Niels Bohr è un fisico e personaggio pubblico danese, uno dei fondatori della fisica moderna. È stato il fondatore e capo dell'Istituto di Fisica Teorica di Copenaghen, il fondatore della scuola scientifica mondiale e anche un membro straniero dell'Accademia delle scienze dell'URSS. Questo articolo esaminerà la storia della vita di Niels Bohr e i suoi principali successi.
Merito
Il fisico danese Bohr Niels ha fondato la teoria dell'atomo, che si basa sul modello planetario dell'atomo, concetti quantistici e postulati da lui personalmente proposti. Inoltre, Bohr è ricordato per il suo importante lavoro sulla teoria del nucleo atomico, delle reazioni nucleari e dei metalli. È stato uno dei partecipanti alla creazione della meccanica quantistica. Oltre agli sviluppi nel campo della fisica, Bohr possiede una serie di opere di filosofia e scienze naturali. Lo scienziato ha combattuto attivamente contro la minaccia atomica. Nel 1922 ricevette il Premio Nobel.
Infanzia
Il futuro scienziato Niels Bohr nacque a Copenaghen il 7 ottobre 1885. Suo padre, Christian, era professore di fisiologia in un'università locale e sua madre, Ellen, proveniva da una ricca famiglia ebrea. Niels aveva un fratello minore, Harald. I genitori hanno cercato di rendere felice e ricca di eventi l'infanzia dei loro figli. positivol'influenza della famiglia, e in particolare della madre, ha giocato un ruolo importante nello sviluppo delle loro qualità spirituali.
Istruzione
Bohr ha ricevuto la sua istruzione primaria presso la Gammelholm School. Durante gli anni della scuola, amava il calcio e, in seguito, lo sci e la vela. A ventitré anni Bohr si laureò all'Università di Copenaghen, dove era considerato un fisico ricercatore straordinariamente dotato. Per il suo progetto di laurea sulla determinazione della tensione superficiale dell'acqua utilizzando le vibrazioni di un getto d'acqua, Niels ha ricevuto una medaglia d'oro dalla Royal Danish Academy of Sciences. Dopo aver ricevuto la sua educazione, l'aspirante fisico Bor Niels rimase a lavorare all'università. Lì ha svolto una serie di studi importanti. Uno di questi era dedicato alla teoria elettronica classica dei metalli e costituì la base della tesi di dottorato di Bohr.
Pensare fuori dagli schemi
Un giorno, al presidente della Royal Academy, Ernest Rutherford, è stato chiesto aiuto da un collega dell'Università di Copenaghen. Quest'ultimo intendeva dare al suo studente il voto più basso, quando pensava di meritare un voto "eccellente". Entrambe le parti della controversia hanno convenuto di fare affidamento sull'opinione di una terza parte, un certo arbitro, che è diventato Rutherford. Secondo la domanda d'esame, lo studente doveva spiegare come utilizzare un barometro per determinare l' altezza di un edificio.
Lo studente ha risposto che per questo è necessario legare un barometro a una lunga fune, arrampicarsi con esso sul tetto dell'edificio, abbassarlo a terra e misurare la lunghezza della fune che è scesa. Da un lato, la risposta eraassolutamente vero e completo, ma d' altronde aveva poco in comune con la fisica. Quindi Rutherford suggerì allo studente di riprovare a rispondere. Gli concesse sei minuti e avvertì che la risposta doveva illustrare la comprensione delle leggi fisiche. Cinque minuti dopo, dopo aver sentito dallo studente che stava scegliendo la migliore tra diverse soluzioni, Rutherford gli chiese di rispondere prima del previsto. Questa volta, lo studente ha suggerito di salire sul tetto con un barometro, di buttarlo giù, di misurare il tempo della caduta e, usando una formula speciale, di scoprire l' altezza. Questa risposta ha soddisfatto l'insegnante, ma lui e Rutherford non hanno potuto negarsi il piacere di ascoltare il resto delle versioni dello studente.
Il metodo successivo si basava sulla misurazione dell' altezza dell'ombra del barometro e dell'ombra dell'edificio, e quindi sulla risoluzione della proporzione. A Rutherford è piaciuta questa opzione e ha chiesto con entusiasmo allo studente di evidenziare i metodi rimanenti. Quindi lo studente gli offrì l'opzione più semplice. Dovevi solo mettere il barometro contro il muro dell'edificio e fare dei segni, quindi contare il numero di segni e moltiplicarli per la lunghezza del barometro. Lo studente credeva che una risposta così ovvia non dovesse assolutamente essere trascurata.
Per non essere considerato un burlone agli occhi degli scienziati, lo studente ha suggerito l'opzione più sofisticata. Dopo aver legato un filo al barometro, ha detto, è necessario farlo oscillare alla base dell'edificio e sul tetto, misurando l'entità della gravità. Dalla differenza tra i dati ricevuti, se lo si desidera, è possibile scoprire l' altezza. Inoltre, facendo oscillare un pendolo su una corda dal tetto di un edificio, si può determinare l' altezza dal periodo di precessione.
