Biografia i wkład Nielsa Bohra



Niels Bohr (1885-1962) był duńskim fizykiem, który w 1922 r. Otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za badania związane ze strukturą atomów i ich poziomem promieniowania. Wychowany i wykształcony na ziemiach europejskich, na najbardziej prestiżowych angielskich uniwersytetach, Bohr był również znanym badaczem i ciekawym filozofii.

Pracował wraz z innymi uznanymi naukowcami i laureatami Nagrody Nobla, takimi jak J.J. Thompson i Ernest Rutherford, którzy zachęcili go do kontynuowania badań w obszarze atomowym.

Zainteresowanie Bohra strukturą atomową skłoniło go do przeniesienia się między uniwersytetami, aby znaleźć takie, które dałoby mu przestrzeń do rozwijania badań na własnych warunkach.

Niels Bohr zaczął od odkryć dokonanych przez Rutherforda, aby dalej je rozwijać, dopóki nie będzie mógł wydrukować własnego odcisku.

Bohr przyjechał z rodziną ponad sześciorga dzieci, był wychowawcą innych wybitnych naukowców, takich jak Werner Heisenberg i prezes Królewskiej Duńskiej Akademii Nauk, a także członkiem innych akademii naukowych na całym świecie.

Indeks

  • 1 Biografia
    • 1.1 Badania
    • 1.2 Związek z Ernestem Rutherfordem
    • 1.3 Nordycki Instytut Fizyki Teoretycznej
    • 1.4 Szkoła kopenhaska
    • 1.5 II wojna światowa
    • 1.6 Powrót do domu i śmierć
  • 2 Wkłady i odkrycia autorstwa Nielsa Bohra
    • 2.1 Model i struktura atomu
    • 2.2 Koncepcje kwantowe na poziomie atomowym
    • 2.3 Odkrycie twierdzenia Bohra-van Leeuwena
    • 2.4 Zasada komplementarności
    • 2.5 Interpretacja Kopenhagi
    • 2.6 Struktura układu okresowego
    • 2.7 Reakcje jądrowe
    • 2.8 Wyjaśnienie rozszczepienia jądrowego
  • 3 referencje

Biografia

Niels Bohr urodził się 7 października 1885 r. W Kopenhadze, stolicy Danii. Ojciec Nielsa został nazwany Christian i był profesorem fizjologii na Uniwersytecie w Kopenhadze.

Z drugiej strony matką Nielsa była Ellen Adler, której rodzina była uprzywilejowana ekonomicznie, mając wpływ na duńskie środowisko bankowe. Sytuacja rodzinna Nielsa pozwoliła mu na dostęp do edukacji uważanej wówczas za uprzywilejowaną.

Studia

Niels Bohr zainteresował się fizyką i studiował na Uniwersytecie w Kopenhadze, z którego uzyskał tytuł magistra fizyki w 1911 roku. Następnie udał się do Anglii, gdzie studiował w Cavendish Laboratory na University of Cambridge.

Główną motywacją do nauki było otrzymanie kurateli Josepha Johna Thomsona, chemika pochodzenia angielskiego, który otrzymał Nagrodę Nobla w 1906 r. Za odkrycie elektronu, w szczególności za badania, które przeprowadził nad sposobem, w jaki elektryczność przemieszcza się przez gazy.

Intencją Bohra było przetłumaczenie jego pracy doktorskiej na język angielski, który był ściśle powiązany z badaniem elektronów. Jednak Thomson nie wykazywał żadnego rzeczywistego zainteresowania Bohrem, dlatego ten zdecydował się wyjechać i obrać kurs na University of Manchester.

Związek z Ernestem Rutherfordem

Podczas pobytu na Uniwersytecie w Manchesterze Niels Bohr miał okazję podzielić się z brytyjskim fizykiem i chemikiem Ernestem Rutherfordem. Był także asystentem Thomsona, a następnie zdobył Nagrodę Nobla. Bohr wiele się nauczył z ręki Rutherforda, zwłaszcza w dziedzinie radioaktywności i modeli atomów.

