1、一、物理学家玻尔简介玻尔（Niels。Hendrik。David。Bohr，18851962）丹麦物理学家。1885年 10 月 7 日生于哥本哈根。7 岁入小学后成绩一贯优异，敢于公开指出教材或教师讲课中的差错。从小爱好足球，身体很好，也擅长手工，他说过：“我是像一个哲学家和一个工匠那样地对物理学发生兴趣的。 ”父亲是哥本哈根大学生理学教授，玻尔少年时经常随父亲参加每周星期五丹麦科学家的家庭学术性聚会，受到了许多潜移默化的科学黛陶。18 岁时进入哥本哈根大学的数学和自然科学系，主修物理学。大学低年级时参加哲学课外小组“黄道社” ，积极地参加各种问题的讨论。大学二年级时他热中于研究水的表面张力
2、问题，他自己设计与制造仪器，吹制玻璃管，做完一次实验往往需要若干小时。在精确测定的基础上，他参加了丹麦皇家科学院的有奖征文，他用振动射流法对水的表面张力进行实验和理论方面的研究，获得金质奖章。1909 年获该校硕士学位。1911 年以论文金属电子论的研究获博士学位。同年 9 月，他到英国剑桥卡文达什实验室进修据说他第一次与导师 J。汤姆孙见面时，就操着不熟练的英语把他论文中批评汤姆孙的段落当面指出，使导师大为光火，因而给以冷遇。在一次实验室年度聚餐会上他聆听了来访的卢瑟福的长篇演说，为他的性格和成就所折服，随即干 1912 年 3 月转到了曼彻斯特随卢瑟福工作，这成了他一生的重要转折点。 他从
3、研究不同的铝片对已射线的吸收问题开始，思考原子结构问题，并超负荷地全力工作。在这里他参加了卢瑟福的科学集体，并和卢瑟福建立了长期的亲密关系。当时人们对原子内部结构知之极少，只停留在光谱学和化学元素周期表的经验水平上。同时，按照卢瑟福的有核模型，明显地出现了正常状态下原子和分子的稳定性问题。不突破经典理论的框架。这一矛盾是难以解决的。1912 年 7 月，他尝试着把量子概念和有核模型结合起来，写了一份论文提纲给卢瑟福。这一提纲后来被史学界称为卢瑟福备忘录 。1912 年 9 月，他受聘在哥本哈根大学任教。他利用业余时间奋发努力，形成了自己的理论。1913 年 7 月起，他以论原子构造和分子构造为
4、题，连续三次在英国之哲学杂志上发表论文，后来被称为“伟大的三部曲” 。这篇论文的三大部分是：“正法对电子的束缚” ， “只包含单独一个原子核的体系” ， “包含多个原子核的体系” 。论文提出了五条公设（后来一般教材中归纳为三条） 。在玻尔的原子理论中，最重要的是引入了“定态”和“跃迁”这两个全新的概念。“定态”概念把经典物理学在一定边界条件和初始条件下所允许的各种连续状态进行筛选，只允许某些分立状态存在，从而排除了定态之间的其他状态，形成若干鸿沟。“跃迁” （最初叫“过渡” ）则把一个定态到另一定态的变化看作一种突然的、整体的、不需时间的行为，不允许经典物理那种逐渐的、连续的、分阶段动作。两个
5、状态之间的能量差形成了原子发射和吸收光的机制。这两个新概念解释了原子世界中原来互不关联的许多实验事实，如 粒子大角度散射，氢原子线光谱的各种公式。不同元素的 X 射线谱等、玻尔理论促进了新话线系（如赖曼系）的寻求和概括，核算了里德伯常量。天文学上发现的星体上的某些谱线（皮克林系）原来人们认为是属于氢原子，玻尔理论指出应属于氦原子并得到了实验验证。J.夫兰克和 G.赫兹通过碰撞测出原子的“电离能” ，玻尔指出这是原子的“激发能” ，由此可以肯定地证明原子定态的存在。玻尔的成功使他1916 年担任了哥本哈根大学教授，1917 年被选为丹麦科学院院士。为了克服说明其他元素光谱时遇到的困难，并且进一步
6、解释光谱线的强度、偏振以及原子其他诸多性质。说明元素周期表的构成等，1918 年玻尔提出了对应原理，它的大意是说：在同一问题的经典理论与量子理论之间，总可以从形式上找到相对应的类比关系。他认为：对一个周期性体系来说用经典理论（如用经典广义坐标中的傅立叶系数）来描述周期性体系的运动，和用量子理论（如体系的跃迁概率）来描述时，两者存在着简单的对应关系。这一理论后来导致了海森伯矩阵力学的发展。玻尔利用这一原理，合理地解释了众多的现象，如各元素的光谱与 X 射线谱、原子中电子的组态和元素周期表等。 1922 年 12月，玻尔由于上述这些成就荣获诺贝尔物理学奖。1921 年，玻尔倡议并建立了哥本哈根大学
