Бор Нильс Хенрик Давид

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

 

 

Кафедра Электроники и микроэлектроники

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине «История электроники»

на тему:

Бор Нильс Хенрик Давид

 

 

 

 

 

                                                                               

 

 

 

 

 

 

2015

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение…………………………………………….
2. Биография Н. Бора………………………………..
2. Семья. Детство и юность
3. Молодость. Теорема Бора — ван Лёвен
4. Бор в Англии. Теория Бора (1911—1916)
5. Дальнейшее развитие теории. Принцип соответствия (1916—1923)
6. Становление квантовой механики. Принцип дополнительности (1924—1930)
7. Ядерная физика (1930-е годы)
8. Противостояние нацизму. Война. Борьба против атомной угрозы (1940—1950)
9. Последние годы
10. Научная школа Бора
3. Развитие теории Нильса Бора

3.1 Боровская модель атома.

4. Заключение

5. Библиографический список

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Бор Нильс Хенрик Давид (7 октября 1885, Копенгаген — 18 ноября 1962) — датский физик. В 1911 — 1912 работал в Кембридже у Д. Д. Томсона, в 1911—1913 — в Манчестере у Э. Резерфорда. С 1920 — директор созданного им Института теоретической физики в Копенгагене. Бор принял «планетарную» модель атома, предложенную Резерфордом, и представил в 1913 теоретическую картину строения химического атома. При этом он сумел объединить в одной картине строения атома три различных феномена: 1) факт стабильности атомов; 2) известные к тому времени спектральные закономерности, особенно знаменитый закон Ритца, гласивший, что частота спектральных линий может быть выражена разницей между термами спектров, и 3) саму модель атома Резерфорда. За создание квантовой теории планетарного атома Бор в 1922 был удостоен Нобелевской премии.

Философские воззрения Бора можно назвать критическим реализмом — он никогда не оценивал физические теории, в том числе и свои теоретические идеи, как окончательные истины. В. Гейзенберг, ученик Бора, писал о своем учителе: «Бор был прежде всего философ, а не физик; но он знал, что в наше время натурфилософия обладает силой лишь тогда, когда она до последних мелочей подчиняется экспериментальным критериям истинности». Первоначальная модель атома Бора-Резерфорда вызвала не только прямые возражения, но и обнаружила реальные трудности в ее теоретическом осмыслении. Преодоление этих трудностей исторически шло по трем направлениям: феноменологическому, стремящемуся представить данные наблюдений в приемлемых и общепонятных математических формулах; математическому, для которого характерна разработка нового формализма; и философскому, представленному воззрениями Бора, который стремился к прояснению понятий, позволяющих в конечном итоге описывать природные процессы. Бор подчеркивал, что для описания внутриатомных процессов необходим новый язык. Он был убежден, что подлинное прояснение ситуации возможно только на естественном языке. Бор хотел удержать в научном языке как волновую, так и корпускулярную картину внутриатомных явлений. Это убеждение привело его к формулировке двух фундаментальных принципов — соответствия принципа и дополнительности принципа. Бор понимал эти принципы весьма широко, прослеживая их действие в самых различных областях познания и деятельности. Он был убежден, что в положении человека в обществе обнаруживаются типично дополнительные стороны, связанные с подвижной границей между оценкой человеческих ценностей и общими положениями, на основании которых о них судят. Бор писал: «Добиваясь гармонии человеческой жизни, никогда не забывай, что на сцене бытия мы сами являемся как актерами, так и зрителями»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биография

Бор (Bohr) Нильс Хенрик Давид (1885-1962), датский физик, один из создателей современной физики. Основатель (1920) и руководитель Института теоретической физики в Копенгагене (Институт Нильса Бора); создатель мировой научной школы; иностранный член АН СССР (1929). В 1943-45 работал в США. Создал теорию атома, в основу которой легли планетарная модель атома, квантовые представления и предложенные им Бора постулаты. Важные работы по теории металлов, теории атомного ядра и ядерных реакций. Труды по философии естествознания. Активный участник борьбы против атомной угрозы. Нобелевская премия (1922).

Семья. Детство и юность

Датский физик Нильс Хенрик Давид Бор родился 7 октября 1885, в семье профессора физиологии Копенгагенского университета Христиана Бора (1858—1911). Отец дважды становился кандидатом на Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Мать - Эллен Адлер (1860—1930), дочь влиятельного и весьма состоятельного еврейского банкира и парламентария-либерала Давида Баруха Адлера (1826—1878) и Дженни Рафаэл (1830—1902) из британской еврейской банкирской династии Raphael Raphael & sons. Родители Бора поженились в 1881 году.

Молодость. Теорема Бора — ван Лёвен (1885—1911)

Бор учился в Гаммельхольмской грамматической школе в Копенгагене и окончил ее в 1903 году. В школе Нильс проявлял явную склонность к физике и математике, а также к философии. Этому способствовали регулярные визиты коллег и друзей отца — философа Харальда Гёффдинга, физика Кристиана Кристиансена, лингвиста Вильгельма Томсена. Близким другом и одноклассником Бора в этот период был его троюродный брат (по материнской линии), известный в будущем гештальт-психолог Эдгар Рубин Рубин привлёк Бора к изучению философии.