Wraz z upływem czasu współpraca między oboma naukowcami rosła, a ich przyjazna więź rosła. Jedno z wydarzeń, w którym obaj naukowcy oddziaływali na polu doświadczalnym, było związane z modelem atomu zaproponowanym przez Rutherforda.

Model ten był prawdziwy w dziedzinie pojęciowej, ale nie można było go wyobrazić, tworząc go w prawach fizyki klasycznej. Biorąc to pod uwagę, Bohr ośmielił się powiedzieć, że powodem tego było to, że dynamika atomów nie podlegała prawom fizyki klasycznej.

Nordic Institute of Theoretical Physics

Niels Bohr był uważany za nieśmiałego i introwertycznego mężczyznę, jednak seria esejów opublikowanych w 1913 r. Przyniosła mu szerokie uznanie w dziedzinie nauki, co uczyniło go uznaną postacią publiczną. Eseje te były związane z jego koncepcją struktury atomu.

W 1916 roku Bohr udał się do Kopenhagi i tam, w swoim rodzinnym mieście, zaczął prowadzić zajęcia z fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Kopenhadze, gdzie odbywały się studia..

Będąc w tej pozycji i dzięki sławie, która wcześniej zyskała, Bohr uzyskał dostateczne pieniądze, które były niezbędne do stworzenia w 1920 roku Nordyckiego Instytutu Fizyki Teoretycznej.

Duński fizyk prowadził ten instytut od 1921 do 1962 roku, w którym zmarł. Później instytut zmienił nazwę i został nazwany Instytutem Nielsa Bohra na cześć swojego założyciela. 

Wkrótce instytut ten stał się punktem odniesienia pod względem najważniejszych odkryć dokonywanych w tym czasie w związku z atomem i jego konformacją.

W krótkim czasie Nordic Institute of Theoretical Physics był na równi z innymi uniwersytetami z większą tradycją w tej dziedzinie, takimi jak niemieckie uniwersytety w Getyndze i Monachium.

Szkoła w Kopenhadze

Lata dwudzieste były bardzo ważne dla Nielsa Bohra, ponieważ w tych latach wydał dwie podstawowe zasady jego teorii: zasadę korespondencji wydaną w 1923 r. I zasadę komplementarności, dodaną w 1928 r..

Powyższe zasady były podstawą tworzenia Kopenhaskiej Szkoły Mechaniki Kwantowej, zwanej również Interpretacją Kopenhaską..

Szkoła ta spotkała się z niepokojem u wielkich naukowców, takich jak ten sam Albert Einstein, że po opozycji przed rozmaitymi ekspozycjami, zakończyła się uznaniem Nielsa Bohra jako jednego z najlepszych badaczy naukowych tego czasu.

Z drugiej strony w 1922 r. Otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za eksperymenty związane z restrukturyzacją atomową, aw tym samym roku urodził się jego jedyny syn, Aage Niels Bohr, który ostatecznie wyszkolił się w instytucie pod przewodnictwem Nielsa. Później został jego dyrektorem, a ponadto w 1975 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

W latach 30. Bohr osiadł w Stanach Zjednoczonych i skupił się na nagłaśnianiu dziedziny rozszczepienia jądrowego. W tym kontekście Bohr określił charakterystykę rozszczepialną plutonu.

Pod koniec tej dekady, w 1939 roku, Bohr wrócił do Kopenhagi i otrzymał nominację na przewodniczącego Królewskiej Duńskiej Akademii Nauk.

Druga wojna światowa

W 1940 roku Niels Bohr przebywał w Kopenhadze i w wyniku II wojny światowej trzy lata później został zmuszony do ucieczki ze swoją rodziną do Szwecji, ponieważ Bohr miał żydowskie pochodzenie.

Ze Szwecji Bohr udał się do Stanów Zjednoczonych. Tam osiadł i dołączył do zespołu współpracy Projektu Manhattan, który wyprodukował pierwszą bombę atomową. Projekt ten został przeprowadzony w laboratorium, w którym znajdował się Los Alamos w Nowym Meksyku, a podczas jego udziału Bohr zmienił nazwę na Nicholas Baker.

