如果谈论20世纪最伟大的物理学家,人们无疑会想到犹太裔美国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(1879年3月14日-1955年4月18日),他于1905年创立了狭义相对论,1915年创立了广义相对论,因提出光子假说并成功解释光电效应而获得1921年诺贝尔物理学奖。
尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔
爱因斯坦获奖时正路过上海去日本讲学,玻尔得知爱因斯坦获奖的消息后,立即写信通知爱因斯坦。
由于爱因斯坦为核能的发展奠定了理论基础,开创了现代科学技术的新纪元,所以被公认为继伽利略、牛顿之后最伟大的物理学家。1999年12月26日,爱因斯坦被美国《时代》杂志评选为“世纪伟人”。
在爱因斯坦那一代物理学家中,唯一和爱因斯坦同样著名和有成就的,是丹麦物理学家尼尔斯·戴维·玻尔(1885年10月7日—1962年11月18日),他提出玻尔模型解释氢原子光谱物理学家玻尔模型,提出互补原理和哥本哈根诠释解释量子力学,也是哥本哈根学派的犹太人创始人。
大卫·玻尔1885年10月7日出生于丹麦哥本哈根,父亲克里斯蒂安·玻尔是哥本哈根大学的生理学教授,母亲来自一个富裕的犹太家庭,他从小就受到了良好的家庭教育。
玻尔兄弟
玻尔与他的亲兄弟哈拉尔德·玻尔(1900年4月22日—1951年1月22日)有着共同的足球爱好,曾一起参加过职业足球比赛。哈拉尔德·玻尔还曾为丹麦国家足球队效力,并在1908年夏季奥运会上获得亚军。他的兄弟大卫·玻尔在足球方面取得的成就尚不清楚。但根据丹麦AB队的历史记录,在一场AB队与德国队的比赛中,当德国人在禁区外射门时,玻尔正在门柱旁思考一道很难的数学题。
后来,玻尔成为丹麦数学家,专门从事数学分析,建立了周期函数研究的主要基础,并与著名剑桥数学家戈弗雷·哈罗德·哈代(GH Hardy)是同事。
大卫·玻尔1903年考入哥本哈根大学数学与自然科学系,18岁主修物理学。1907年,玻尔因有关水的表面张力的论文获得丹麦皇家科学及文学院金质奖章,1909年和1911年,他又因有关金属电子理论的论文分别获得哥本哈根大学理学硕士和哲学博士学位。
随后他前往英国留学,先在剑桥大学JJ汤姆森领导的卡文迪什实验室工作,几个月后移居曼彻斯特,加入曼彻斯特大学E.卢瑟福领导的科学小组,并和卢瑟福建立了长期的亲密关系。
玻尔和爱因斯坦等
1912年,玻尔研究了金属中电子的运动,清楚地认识到古典理论在解释微观现象方面的严重缺陷,他赞赏普朗克和爱因斯坦在电磁理论中引入的量子理论,并创造性地把普朗克的量子理论与卢瑟福的原子核概念结合起来。
1913年初,玻尔在曼彻斯特大学担任物理学教授时,在朋友的建议下开始研究原子结构。他通过对光谱数据的研究留学之路,写出了一篇题为《原子和分子结构》的长篇论文,提出了量子不连续性,并成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质。他还提出了原子结构的玻尔模型。
1916 年,玻尔成为哥本哈根大学物理学教授。1917 年,他当选为丹麦皇家科学院院士。1920 年,他创立了哥本哈根理论物理研究所,并担任所长,此后四十年一直担任该职位。
1921年,玻尔发表了题为《元素的原子结构和它们的物理和化学性质》的长篇演讲,详细阐述了光谱和原子结构理论的新发展,解释了元素周期表的形成,解释了从氢开始的元素周期表中各类元素的原子结构,并预言了元素周期表第72号元素的性质。
玻尔和爱因斯坦等
1922年,第72号元素铪的发现,证明了玻尔的理论,玻尔因此获得了诺贝尔物理学奖。他所在的理论物理研究所也成为20世纪20至30年代物理学研究的中心。
1923年,玻尔获得曼彻斯特大学和剑桥大学的荣誉博士学位。1930年代中期,许多中子诱发的核反应被发现。玻尔提出了原子核的液滴模型,很好地解释了重核的裂变。
1927年,玻尔提出了著名的“互补原理”:“一些经典概念的应用必然排斥另一些经典概念的应用,而这些‘其他经典概念’对于描述其他条件下的现象又是必不可少的;有必要而且只有把所有这些互相排斥和互补的概念结合起来,我们才能形成对现象的详尽描述。”
在量子力学的诠释中,玻尔等人提出了哥本哈根诠释,但遭到了坚持决定论的爱因斯坦和薛定谔的反对。从此,玻尔和爱因斯坦开始了长达30年的争论。在这场旷日持久的争论中,玻尔每次都巧妙地回答了爱因斯坦的问题,但爱因斯坦始终不服气,直到爱因斯坦去世也找不到新的理论来反驳。
玻尔与科学家
爱因斯坦与玻尔两位科学巨人的争论持续了很长时间,几乎所有的理论物理学家都被吸引和参与其中,乐在其中。尽管两人的科学理论和思想观点无法调和,但这并不影响他们长达30多年的友谊。玻尔高度评价他与爱因斯坦的学术争论,认为这是“他许多新思想的源泉”。爱因斯坦也称赞道:“很少有人像玻尔一样,对隐藏的事物有如此敏锐的直觉,同时又有如此强的批判能力。他是我们这个时代科学领域最伟大的发现者之一。”
1937年5、6月,玻尔访华讲学。在此期间,玻尔与束性北等中国学者进行了深入的学术交流。玻尔称束性北是爱因斯坦那样的大师。玻尔离开北京一个月后,卢沟桥事变发生,中国进入了8年艰苦的抗日战争和随后的3年内战。这期间,玻尔与中国的接触很少物理学家玻尔模型,只与张宗绥等少数学者有过接触。张宗绥在玻尔研究所工作时间最长,与玻尔接触最久,与玻尔一家建立了深厚而感人的友谊。
玻尔夫妇
1939年,玻尔出任丹麦皇家科学院院长。二战初期,丹麦被德国法西斯占领。1943年,玻尔为躲避纳粹迫害逃往瑞典,后又辗转英国、美国。1944年,玻尔参与了美国研制原子弹的曼哈顿计划的理论研究。
1945年二战结束后,玻尔回到丹麦,致力于推动原子能的和平利用。1947年,丹麦政府授予玻尔“大象之王”的称号,以表彰他的成就。1952年,玻尔发起成立欧洲核子研究中心(CERN),并担任主席。
1955年,玻尔参与成立北欧理论原子物理研究所,并任理事。同年,丹麦成立原子能委员会,玻尔被任命为主席。1962年11月18日,玻尔因心脏病突发在丹麦卡尔斯贝格的家中逝世,享年77岁。
1965 年,在玻尔逝世三周年之际,哥本哈根大学物理研究所被命名为尼尔斯·玻尔研究所。1997 年,IUPAC 正式批准以玻尔的名字命名第 107 号元素。