尼尔斯 波尔介绍

尼尔斯波尔

（因研究从原子发出的辐射所做的贡献获奖）

尼尔斯波尔1885年10月7日生于哥本哈根。父亲是哥本哈根大学生理学教授，尼尔斯波尔上中学时父亲就尽力启发他对物理学的兴趣。1903年进入哥本哈根大学并在大学读书期间尼尔斯波尔获得了哥本哈根科学院颁发的奖金。这项工作是在他父亲的实验室里完成的，他用振动射流方法对表面张力进行了实验和理论上的研究，研究成果发表在1980年的英国《皇家学会会刊》上。他1909年获物理学硕士学位，1911年获博士学位。1911年，他到英国剑桥大学卡迪文什实验室学习和工作，几个月后，又到卢瑟福的实验室工作了4个月，其实正直卢瑟福组织大家对有核原子模型理论进行检验。尼尔斯波尔参加了整理数据和撰写论文的工作。他就这样在关键的时刻参加到卢瑟福的工作并成为这个实验室的理论核心人物。 1913年，尼尔斯波尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，提出定态跃迁原子模型理论，对氢光谱的巴尔末系做出了满意的解释，这是原子理论和量子理论发展中的一个重要里程碑。

1921年起尼尔斯波尔出任哥本哈根理论物理学研究所所长。1939年在美国参加原子弹研制工作1945年任丹麦原子能委员会主席。1962年11月18日在哥本哈根去世，享年77岁。 在他领导下，哥本哈根理论物理研究所成为世界上活跃的学术中心之一，在这里培养了一大批物理学家，逐渐形成了以他的思想为核心的哥本哈根学派，这个学派在形成和发展量子力学理论体系方面发挥了巨大作用。人们公认他是量子力学正统学派的学说领头人。

尼尔斯波尔的主要科学著作：《光谱和原子结构理论》（The Theory of Spectra and Atomic Constitution:Three Essays），Cambridge:Cambridge U.Press，1922;《尼尔斯 波尔文集》（Niels Bohr:Collected Works）North-Holland Publ.Co.,1972;《原子论和对自然的描述》，商务印书馆，1964；《原子结构》，《诺贝尔奖获得者奖集 物理学》第二卷，科学出版社，1984年，6~36页。

波尔定态跃迁原子模型理论的提出

20世纪初物理学革命的重大成果之一就是建立了量子论。1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量子概念，为量子理论奠下了基石。随后，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子假说，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，为量子理论的发展打开了局面。光谱学在19世纪末得到了长足的发展，继巴尔末发现氢光谱的巴尔末系公式之后，里德伯和里兹先后提出了光谱系理论和合并原理，光谱的规律性明显地带来了发自原子内部的信息。1897年，J,J.汤姆生根据阴极射线的实验发现了电子，1911年卢瑟福从A射线的大角度散射实验的反常结果发现原子核。量子论、光谱系和原子核的发现这三条线索汇集到了一起，这就为把量子论运用于原子结构研究提供了理论和实验的基础。三条线索可以用图2-22-2表示。

尼尔斯 波尔是在作博士论文时接触到量子论的。他的博士论文是用电子论理解金属特性。在这项工作中，尼尔斯 波尔第一次得到了普朗克关于辐射量子论的启发，使他认识到在处理原子规模的系统时，经典理论往往会得到与实际不符的结论，有必要引入一个异于经典电磁理论概念的量，这个量就是普朗克常量。

1911年，尼尔斯 波尔到英国剑桥大学卡迪文什实验室在J.J.汤姆生的指导下学习和工作，正好这时曼切斯特大学的卢瑟福发现了原子核。卢瑟福原来也是卡文迪什实验室的研究生。有一天，卢瑟福回到卡文迪什实验室，向研究人员报告自己的新发现，当时卢瑟福还没有明确地提出原子中心有核，只是根据A粒子大角度散射的实验结果判定原子内部的正电荷必须是集中在中心位置，否则就无法解释比电子重数千倍的带正电荷的A粒子为什么会以很大的概率被原子反弹，卢瑟福面临的最大的困难是如果正电荷集中在原子中心，带负电的电子为什么还能稳定地呆在原子的外层，为什么不会因为辐射能量而缩小轨道半径？所以从经