Finalmente, uno studentesi offrì di trovare il direttore dell'edificio e, in cambio di un meraviglioso barometro, scoprirne l' altezza. Rutherford ha chiesto se lo studente non conoscesse davvero la soluzione generalmente accettata al problema. Non ha nascosto ciò che sapeva, ma ha ammesso di essere stufo dell'imposizione del suo modo di pensare da parte degli insegnanti agli studenti, a scuola e all'università, e del loro rifiuto di soluzioni non standard. Come probabilmente avrai intuito, quello studente era Niels Bohr.
Trasferirsi in Inghilterra
Dopo aver lavorato all'università per tre anni, Bohr si è trasferito in Inghilterra. Il primo anno ha lavorato a Cambridge con Joseph Thomson, poi si è trasferito a Ernest Rutherford a Manchester. Il laboratorio di Rutherford a quel tempo era considerato il più eccezionale. Recentemente in esso sono stati effettuati esperimenti che hanno dato luogo alla scoperta del modello planetario dell'atomo. Più precisamente, il modello era ancora agli inizi.
Gli esperimenti sul passaggio di particelle alfa attraverso la lamina hanno permesso a Rutherford di rendersi conto che al centro dell'atomo c'è un piccolo nucleo carico, che rappresenta a malapena l'intera massa dell'atomo, e gli elettroni luminosi si trovano intorno esso. Poiché l'atomo è elettricamente neutro, la somma delle cariche degli elettroni deve essere uguale al modulo della carica del nucleo. La conclusione che la carica del nucleo è un multiplo della carica dell'elettrone era centrale in questo studio, ma finora è rimasta poco chiara. Sono stati invece identificati gli isotopi, sostanze che hanno le stesse proprietà chimiche ma diverse masse atomiche.
Numero atomico di elementi. Legge dello spostamento
Lavorando nel laboratorio di Rutherford, Bohr si rese conto che le proprietà chimiche dipendono dal numeroelettroni in un atomo, cioè dalla sua carica, non dalla massa, il che spiega l'esistenza degli isotopi. Questo è stato il primo grande risultato di Bohr in questo laboratorio. Poiché la particella alfa si attacca a un nucleo di elio con una carica di +2, durante il decadimento alfa (la particella vola fuori dal nucleo), l'elemento "figlio" nella tavola periodica dovrebbe essere posizionato due celle a sinistra rispetto a " madre", e durante il decadimento beta (l'elettrone vola fuori dal nucleo) - una cellula a destra. Così si è formata la “legge degli spostamenti radioattivi”. Inoltre, il fisico danese fece una serie di scoperte più importanti che riguardavano il modello stesso dell'atomo.
Modello Rutherford-Bohr
Questo modello è anche chiamato planetario, perché in esso gli elettroni ruotano attorno al nucleo, proprio come i pianeti attorno al Sole. Questo modello ha avuto una serie di problemi. Il fatto è che l'atomo al suo interno era catastroficamente instabile e perse energia in un centomilionesimo di secondo. In re altà, questo non è avvenuto. Il problema che si poneva sembrava insolubile e richiedeva un approccio radicalmente nuovo. È qui che si è dimostrato il fisico danese Bor Niels.
Bohr suggerì che, contrariamente alle leggi dell'elettrodinamica e della meccanica, ci sono orbite negli atomi, che si muovono lungo le quali gli elettroni non si irradiano. Un'orbita è stabile se il momento angolare di un elettrone posizionato su di essa è uguale alla metà della costante di Planck. La radiazione si verifica, ma solo nel momento della transizione di un elettrone da un'orbita all' altra. Tutta l'energia che viene rilasciata in questo caso viene portata via dal quanto di radiazione. Tale quanto ha un'energia uguale al prodotto della frequenza di rotazione e la costante di Planck, o la differenza tra l'iniziale el'energia finale dell'elettrone. Così, Bohr combinò il lavoro di Rutherford e l'idea dei quanti, proposta da Max Planck nel 1900. Tale unione contraddiceva tutte le disposizioni della teoria tradizionale e, allo stesso tempo, non la respingeva completamente. L'elettrone era considerato come un punto materiale che si muove secondo le leggi classiche della meccanica, ma sono "permesse" solo quelle orbite che soddisfano le "condizioni di quantizzazione". In tali orbite, le energie di un elettrone sono inversamente proporzionali ai quadrati dei numeri dell'orbita.
Derivazione dalla "regola della frequenza"
Sulla base della "regola delle frequenze", Bohr concluse che le frequenze della radiazione sono proporzionali alla differenza tra i quadrati inversi degli interi. In precedenza, questo modello è stato stabilito dagli spettroscopisti, ma non ha trovato una spiegazione teorica. La teoria di Niels Bohr ha permesso di spiegare lo spettro non solo dell'idrogeno (il più semplice degli atomi), ma anche dell'elio, compreso quello ionizzato. Lo scienziato ha illustrato l'influenza del movimento del nucleo e ha previsto come vengono riempiti i gusci di elettroni, il che ha permesso di rivelare la natura fisica della periodicità degli elementi nel sistema di Mendeleev. Per questi sviluppi, Bohr ricevette il Premio Nobel nel 1922.
