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尼爾斯

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Academic year: 2022

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尼爾斯·亨瑞克·戴維·波爾(Niels Henrik David Bohr ,1885 年 10 月 7 日—1962 年 11 月 18 日),丹麥物理學家。他通過引入量子化條件,提出了波爾模型來解 釋氫原子光譜。他提出對應原理和哥本哈根解釋來解釋量子力學,對二十世紀物 理學的發展有深遠的影響。

早年

波爾生於丹麥首都哥本哈根,父親克里斯丁·波爾是哥本哈根大學的生理學 教授,母親出身於一個富有的猶太人家庭。波爾從小受到良好的家庭教育,並愛 好足球,曾經和弟弟赫拉德·波爾共同參加職業比賽。1903 年波爾進入哥本哈根 大學學習物理,1911 年獲博士學位。隨後,他曾在曼徹斯特大學拉塞福的實驗 室短期工作。基於拉塞福的原子核理論和普朗克的量子說,1913 年波爾提出了 原子結構的波爾模型。按照這一模型電子環繞原子核作軌道運動,外層軌道比內 層軌道可以容納更多的電子;較外層軌道的電子數決定了元素的化學性質。如果 外層軌道的電子落入內層軌道,將釋放出一個帶固定能量的光子。

青年

波爾與愛因斯坦在討論問題,厄倫菲斯特攝於在萊頓的家中 1916 年,波爾 成為哥本哈根大學的物理學教授,並與 1920 年起開始擔任剛創建的哥本哈根大 學理論物理研究所的所長。他在此後的四十年,一直擔任這一職務。1922 年,

波爾由於對於原子結構理論的貢獻獲得諾貝爾物理學獎。他所在的理論物理研究 所也在二三十年代成為物理學研究的中心。1930 年代中期,研究發現了許多中 子誘發的核反應。波爾提出了原子核的液滴模型,很好地解釋了重核的裂變。

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波爾認識到他的理論並不是一個完整的理論體系,還只是經典理論和量子理 論的混合。他的目標是建立一個能夠描述微觀尺度的量子過程的基本力學。為 此,波爾提出了著名的「對應原理」,即宏觀與微觀理論,以及不同領域相似問 題之間的對應關係。對應原理指出經典理論是量子理論的極限近似,而且按照對 應原理指出的方向,可以由舊理論推導出新理論。這在後來量子力學的建立發展 過程中得到了充分的驗證。波爾的學生海森堡在對應原理的指導下,尋求與經典 力學相對應的量子力學的各種具體對應關係和對應量,由此建立了矩陣力學。對 應理論在狄拉克、薛丁格發展波動力學和量子力學的過程中起到了指導作用。

在對於量子力學的解釋上,波爾等人提出了哥本哈根詮釋,但遭到了堅持決 定論的愛因斯坦,薛丁格等人的反對。從此波爾與愛因斯坦開始了波爾-愛因斯 坦爭論,最有名的一次爭論發生在第六次索爾維會議上,愛因斯坦提出了「光子 盒實驗」,以求駁倒不確定性原理。波爾當時無言以對,但冥思一晚之後巧妙的 進行了反駁。這一爭論一直持續至愛因斯坦去世。

二戰與戰後

二戰期間德軍佔領丹麥,海森堡前往哥本哈根與波爾相見,即哥本哈根會 見。此次會談的內容各當事人說法不一,至今仍然在爭論之中,但可以確定的是 海森堡的話讓波爾十分生氣,並損害了他們倆的友誼。為避免被德軍扣留,波爾 被迫於 1943 年逃離丹麥,坐船前往瑞典,然後坐一架小飛機到達倫敦。為了防 止被人發現,飛機要飛的很高。據說波爾因為專心思考,而忘記了帶氧氣面罩。

另一種說法是波爾的頭太大,面罩尺寸不合適,使得波爾在空中曾失去了知覺。

隨後波爾從倫敦前往美國,任洛斯阿拉莫斯實驗室所進行的負責研製原子彈的曼

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哈頓計劃的顧問。按照理察·費曼的說法,當時波爾就如同物理界的神一般受到 大家尊敬。1945 年,波爾回到丹麥,此後致力於推動原子能的和平利用。1962 年 11 月 18 日,波爾在哥本哈根去世,去世前一天,他還在工作室的黑板上畫了 當年愛因斯坦那個光子盒的草圖。

丹麥克朗上的波爾頭像 1965 年波爾去世三周年時,哥本哈根大學物理研究 所被命名為尼爾斯·波爾研究所。1997 年 IUPAC 正式通過將第 107 號元素命名為 Bohrium,以紀念波爾。

在化學史上,王水曾經有一段有趣的故事。

二次大戰時,曾經得過諾貝爾獎的丹麥科學家波爾,為了不讓占領丹麥的德 軍搶走代表無上榮譽的諾貝爾獎章,又不方便帶在身上逃亡,便將獎章溶在實驗 室的一瓶王水中。這瓶含有一面純質金牌的王水,後來果然不曾引起德軍注意,

安然地度過了兩年,直到德國戰敗。後來瑞典的皇家科學院重鑄了一面金牌給波 爾,這段「王水藏金」的故事,也成為流傳一時的佳話。

參考文獻

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