尼尔斯·玻尔——量子力学开拓者

1. 玻尔简介

INTRODUCTION

尼尔斯·玻尔(全名:尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔,丹麦文:Niels Henrik David Bohr,1885年10月7日—1962年11月18日),出生于丹麦哥本哈根,理论物理学家,哥本哈根学派创始人,丹麦皇家科学院院士,1922年诺贝尔物理学奖获得者,俄罗斯科学院外国通讯院士,骑象勋爵,生前是哥本哈根理论物理研究所所长。

尼尔斯·玻尔于1903年进入哥本哈根大学数学和自然科学系,先后获得科学硕士、哲学博士学位;1911年前往英国学习;1913年担任曼彻斯特大学物理学教师;1916年担任哥本哈根大学物理学教授;1917年当选为丹麦皇家科学院院士;1920年创建哥本哈根理论物理研究所并任所长;1922年获得诺贝尔物理学奖;1924年被选为俄罗斯科学院的外国通讯院士;1937年5、6月间到中国访问和讲学;1939年出任丹麦皇家科学院院长;1943年逃到瑞典,之后前往英国、美国;1945年回到丹麦;1947年被丹麦政府封为“骑象勋爵”;1952年担任欧洲原子核研究中心主席;1955年参加创建北欧理论原子物理学研究所,担任管委会主任,同年担任丹麦原子能委员会主席;1962年11月18日在丹麦卡尔斯堡寓所逝世,享年77岁。

尼尔斯·玻尔主要从事量子力学方面的研究。

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尼尔斯·玻尔

2. 主要理论

THEORY

玻尔模型

1913年初,尼尔斯·玻尔在朋友的建议下开始研究原子结构,通过对光谱学资料的考察,写出了论原子构造和分子构造的长篇论著,提出了量子不连续性,成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质。提出了原子结构的玻尔模型。

尼尔斯·玻尔指出:1.在原子系统的设想的状态中存在着所谓的“稳定态”。在这些状态中,粒子的运动虽然在很大程度上遵守经典力学规律,但这些状态稳定性不能用经典力学来解释,原子系统的每个变化只能从一个稳定态完全跃迁到另一个稳定态。2.与电磁理论相反,稳定原子不会发生电磁辐射☢️,只有在两个定态之间跃迁才会产生电磁辐射☢️。辐射☢️的特性相当于以恒定频率作谐振动的带电粒子按经典规律产生的辐射☢️,但频率u与原子的运动并不是单一关系,而是由下面的关系来决定

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原子结构

1921年,尼尔斯·玻尔发表了《各元素的原子结构及其物理性质和化学性质》的长篇演讲,阐述了光谱和原子结构理论的新发展,诠释了元素周期表的形成,对周期表中从氢开始的各种元素的原子结构作了说明,同时对周期表上的第72号元素的性质作了预言。

1922年,第72号元素铪的发现证明了尼尔斯·玻尔的理论。

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波尔原子结构模型

互补原理

1927年9月,尼尔斯·玻尔首次提出了“互补原理”,奠定了哥本哈根学派对量子力学解释的基础,并从此开始了与阿尔伯特·爱因斯坦持续多年的关于量子力学意义的论战

爱因斯坦提出一个又一个的想像实验,力求证明新理论的矛盾和错误,但互补原理每次都巧妙地反驳了爱因斯坦的反对意见。其中一次争论发生在第六次索尔维会议上,爱因斯坦提出了后来名为爱因斯坦光盒的问题,以求驳倒不确定性原理。尼尔斯·玻尔当时无言以对,但冥思一晚之后进行了反驳,使得爱因斯坦只得承认不确定性原理是自洽的。这一争论一直持续至爱因斯坦去世

这场长期的论战从许多方面促进了尼尔斯·玻尔观点的完善,使他在以后对互补原理的研究中,不仅运用到物理学,而且运用到其他学科。

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玻尔与爱因斯坦

3. 历史影响

INFLUENCE

玻尔模型首次将量子理论应用于原子结构,标志着经典物理向量子物理的转变为后来的量子力学发展奠定了基础,启发了海森堡、薛定谔等人的进一步理论构建。奠定了哥本哈根学派的哲学基础。玻尔深刻影响了人们对量子力学测量问题、本体论与认识论的理解。

哥本哈根学派:

哥本哈根学派是20世纪20年代围绕丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在哥本哈根建立的理论物理研究中心形成的一个思想流派,它提出并主导了对量子力学的主流解释,即“哥本哈根解释”。他们的核心观点包括:波粒二象性、互补原理、测量决定结果、几率描述本质等。

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