Istituto Bohr
Dopo aver completato il lavoro di Rutherford, il fisico già riconosciuto Bohr Niels tornò in patria, dove fu invitato nel 1916 come professore all'Università di Copenaghen. Due anni dopo, divenne membro della Royal Danish Society (nel 1939, lo scienziato la diresse).
Nel 1920, Bohr fondò l'Institute for Theoreticalfisica e ne divenne il leader. Le autorità di Copenaghen, in riconoscimento dei meriti del fisico, gli diedero la costruzione della storica "Casa del Birraio" per l'istituto. L'Istituto ha soddisfatto tutte le aspettative, svolgendo un ruolo eccezionale nello sviluppo della fisica quantistica. Vale la pena notare che le qualità personali di Bohr hanno giocato un ruolo decisivo in questo. Si circondava di dipendenti e studenti di talento, i cui confini erano spesso invisibili. Il Bohr's Institute era internazionale, le persone cercavano di caderci dentro da ogni dove. Tra i personaggi famosi della scuola di Bohr ci sono: F. Bloch, W. Weisskopf, H. Casimir, O. Bora, L. Landau, J. Wheeler e molti altri.
Lo scienziato tedesco Werne Heisenberg ha visitato Bohr più di una volta. Al momento della creazione del “principio di incertezza”, Erwin Schrödinger, che era un sostenitore del punto di vista puramente ondulatorio, discusse con Bohr. Le basi di una fisica qualitativamente nuova del ventesimo secolo si sono formate nell'ex Brewer's House, una delle figure chiave in cui era Niels Bohr.
Il modello dell'atomo proposto dallo scienziato danese e dal suo mentore Rutherford era incoerente. Univa i postulati della teoria classica e le ipotesi che la contraddicevano chiaramente. Per eliminare queste contraddizioni è stato necessario rivedere radicalmente le principali disposizioni della teoria. I meriti diretti di Bohr, la sua autorità nei circoli scientifici e la semplice influenza personale giocarono un ruolo importante in questa direzione. Il lavoro di Niels Bohr ha mostrato che per ottenere un'immagine fisica del micromondo, l'approccio utilizzato con successo per il "mondo delle grandi cose" non è adatto, ed è diventatouno dei fondatori di questo approccio. Lo scienziato ha introdotto concetti come "impatto incontrollato delle procedure di misurazione" e "quantità aggiuntive".
Teoria quantistica di Copenaghen
L'interpretazione probabilistica (alias Copenaghen) della teoria quantistica, così come lo studio dei suoi numerosi "paradossi", è associata al nome dello scienziato danese. Un ruolo importante qui è stato svolto dalla discussione di Bohr con Albert Einstein, al quale non piaceva la fisica quantistica di Bohr in un'interpretazione probabilistica. Il “principio di corrispondenza”, formulato dallo scienziato danese, ha svolto un ruolo importante nella comprensione degli schemi del microcosmo e della loro interazione con la fisica classica (non quantistica).
Tema nucleare
Iniziando a studiare fisica nucleare sotto Rutherford, Bohr prestò molta attenzione agli argomenti nucleari. Nel 1936 propose la teoria del nucleo composto, che ben presto diede origine al modello a goccia, che giocò un ruolo significativo nello studio della fissione nucleare. In particolare, Bohr predisse la fissione spontanea dei nuclei di uranio.
Quando i nazisti conquistarono la Danimarca, lo scienziato fu segretamente portato in Inghilterra, e poi in America, dove, insieme a suo figlio Oge, lavorò al Progetto Manhattan a Los Alamos. Negli anni del dopoguerra, Bohr dedicò molto tempo alle questioni del controllo sulle armi nucleari e all'uso pacifico degli atomi. Ha partecipato alla creazione del centro per la ricerca nucleare in Europa e ha anche rivolto le sue idee all'ONU. Basandosi sul fatto che Bohr non si rifiutava di discutere alcuni aspetti del "progetto nucleare" con i fisici sovietici, lo considerava pericolosopossesso monopolistico di armi nucleari.
Altri campi di conoscenza
Inoltre, Niels Bohr, la cui biografia sta volgendo al termine, era anche interessato alle questioni relative alla fisica, in particolare alla biologia. Era anche interessato alla filosofia delle scienze naturali.
Uno straordinario scienziato danese morì di infarto il 18 ottobre 1962 a Copenaghen.
Conclusione
Niels Bohr, le cui scoperte hanno sicuramente cambiato la fisica, godeva di una grande autorità scientifica e morale. La comunicazione con lui, anche fugace, ha lasciato un'impressione indelebile negli interlocutori. Il discorso e la scrittura di Bohr hanno mostrato che ha scelto con cura le sue parole per illustrare i suoi pensieri nel modo più accurato possibile. Il fisico russo Vitaly Ginzburg ha definito Bohr incredibilmente delicato e saggio.