Wróć do domu i śmierci

Pod koniec drugiej wojny światowej Bohr powrócił do Kopenhagi, gdzie ponownie stał na stanowisku dyrektora Nordyckiego Instytutu Fizyki Teoretycznej i zawsze opowiadał się za zastosowaniem energii atomowej z użytecznymi celami, zawsze poszukując wydajności w różnych procesach.

Ta skłonność wynika z faktu, że Bohr był świadomy wielkich szkód, które mogły być spowodowane przez to, co odkrył, a jednocześnie wiedział, że ten potężny rodzaj energii jest bardziej konstruktywny. Następnie, od lat 50. XX wieku, Niels Bohr poświęcił się wykładom poświęconym pokojowemu wykorzystaniu energii atomowej.

Jak wspomniano wcześniej, Bohr nie przegapił wielkości energii atomowej, więc oprócz popierania jej właściwego użycia, zastrzegł również, że to rządy musiały zapewnić, że ta energia nie została wykorzystana w sposób destrukcyjny.

Pojęcie to zostało przedstawione w 1951 r. W manifeście podpisanym przez ponad stu uznanych badaczy i naukowców w tamtym czasie.

W wyniku tego działania i jego wcześniejszych prac na rzecz pokojowego wykorzystania energii atomowej, w 1957 r. Fundacja Ford przyznała mu nagrodę Atomy dla Pokoju, przyznawaną osobowościom, które starały się promować pozytywne wykorzystanie tego rodzaju energii..

Niels Bohr zmarł 18 listopada 1962 r. W Kopenhadze, swoim rodzinnym mieście, w wieku 77 lat.

Wkłady i odkrycia Nielsa Bohra

Model i struktura atomu

Model atomowy Nielsa Bohra jest uważany za jeden z jego największych wkładów w świat fizyki i nauki w ogóle. Był pierwszym, który pokazał atom jako dodatnio naładowane jądro i otoczony elektronami orbitującymi.

Bohr udało się odkryć mechanizm wewnętrznego funkcjonowania atomu: elektrony są w stanie orbitować niezależnie wokół jądra. Liczba elektronów obecnych w zewnętrznej orbicie jądra określa właściwości elementu fizycznego.

Aby uzyskać ten model atomowy, Bohr zastosował teorię kwantową Maxa Plancka do modelu atomowego opracowanego przez Rutherforda, uzyskując w rezultacie model, który przyniósł mu Nagrodę Nobla. Bohr przedstawił strukturę atomową jako mały układ słoneczny.

Koncepcje kwantowe na poziomie atomowym

To, co doprowadziło do uznania modelu atomowego Bohra za rewolucyjny, to metoda, którą zastosował, aby to osiągnąć: zastosowanie teorii fizyki kwantowej i ich wzajemne powiązanie ze zjawiskami atomowymi.

Dzięki tym zastosowaniom Bohr był w stanie określić ruchy elektronów wokół jądra atomowego, a także zmiany ich właściwości.

W ten sam sposób, dzięki tym koncepcjom, był w stanie uzyskać pojęcie, w jaki sposób materia jest zdolna do absorbowania i emitowania światła z jego najbardziej niezauważalnych struktur wewnętrznych..

Odkrycie twierdzenia Bohr-van Leeuwen

Twierdzenie Bohr-van Leeuwen jest twierdzeniem stosowanym w obszarze mechaniki. Po raz pierwszy opracowane przez Bohra w 1911 r., A następnie uzupełnione przez van Leeuwen'a, zastosowanie tego twierdzenia pozwoliło rozróżnić zakres fizyki klasycznej od fizyki kwantowej.

Twierdzenie stwierdza, że ​​magnetyzacja wynikająca z zastosowania mechaniki klasycznej i mechaniki statystycznej zawsze będzie równa zero. Bohr i van Leeuwen zdołali dostrzec pewne koncepcje, które można było rozwinąć tylko za pomocą fizyki kwantowej.

