爱因斯坦其中的三个预言(简明科学史15)
爱因斯坦其中的三个预言(简明科学史15)当时卢瑟福根据自己之前完成的实验,提出了电子绕原子核运动的“行星式”模型,在这个模型里,电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转,但是这个模型无法用经典力学来解释。1911年的一天,玻尔在曼彻斯特拜访友人时,遇到了诺贝尔奖得主卢瑟福。卢瑟福所在的曼彻斯特大学物理系已是全世界一流的放射现象研究实验中心。玻尔表达了自己想追随他的愿望,并于次年年初转到了曼彻斯特大学做博士后研究,加入了卢瑟福的团队。从哥本哈根大学毕业后,玻尔就前往剑桥著名的卡文迪许实验室,在以发现电子而闻名的科学家汤姆孙的指导下进行研究。在卡文迪许实验室,虽然汤姆孙在物理学方面造诣颇深,但由于忙于实验室的种种事物,无暇顾及玻尔的工作,玻尔的研究也未获得实质结果。
从小爱挑错1885年10月7日,尼尔斯·玻尔在丹麦首都哥本哈根出生,他的父亲是一位大学教授,母亲出身于富有的犹太家庭,家教良好。
玻尔从小就是一个爱挑错的学生,小学时就经常公开指出教材中的错误。18岁时,他进入哥本哈根大学数学和自然科学系,主修物理学,大学时期他也常常指出教授的课程中不合逻辑的地方。21岁时,他就在一次科学院悬赏征文中获得金质奖章,得到了当时著名的物理学家的首肯。
在哥本哈根大学,他的硕士和博士研究课题都是当时刚刚兴起的金属电子理论,他先后以关于金属电子论的论文获得科学硕士和哲学博士学位。
在博士论文答辩上,玻尔创造了一个记录,只用一小时就通过了论文答辩,原因是他的理论太过新颖,以至没人能向他发问。除了一位教授从文法修辞方面挑些错误,其他人则都是大大的赞誉。
从哥本哈根大学毕业后,玻尔就前往剑桥著名的卡文迪许实验室,在以发现电子而闻名的科学家汤姆孙的指导下进行研究。
在卡文迪许实验室,虽然汤姆孙在物理学方面造诣颇深,但由于忙于实验室的种种事物,无暇顾及玻尔的工作,玻尔的研究也未获得实质结果。
1911年的一天,玻尔在曼彻斯特拜访友人时,遇到了诺贝尔奖得主卢瑟福。卢瑟福所在的曼彻斯特大学物理系已是全世界一流的放射现象研究实验中心。玻尔表达了自己想追随他的愿望,并于次年年初转到了曼彻斯特大学做博士后研究,加入了卢瑟福的团队。
当时卢瑟福根据自己之前完成的实验,提出了电子绕原子核运动的“行星式”模型,在这个模型里,电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转,但是这个模型无法用经典力学来解释。
玻尔也发现了经典力学在描述原子现象时的困难,他对普朗克和爱因斯坦在电磁理论方面引入量子学说表示赞赏,并创造性得把量子说和原子核概念结合了起来,提出了新的原子结构学说:玻尔模型。
这个模型演示了当时的最新发现,形象地描述了原子内部:原子核居中,电子分散在外围各自的轨道上;原子核的重量决定了原子的质量和它在元素周期表上的座次;原子越沉,核内质子越多,质子数和电子数必须恰好抵消,以保证原子整体为中性。
根据这个模型,玻尔明确了原子外层电子的运动特点,提出了每种元素化学性质在很大程度上取决于外层电子的数量,最重要的是,他认为电子从高能轨道跃迁到低能轨道的过程是以释出能量量子的方式完成的。
玻尔学说代表着对经典物理学说的一次彻底突破,虽然起初有很多人对此提出了质疑,但玻尔学说经受住了考验,爱因斯坦曾称“这是人类少有的重大发现之一”。
虽然事实上原子的复杂性大大超出了玻尔的预料,但他的原子模型仍是现代科学界的纪念碑之一。
哥本哈根学派1916年,玻尔回到了丹麦,成为哥本哈根理论物理学教授,次年当选为丹麦皇家科学院院士。此后,他开始积极筹备组建理论物理研究所,获得了私人捐助者的大力支持。
1921年3月,研究所正式成立,玻尔担任主任,一大批才华横溢的青年物理学者纷至沓来。海森伯、玻恩、狄拉克等量子力学大师都出自这个研究所,这也就是著名的“哥本哈根学派”。
1922年,玻尔因“对原子结构理论的贡献”获得诺贝尔物理学奖。
1937年,玻尔曾到中国访问和讲学;1939年,玻尔任丹麦皇家科学院院长;1940年,德国法西斯侵占了丹麦,虽然美国、英国等多国的大学都邀请他去避难,但他仍然选择留在哥本哈根物理研究所。
1943年,希特勒政权准备逮捕玻尔,为了避难,他逃到了瑞典,之后到英国,最后到了美国,并参与了著名的“曼哈顿计划”。
1945年,玻尔回到丹麦,1962年,他因心脏病突发在丹麦去世,享年77岁。
玻尔与爱因斯坦:亦敌亦友“玻尔,上帝不掷骰子!”
“爱因斯坦,别去指挥上帝应该怎么做!”
这段经典的对话,便是在玻尔和爱因斯坦之间关于量子物理的一系列著名争论中产生的。
玻尔和爱因斯坦在1920年相识,结下了长达35年的友谊,并在初次见面之后就展开了持续一生的论战,直到爱因斯坦去世为止。虽然一见面就展开论战,但他们的友谊非常深厚,他们互相关心、互相欣赏、互相尊重。
爱因斯坦虽然推翻了牛顿的绝对时空观,但仍然认为物理学是有规律可循的,这也就是“上帝不会掷骰子”;而玻尔的哥本哈根学派提出的新理论是不确定性原理:粒子在时空中的位置永远不能被准确地测量,这就是玻尔反驳的“爱因斯坦,不要告诉上帝怎么做”。
索尔维会议
1930年,在第六次索尔维会议上,爱因斯坦发表了一个思想实验——“爱因斯坦光盒”:一个装满了光子的盒子发射出一颗光子,这颗光子的能量和被发射的时间都能被测定。经过整晚思考的玻尔找出了爱因斯坦思想实验的破绽,驳斥了他的光箱实验。
在这之后,爱因斯坦一直在尝试驳倒玻尔,但并未成功。虽然玻尔的理论一直占上风,却始终无法说服爱因斯坦,而玻尔直到去世的前一天,还在工作室的黑板上画了当年爱因斯坦的那个光子盒的草图。
玻尔和爱因斯坦,这两位二十世纪最伟大的科学家,以亦敌亦友的关系,为人类奉献出了他们卓越的智慧。