Другим увлечением Бора был футбол. Нильс и его брат Харальд (впоследствии ставший известным математиком) выступали за любительский клуб «Академиск» (первый — на позиции вратаря, а второй — полузащитника). В дальнейшем Харальд успешно играл в сборной Дании и выиграл в её составе «серебро» на Олимпиаде-1908, где датская команда уступила в финале англичанам.

В 1903 году Нильс Бор поступил в Копенгагенский университет, где изучал физику, химию, астрономию, математику. Вместе с братом он организовал студенческий философский кружок, на котором его участники поочерёдно выступали с докладами. В университете Нильс Бор выполнил свои первые работы по исследованию колебаний струи жидкости для более точного определения величины поверхностного натяжения воды. Теоретическое исследование в 1906 году было отмечено золотой медалью Датского королевского общества. В последующие годы (1907—1909) оно было дополнено экспериментальными результатами, полученными Бором в физиологической лаборатории отца и опубликовано по представлению корифеев тогдашней физики Рамзая и Рэлея.

В 1910 году Бор получил степень магистра получил в Копенгагенском университете, а в мае 1911 года защитил докторскую диссертацию по классической электронной теории металлов. В своей диссертационной работе Бор, развивая идеи Лоренца, доказал важную теорему классической статистической механики, согласно которой магнитный момент любой совокупности элементарных электрических зарядов, движущихся по законам классической механики в постоянном магнитном поле, в стационарном состоянии равен нулю. В 1919 году эта теорема была независимо переоткрыта Йоханной ван Лёвен и носит название теоремы Бора — ван Лёвен. Из неё непосредственно следует невозможность объяснения магнитных свойств вещества (в частности, диамагнетизма), оставаясь в рамках классической физики. Это, видимо, стало первым столкновением Бора с ограниченностью классического описания, подводившим его к вопросам квантовой теории.Получив докторскую степень, Бор отправился в Кембриджский университет.

 

Бор в Англии. Теория Бора (1911—1916) 

В 1911 году Бор получил стипендию в размере 2500 крон от фонда Карлсберга для стажировки за границей. В сентябре 1911 года он прибыл в Кембридж, чтобы работать в Кавендишской лаборатории под руководством знаменитого Дж. Дж. Томсона. Однако сотрудничество не сложилось: Томсона не заинтересовал молодой датчанин, с ходу указавший на ошибку в одной из его работ и к тому же плохо изъяснявшийся на английском. Впоследствии Бор так вспоминал об этом:«Я был разочарован, Томсона не заинтересовало то, что его вычисления оказались неверными. В этом была и моя вина. Я недостаточно хорошо знал английский и потому не мог объясниться… Томсон был гением, который, на самом деле, указал путь всем… В целом, работать в Кембридже было очень интересно, но это было абсолютно бесполезным занятием.»

В итоге в марте 1912 года Бор переехал в Манчестер к Эрнесту Резерфорду, с которым незадолго до того познакомился. В 1911 году Резерфорд по итогам своих опытов опубликовал планетарную модель атома. Бор активно включился в работу по этой тематике, чему способствовали многочисленные обсуждения с работавшим тогда в Манчестере известным химиком Георгом Хевеши и с самим Резерфордом. Исходной идеей было то, что свойства элементов определяются целым числом — атомным номером, в роли которого выступает заряд ядра, который может изменяться в процессах радиоактивного распада. Первым применением резерфордовской модели атома для Бора стало рассмотрение в последние месяцы своего пребывания в Англии процессов взаимодействия альфа- и бета-лучей с веществом. Летом 1912 года Бор вернулся в Данию.

В Копенгагене1 августа 1912 года состоялась свадьба Бора и Маргарет Норлунд, сестры близкого друга Харальда — Нильса Эрика Норлунда, с которой он познакомился в 1909 году. Во время свадебного путешествия в Англию и Шотландию Бор с супругой посетили Резерфорда в Манчестере. Бор передал ему свою подготовленную к печати статью «Теория торможения заряженных частиц при их прохождении через вещество» (она была опубликована в начале 1913 года). Вместе с тем было положено начало тесной дружбе семей Боров и Резерфордов. Общение с Резерфордом оставило неизгладимый отпечаток (как в научном, так и в личностном плане) на дальнейшей судьбе Бора, спустя много лет написавшего:

«Очень характерным для Резерфорда был благожелательный интерес, который он проявлял ко всем молодым физикам, с которыми ему приходилось долго или коротко иметь дело. <…> для меня Резерфорд стал вторым отцом.»

По возвращении в Копенгаген Бор преподавал в университете, в то же время интенсивно работая над квантовой теорией строения атома.

Теория Бора сразу же позволила обосновать испускание и поглощение излучения в сериальных спектрах водорода, а также объяснить (с поправкой на приведённую массу электрона) наблюдавшиеся ранее Чарлзом Пикерингом и Альфредом Фаулером водородоподобные спектры с полуцелыми квантовыми числами как принадлежащие ионизированному гелию. Блестящим успехом теории Бора стало теоретическое получение значения постоянной Ридберга.