Dziś twierdzenie obu naukowców jest z powodzeniem stosowane w takich dziedzinach, jak fizyka plazmy, elektromechanika i elektrotechnika.

Zasada komplementarności

W mechanice kwantowej zasada komplementarności sformułowana przez Bohra, która reprezentuje podejście teoretyczne i jednocześnie prowadzi do tego, dowodzi, że obiekty poddane procesom kwantowym mają uzupełniające atrybuty, których nie można obserwować ani pośredniczyć jednocześnie..

Ta zasada komplementarności zrodziła się z innego postulatu opracowanego przez Bohra: interpretacja Kopenhagi; fundamentalne dla badania mechaniki kwantowej.

Interpretacja Kopenhagi

Z pomocą naukowców Maxa Borna i Wernera Heisenberga Niels Bohr opracował tę interpretację mechaniki kwantowej, która pozwoliła wyjaśnić niektóre elementy, które umożliwiają procesy mechaniczne, a także ich różnice. Sformułowana w 1927 r. Jest uważana za tradycyjną interpretację.

Zgodnie z interpretacją Kopenhagi systemy fizyczne nie mają określonych właściwości przed poddaniem ich pomiarom, a mechanika kwantowa jest w stanie przewidzieć tylko prawdopodobieństwa, dzięki którym dokonane pomiary przyniosą pewne wyniki.

Struktura układu okresowego

Z jego interpretacji modelu atomowego Bohr był w stanie bardziej szczegółowo uporządkować układ okresowy pierwiastków istniejących w tym czasie.

Potrafił stwierdzić, że właściwości chemiczne i zdolność wiązania elementu są ściśle związane z jego obciążeniem wartościowości.

Prace Bohra zastosowane do układu okresowego dały podstawy do opracowania nowej dziedziny chemii: chemii kwantowej.

W ten sam sposób element znany jako Boro (Bohrium, Bh), bierze swoją nazwę w hołdzie od Nielsa Bohra.

Reakcje jądrowe

Dzięki zaproponowanemu modelowi Bohr był w stanie zaproponować i ustalić mechanizmy reakcji jądrowych z dwuetapowego procesu.

Bombardując cząstki o niskiej energii powstaje nowy rdzeń o niskiej stabilności, który ostatecznie emituje promienie gamma, podczas gdy jego integralność zanika.

Odkrycie Bohra przez długi czas uważano za kluczowe w obszarze naukowym, aż do czasu, gdy zostało ono przepracowane i ulepszone, o wiele lat później przez jedno z jego dzieci, Aage Bohr.

Wyjaśnienie rozszczepienia jądrowego

Rozszczepienie jądrowe to proces reakcji jądrowej, w którym jądro atomowe zaczyna się dzielić na mniejsze części.

Proces ten jest w stanie wytwarzać duże ilości protonów i fotonów, uwalniając energię w tym samym czasie i stale.

Niels Bohr opracował model, który pozwolił wyjaśnić proces rozszczepienia jądrowego niektórych elementów. Model ten polegał na obserwacji kropli cieczy, która reprezentowałaby strukturę jądra.

W ten sam sposób, w jaki integralną strukturę kropli można rozdzielić na dwie podobne części, Bohrowi udało się wykazać, że to samo może wydarzyć się z jądrem atomowym, będąc w stanie wygenerować nowe procesy powstawania lub pogorszenia na poziomie atomowym..

Referencje

  1. Bohr, N. (1955). Człowiek i nauka fizyczna. Theoria: Międzynarodowy dziennik teorii, historii i podstaw nauki, 3-8.
  2. Lozada, R. S. (2008). Niels Bohr. Akt uniwersytecki, 36-39.
  3. Nobel Media AB. (2014). Niels Bohr - Fakty. Źródło: Nobelprize.org: nobelprize.org
  4. Savoie, B. (2014). Rygorystyczny dowód twierdzenia Bohra-van Leeuwena w półokresowym limicie. RMP, 50.
  5. Redakcja Encyclopædia Britannica. (17 listopada 2016 r.). Model złożonego jądra. Źródło: Encyclopedia Britannica: britannica.com.