尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔

尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔

尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔（Niels Henrik David Bohr ；1885～1962），丹麦物理学家，最先将量子论用于原子结构理论研究的先驱者之一。量子力学发展的主导人物，哥本哈根学派的创始人。生于哥本哈根，卒于哥本哈根。1903年玻尔入哥本哈根大学，主修物理学。1909年和1911年分别获得哥本哈根大学理学硕士和哲学博士学位。随后赴英国深造。先在剑桥J.J.汤姆孙主持的卡文迪什实验室，几个月后转曼彻斯特，师从E.卢瑟福。1912年夏季回国结婚，并任哥本哈根大学讲师。1914年到曼彻斯特大学任教。1916年任哥本哈根大学理论物理学教授，1921年创建了该大学理论物理研究所并任所长，直至去世。1917年当选丹麦皇家文理科学院院士，1939年起任该院院长并终身担任此职。1940年德国人入侵丹麦。由于玻尔的犹太血统及其毫不隐蔽的反纳粹观点，玻尔受逮捕之威胁。1943年，玻尔携妻和第四子A.N.玻尔逃往瑞典，又经英国而赴美国。在其后的两年中，与其子A.N.玻尔在美国参与研制原子弹的曼哈顿计划。1945年回国。1955年任丹麦原子能委员会主席，并领导建设了欧洲核子研究中心(CERN)。

1907年，玻尔在大学时代就发表了以射流振动来测定液体表面张力的论文，获得了丹麦皇家文理科学院的金奖。玻尔的博士论文是关于金属电子论的研究，论文中强调经典物理学不足以在原子水平上研究物质的特性。1913年，玻尔发表了《论原子构造和分子构造》的长篇论文。假定当原子在某一稳态(定态)时，不发生辐射；只有当原子从一个定态跃迁到另一个定态时，才发生辐射。并可以相当精确地计算出那些辐射谱线的频率。这一最为精彩的结果意味着原子不能连续吸收或放射辐射能，而只能通过量子跃迁达到。或者说，原子发射的辐射频率不等于原子内电子的运动频率。这种大胆的看法，是基于将M.普朗克和A.爱因斯坦的量子论与原子的核模型相结合的结果，它有力地冲击了经典理论，解释了氢原子光谱，推动了量子力学的形成。这篇论文为20世纪原子物理学开辟了道路，并被誉为划时代之作。

1918年，玻尔发表《论线光谱的量子理论》一文，详细阐述了对应原理的思想。根据这一原理，由量子公设推定的定态之间的每一跃迁过程，必定和经典力学描述周期性体系的电子运动的有关谐分量(单一频率的)相对应。也就是说，能从原子发射的辐射和从粒子运动获得辐射源的经典想法之间找到关联。玻尔试图发展一种协合的量子论，使它既能在原子水平取代经典力学和电动力学，又能处理原子世界的一切问题，甚至能解释化学元素周期表的有序规律和原子光谱的复杂图样。当时基础尚不确定，理论是试探性的，模型也尚原始，因此玻尔常以对应原理指导他的研究。在一定范围内，用上述不同方法计算所得的频率，竟然精确相等。对应原理在其时成了从经典理论通向量子理论的桥梁。由于玻尔在原子结构和原子辐射方面所作出的贡献，他获得了1922年诺贝尔物理学奖。

玻尔创建的理论物理研究所很快就成为研究原子物理和量子论活跃的国际中心。从研究所成立之初起，有各国学者到此与玻尔一起工作，如荷兰的H.A.克喇末，匈牙利的G.C.de赫维西、瑞典的O.克莱因、德国的W.K.海森伯和美国的J.C.斯莱特。1924～1926年间，量子力学诞生了。这种全新的综合性理论不仅是一种计算所要求的数学结构，而且要求有物理解释。这种新的物理解释是由玻尔和一批批到他的理论研究所访问的科学家在热烈的讨论中产生的，他们讨论怎样把这种对自然界的新数学描述与实验物理学的运作过程及其成果联系起来。这就形成了以玻尔、海森伯、W.泡利、克喇末等物理学家为核心的“哥本哈根学派”。这个学派对量子力学的创建和发展作出了重大贡献。1927年，玻尔提出诠释量子力学的“并协性”(又称“互补性”)原理，就是这个学派的重大理论成果之一。

玻尔用并协原理来说明量子力学的特性，认为“任何原子物体的性态，与界定相关现象产生条件的测量仪器的相互作用不能明显分开”。其结果是，在不同实验条件下所得出的诸实验证据，不能各自独一地构成整体的物理图像，而只能认为，它们是彼此互相补充才构成该物理现象的完备描述。微观客体的“粒子性”与“波动性”就是论证这种并协原理的一个自然事件的典型。后来，玻尔又将它的并协原理推广为一条哲学原理。认为哲学的因果性概念已不敷应用，应以并协性概念来代替它。玻尔对于量子物理含义的这种新解释、新看法，逐渐为多数物理学家所接受，但最有名和最直言不讳的反对者是爱因斯坦。他们之间关于量子力学解释的争论，从1927年起整整持续了30年，对于量子力学概念的深刻理解和发展起了积极的作用。

1930年起，玻尔继续从事量子力学中的认识论问题的研究，同时对核物理学这个新领域作出贡献。1936年提出原子核的“液滴模型”。他将原子核比作一个液滴，这个概念曾经是理解许多核作用过程的关键手段，特别是在1939年在理解核裂变(一个重核分裂为几乎等质量的两部分，并释放巨大的能量)的机制中起了重要作用。他还预言了慢中子引起核裂变的是铀－235，而不是铀－238。

玻尔一生主张和平与民主，反对侵略与独裁。1933年希特勒在德国上台后，他曾亲自赴德国安排受迫害的知识分子出逃，后又在丹麦组织专门机构以协助和营救这些人。玻尔赴美后，虽参与研制原子弹，但他的动机是为了反击纳粹，而且特别关心原子武器对人类的可怕威胁和核军备竞赛的危险。早在1944年，他试图说服英国首相丘吉尔和美国总统罗斯福必须通过国际合作来解决这些问题。第二次世界大战在1945年结束后，他毅然断绝和任何核武器制造的关系。1950年，他发表《致联合国的公开信》，努力提倡“开放世界和合理的和平政策”。他大力推动核能的和平利用，提倡以国际合作和自由交流来控制核武器。他领衔推动了1955年在日内瓦召开的第一届国际和平利用原子能会议。在他获得的诸多荣誉中，有1947年丹麦政府颁发的“大象勋章”，1957年第一届“美国和平利用原子能奖”。为了纪念他，他所创建的哥本哈根大学理论物理研究所于1964年改名为“尼耳斯·玻尔研究所”。

1937年夏，玻尔携其妻、子A.N.玻尔曾来中国，访问了上海、杭州、南京和北平。当1947年丹麦政府为他授勋时，要求受勋者有族徽。玻尔亲自设计其族徽，其中心图案乃是古代中国闻名的太极图。在他看来，太极图中阴阳盘旋、阴中有阳、阳中有阴的绘画是他的并协原理的生动而又美妙的表述。