полученной работы Резерфорд писал: «Ваши мысли относительно причин возникновения спектра водорода очень остроумны и представляются хорошо продуманными, однако сочетание идей Планка со старой механикой создает значительные трудности для понимания того, что же все-таки является основой такого рассмотрения. Я обнаружил серьезное затруднение в связи с Вашей гипотезой, в котором Вы без сомнения, полностью отдаете себе отчет; оно состоит в следующем: как может знать электрон, с какой частотой он должен колебаться, когда он переходит с одного стационарного состояния в другое. Мне кажется, что Вы вынуждены предположить, что электрон знает заблаговременно, где он собирается остановиться».

Статья имела большой объем, и Резерфорд просил ее сократить, И Бор поехал в Манчестер, чтобы на месте решить этот вопрос. Статья была напечатана в мае 1913 г., а Резерфорд долго потом вспоминал эту «забавную баталию, как деликатный датчанин методически теснил его в угол». Бор же продолжал дальше развивать свои идеи: в июне 1913 г. вышла вторая часть работы, в ноябре — третья.

Это был переворот, пусть пока не окончательный, во взглядах физиков на атом. Его дальнейшим углублением явилась квантовая механика. И конечно, теория Бора вызвала яростные дискуссии. Первая публичная дискуссия по теории Бора с участием многих видных физиков состоялась в сентябре 1913 г. Д. Джине, выступая на заседании, сказал: «Доктор Бор пришел к чрезвычайно остроумному, оригинальному и, можно сказать, убедительному толкованию законов спектральных линий... Сегодня единственным важным подтверждением правильности этих предположений является тот факт, что они действуют на практике». Это была огромная поддержка.

Дж. Томсон очень темпераментно оспаривал ряд положений новой теории. Г. А. Лоренц очень внимательно и благожелательно отнесся к новой теории атома. Оценивая происходящее, де Бройль писал: «Громадная заслуга Бора состоит в том, что он ясно понял, что нужно сохранить планетарную модель атома, введя в нее фундаментальные идеи квантовой теории».

В связи с тем что в Копенгагенском университете затягивалось открытие вакансии по теоретической физике, а шаткое положение приват-доцента беспокоило Бора, он осенью 1914 г. принимает приглашение Школы математической физики Манчестера и занимает в ней место доцента. Друзья-манчестерцы с большой радостью встретили Боров после их трудного и опасного переезда в Англию: ведь в это время уже ярко полыхал пожар первой мировой войны. Читая лекции по термодинамике, электромагнитной и электронной теории. Бор по-прежнему много работает над теорией атома. «Если говорить о теории строения атома, то она получила новый толчок в 1914 г., когда были опубликованы знаменитые опыты Франка и Герца по возбуждению атома электронными соударениями», — писал позднее Бор.

Два года проработал Бор в Манчестере, пока не получил в марте 1916 г. приглашение из Копенгагена занять должность профессора по теоретической физике. В сентябре Бор стал профессором Копенгагенского университета, чуть позднее — председателем Датского физического общества, в 1917 г.—членом Датского Королевского общества (Датская академия наук).