典理论来看，卢瑟福的有核原子模型不符合经典理论的稳定性要求，或者说，这个模型在经典理论来看是站不住脚的。尼尔斯 波尔很有兴趣地听了卢瑟福的报告，对卢瑟福根据实验结果大胆地作出原子有核的决断深表钦佩，也很了解卢瑟福困难的处境，于是向卢瑟福表示希望到卢瑟福困难的处境，于是向卢瑟福表示希望到卢瑟福所在的曼切斯特大学当访问学者。卢瑟福欣然同意。几个月后，尼尔斯 波尔到卢瑟福的实验室工作了4 个月，其时正值卢瑟福组织大家对有核原子模型理论进行检验。尼尔斯 波尔参加了A射线散射的实验工作，帮助他们整理数据和撰写论文。尼尔斯 波尔就这样在关键的时刻参加到卢瑟福的工作之中，成为这个集体的理论核心人物。尼尔斯 波尔坚信卢瑟福的有核原子模型是符合客观事实的，也很了解他的理论所面临的困难，认为要解决原子的稳定性问题，唯有靠量子假说，也就是说，要描述原子现象，就必须对经典概念进行一番彻底的改造。最初的工作虽然没有达到目的，但尼尔斯 波尔在论证A射线散射时确定氢原子是最简单的原子，只有一个电子，是最佳的研究对象。这为以后的研究打开了通向成功的大门。

1912年底，尼尔斯 波尔返回丹麦，但他仍在研究有核原子模型的稳定性问题。正值他日夜苦思之际，他的一位朋友汉森（H M Hansen）向他提到氢光谱的巴尔末公式，劝他认真考虑这个事实。同时，斯塔克的著作中有关价电子跃迁产生辐射的思想也对他有启发。他把这些事情联系到了一起，突然头脑里出现了一个飞跃。后来，尼尔斯 波尔回忆道：”当我一看到巴尔末公式，我对整个事情就豁然开朗了。”于是尼尔斯 波尔很快就写出了题名《原子构造和分子构造》------I、II、III的三篇论文，经卢瑟福推荐，发表在1913年《哲学杂志》上。这就是尼尔斯 波尔著名的“三部曲”。

尼尔斯 波尔的原子理论取得了很大成功，圆满地解释了氢光谱的频率规律---巴尔末公式。从他的理论推算，各基本常量如电子电荷，电子质量，普朗克常量和里德伯常量之间取得了定量的协调。他阐明了光谱的发射和吸收，并且成功地解释了元素的周期表，是量子理论取得了重大进展。尼尔斯 波尔之所以成功，在于它全面地继承了前人的工作，正确地加以综合，在旧的理论的束缚，从建立了能基本适于原子现象的定态跃迁原子模型。

尼尔斯 波尔的理论在解释氢原子光谱的频率规律时遇到了不小的困难，其中有所谓的皮克林谱系问题。由于他的周密研究和依靠严格的实验验证，很快就取得了圆满地结果，从而对皮克林谱系等某些线系的起源问题纠正了流行的错误说法。随后，他提出的定态概念得到得到了诸如弗兰克—赫兹等实验的验证，他的某些理论预见诸如电离能也得到了实验的证实，取得了初步成功。但是，他的理论并不能说明其他元素的光谱，也无法说明谱线强度和偏振现象。为了更深入地探索经典理论和量子理论之间的关系，尼尔斯 波尔1918年初次提出对应原理。他认为，按照经典理论来描述的周期性体系的运动和该体系的实际量子运动之间存在着一定的对应关系。这一原理成了从经典理论通向量子理论的桥梁，由此引出了海森伯的矩阵力学。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v4q1.html