7、理论物理学研究所，并领导这一世界性的科学中心 40 年，形成著名的哥本哈根学派，在量子力学的发展中起着独特的作用，取得了许多重大的成果，并培养出大批优秀的学者。例如，玻尔的对应原理导致了海森伯矩阵力学的形成；在相互的启发鼓励下涌现了玻恩对波函数的概率诠释；海森伯的不确定原理；以及后来玻尔提出的互补原理等。30 年代中期，玻尔还提出了关于原子核构成的“液滴模型” 、复合核概念等，促进了重核裂变的发现和原子核能的研究。玻尔待人诚恳，善于激发年轻科学家们的科学热情。1961 年访苏时，他的学生之一朗道问他有什么秘诀把许多才华横溢的青年团结在自己周围。他说：“没有什么秘诀，只是我不怕在他们面前显露我的
8、愚蠢。 ”他在丹麦被纳粹占领期间，坚决不参加傀儡政府组织的活动，而和地下爱国组织密切合作，组织专门机构营救被希特勒迫害的德、意等国大批知识分子。1943 年，他逃脱了德军的逮捕，经瑞典转赴英、美参加了英美联合研制原子弹的工作。他担心核武器出现后如何保卫世界和平问题，为此而奔走呼号。1950 年他为此发表了致联合国的公开信 。在他倡议下玻尔建立并领导了欧洲核子研究中心和北欧原子物理研究所。1937 年夏季，玻尔及其子小玻尔（1922）曾到中国上海、杭州、南京和北平等地访问，表达了对中国人民的友谊。1947 年他亲自设计了自己的族徽，其中心图案是中国的古代八卦“太极图”形象地表示了他的互补思想。二
9、、玻尔和费曼往事当费曼还在美国 Los Alamos 实验室工作时，职位很低。第二次世界大战期间，这个实验室研究设计并制造了原子弹，所以有不少重要的物理学家都来过这里。一天，玻尔与他的儿子小玻尔（当时他们的名字分别叫尼古拉贝克和吉姆贝克）也来了。即使是对于该实验室的大头头们，玻尔也是个神，每个人都想一睹玻尔的风采。与玻尔聚会讨论的会议开始了，人到了很多，费曼坐在一个角落里，只能从前面二个人的脑袋之间看到玻尔。举行下一次会议的那天早晨，费曼接到一个电话，“喂，是费曼么？”“是的。”“我是吉姆贝克，我父亲与我想找你谈谈。”“我吗？我是费曼，我只是个小伙计”“是找你，8 点钟见面行吗？”到了 8 点
10、，费曼与玻尔父子在办公室相见。玻尔说：“我们一直在想怎样能使炸弹更有威力，想法是这样的”费曼说：“不行，这个想法不行，没有效果”“那么换一个办法如何呢？”“那要好一些，但这里也有愚蠢之处。”他们讨论了约二个小时，对于各种想法反复推敲着、争论着。玻尔不断地点燃着烟斗，因为它老是灭掉。最后玻尔边点燃烟斗边说：“我想现在我们应该把大头头们叫来讨论了。”小玻尔后来对费曼解释，上一次开会时，他父亲对他说：“记住那个坐在后面的小伙子的名字了么？他是这里唯一不怕我的人，只有他才会指出我的想法是否疯了。所以下次我们讨论想法时，将不与那些只会说是的，玻尔先生，这一切都行得通的人讨论。把那个小家伙叫来，我们先跟他
11、讨论。”费曼于是恍然大悟，为什么玻尔单打电话叫他。三、物理学家夫兰克夫兰克，1882 年 8 月 26 日生于汉堡。1906 年获柏林大学博士学位。1917年起任威廉皇帝物理化学研究所物理部主任。1921 年受聘为格丁根 934 年移民美国，1935 及 1938 年先后任约翰霍布金斯大学和芝加哥大学教授。1955 年因光合作用方面研究的贡献获得美国科学院勋章。他还是英国皇家学会会员。第二次世界大战后获得德国物理学会马克斯普朗克奖章以及格丁根荣誉公民称号。1964 年在访问格丁根时于 5 月 21 日逝世。一生从事原子物理、核物理、分子光谱学及其在化学上的应用和光合作用等研究。夫兰克在物理学中
12、的主要贡献是最早通过电子和原子碰撞实验直接证实N。玻尔 1913 年有关原子定态假设的正确性。19121914 年他和 GL赫兹（18871975）进行了一系列实验，利用电场使热阴极电子加速，获得能量并大量发射，与管中汞蒸气原子发生碰撞，实验发现电子能量末达到某一临界值时，电子与汞原子发生弹性碰撞，电子不损失能量；当电子能量达到某一临界值时，发生非弹性碰撞，把电子的一定能量传递给汞原子，使后者激发，这时可以观察到汞原子跃迁的发射谱线。夫兰克一赫兹实验的结果，表明电子的能量只能是一系列离散值。这说用原子的能级是分立的。这是量子理论的直接证明。这一研究成果使夫兰克和赫兹同获 1925 年诺贝尔物理学奖。他还研究了电子和原子与分子的碰撞、原子跃迁和原子中的能级、原子系统中的能量在荧光情况下的转移等问题，阐明分子间力与分子光谱的关系。提出分子中的电子跃过远比分子振动迅速；由此导出夫兰克康登原理，作为分子电子光谱带振动结构强度分布的基本原理。