Работа Бора сразу привлекла внимание физиков и стимулировала бурное развитие квантовых представлений. Его современники по достоинству оценили важный шаг, который сделал датский учёный. Так, в 1936 году Резерфорд писал:

«Я считаю первоначальную квантовую теорию спектров, выдвинутую Бором, одной из самых революционных из всех когда-либо созданных в науке; и я не знаю другой теории, которая имела бы больший успех.»

В 1949 году Альберт Эйнштейн так вспоминал о своих впечатлениях от знакомства с теорией Бора:

«Все мои попытки приспособить теоретические основы физики к этим результатам [то есть следствиям закона Планка для излучения чёрного тела] потерпели полную неудачу. Это было так, точно из-под ног ушла земля и нигде не было видно твёрдой почвы, на которой можно было бы строить. Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточным, чтобы позволить Бору — человеку с гениальной интуицией и тонким чутьём — найти главные законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, включая их значение для химии. Это мне кажется чудом и теперь. Это наивысшая музыкальность в области мысли.»

Весной 1914 года Бор был приглашён Резерфордом заменить Чарльза Дарвина, внука знаменитого естествоиспытателя, в качестве лектора по математической физике в Манчестерском университете (Шустеровская школа математической физики).

Дальнейшее развитие теории. Принцип соответствия (1916—1923)

Летом 1916 года Бор окончательно вернулся на родину и возглавил кафедру теоретической физики в Копенгагенском университете. В апреле 1917 года он обратился к датским властям с просьбой о выделении финансов на строительство нового института для себя и своих сотрудников. 3 марта 1921 года, после преодоления множества организационных и административных трудностей, в Копенгагене был наконец открыт Институт теоретической физики, носящий ныне имя своего первого руководителя (институт Нильса Бора).

Несмотря на большую занятость административными делами, Бор продолжал развивать свою теорию, пытаясь обобщить её на случай более сложных атомов, например, гелия.

Принцип соответствия сыграл огромную роль и при построении последовательной квантовой механики. Именно из него исходил в 1925 году Вернер Гейзенберг при построении своей матричной механики. В общефилософском смысле этот принцип, связывающий новые знания с достижениями прошлого, является одним из основных методологических принципов современной науки.

В 1922 году Бору была присуждена Нобелевская премия по физике «за заслуги в изучении строения атома». В своей лекции «О строении атомов», прочитанной в Стокгольме 11 декабря 1922 года, Бор подвёл итоги десятилетней работы.

Становление квантовой механики. Принцип дополнительности (1924—1930)

Новой теорией стала квантовая механика, которая была создана в 1925—1927 годах в работах Вернера Гейзенберга, Эрвина Шрёдингера, Макса Борна, Поля Дирака. Вместе с тем, основные идеи квантовой механики, несмотря на её формальные успехи, в первые годы оставались во многом неясными. Для полного понимания физических основ квантовой механики было необходимо связать её с опытом, выявить смысл используемых в ней понятий (ибо использование классической терминологии уже не было правомерным), то есть дать интерпретацию её формализма.

Именно над этими вопросами физической интерпретации квантовой механики размышлял в это время Бор. Итогом стала концепция дополнительности, которая была представлена на конгрессе памяти Алессандро Вольты в Комо в сентябре 1927 года. Исходным пунктом в эволюции взглядов Бора стало принятие им в 1925 году дуализма волна — частица. До этого Бор отказывался признавать реальность эйнштейновских квантов света (фотонов), которые было трудно согласовать с принципом соответствия, что вылилось в совместную с Крамерсом и Джоном Слейтером статью, в которой было сделано неожиданное предположение о несохранении энергии и импульса в индивидуальных микроскопических процессах (законы сохранения принимали статистический характер). Однако эти взгляды вскоре были опровергнуты опытами Вальтера Боте и Ганса Гейгера.

Именно корпускулярно-волновой дуализм был положен Бором в основу интерпретации теории. Идея дополнительности, развитая в начале 1927 года во время отпуска в Норвегии, отражает логическое соотношение между двумя способами описания или наборами представлений, которые, хотя и исключают друг друга, оба необходимы для исчерпывающего описания положения дел. Сущность принципа неопределённости состоит в том, что не может возникнуть такой физической ситуации, в которой оба дополнительные аспекта явления проявились бы одновременно и одинаково отчётливо. Иными словами, в микромире нет состояний, в которых объект имел бы одновременно точные динамические характеристики, принадлежащие двум определённым классам, взаимно исключающим друг друга, что находит выражение в соотношении неопределённостей Гейзенберга. Данные измерений объектов микромира, полученные при помощи различных экспериментальных установок, в условиях, когда взаимодействие между измерительным прибором и объектом составляет неотъемлемую часть процесса измерений, находятся в своеобразном дополнительном отношении друг к другу.Следует отметить, что на формирование идей Бора, как он сам признавал, повлияли философско-психологические изыскания Сёрена Кьеркегора, Харальда Гёффдинга и Уильяма Джемса.