物理研究
1903年,18歲進(jìn)入哥本哈根大學(xué)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)系,主修物理學(xué)。
1907年,玻爾以有關(guān)水的表面張力的論文獲得丹麥皇家科學(xué)文學(xué)院的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢⑾群笥?909年和1911年分別以關(guān)于金屬電子論的論文獲得哥本哈根大學(xué)的科學(xué)碩士和哲學(xué)博士學(xué)位。隨后去英國學(xué)習(xí),先在劍橋J.J.湯姆孫主持的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室,幾個(gè)月后轉(zhuǎn)赴曼徹斯特,參加了曼徹斯特大學(xué)以E.盧瑟福為首的科學(xué)集體,從此和盧瑟福建立了長期的密切關(guān)系。 1912年,玻爾考察了金屬中的電子運(yùn)動(dòng),并明確意識到經(jīng)典理論在闡明微觀現(xiàn)象方面的嚴(yán)重缺陷,贊賞普朗克和愛因斯坦在電磁理論方面引入的量子學(xué)說。創(chuàng)造性地把普朗克的量子說和盧瑟福的原子核概念結(jié)合了起來。 1913年初,玻爾任曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)教授時(shí),在朋友的建議下,開始研究原子結(jié)構(gòu),通過對光譜學(xué)資料的考察,寫出了《論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造》的長篇論著,提出了量子不連續(xù)性,成功地解釋了氫原子和類氫原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。提出了原子結(jié)構(gòu)的玻爾模型。按照這一模型電子環(huán)繞原子核作軌道運(yùn)動(dòng),外層軌道比內(nèi)層軌道可以容納更多的電子;較外層軌道的電子數(shù)決定了元素的化學(xué)性質(zhì)。如果外層軌道的電子落入內(nèi)層軌道,將釋放出一個(gè)帶固定能量的光子。 1916年任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授。玻爾授課
1917年當(dāng)選為丹麥皇家科學(xué)院院士。
1920年創(chuàng)建哥本哈根理論物理研究所并任所長,在此后的四十年他一直擔(dān)任這一職務(wù)。
玻爾的紋章
1921年,玻爾發(fā)表了《各元素的原子結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)》的長篇演講,闡述了光譜和原子結(jié)構(gòu)理論的新發(fā)展,詮釋了元素周期表的形成,對周期表中從氫開始的各種元素的原子結(jié)構(gòu)作了說明,同時(shí)對周期表上的第72號元素的性質(zhì)作了預(yù)言; 1921年,在玻爾的倡議下成立了哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所。玻爾領(lǐng)導(dǎo)這一研究所先后達(dá)40年之久。
1922年,第72號元素鉿的發(fā)現(xiàn)證明了玻爾的理論,玻爾由于對于原子結(jié)構(gòu)理論的貢獻(xiàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他所在的理論物理研究所也在二三十年代成為物理學(xué)研究的中心。 1923年,玻爾接受英國曼徹斯特大學(xué)和劍橋大學(xué)名譽(yù)博士學(xué)位。
1930年代中期,研究發(fā)現(xiàn)了許多中子誘發(fā)的核反應(yīng)。玻爾提出了原子核的液滴模型,很好地解釋了重核的裂變。 玻爾認(rèn)識到他的理論并不是一個(gè)完整的理論體系,還只是經(jīng)典理論和量子理論的混合。他的目標(biāo)是建立一個(gè)能夠描述微觀尺度的量子過程的基本力學(xué)。為此,玻爾提出了著名的“互補(bǔ)原理”,即宏觀與微觀理論,以及不同領(lǐng)域相似問題之間的對應(yīng)關(guān)系?;パa(bǔ)原理指出經(jīng)典理論是量子理論的極限近似,而且按照互補(bǔ)原理指出的方向,可以由舊理論推導(dǎo)出新理論。這在后來量子力學(xué)的建立發(fā)展過程中得到了充分的驗(yàn)證。玻爾的學(xué)生海森堡在互補(bǔ)原理的指導(dǎo)下,尋求與經(jīng)典力學(xué)相對應(yīng)的量子力學(xué)的各種具體對應(yīng)關(guān)系和對應(yīng)量,由此建立了矩陣力學(xué)。互補(bǔ)理論在狄拉克、薛定諤發(fā)展波動(dòng)力學(xué)和量子力學(xué)的過程中起到了指導(dǎo)作用。簽名
在對于量子力學(xué)的解釋上,玻爾等人提出了哥本哈根詮釋,但遭到了堅(jiān)持決定論的愛因斯坦及薛定諤等人的反對。從此玻爾與愛因斯坦開始了玻爾-愛因斯坦論戰(zhàn),最有名的一次爭論發(fā)生在第六次索爾維會議上,愛因斯坦提出了后來知名為愛因斯坦光盒的問題,以求駁倒不確定性原理。玻爾當(dāng)時(shí)無言以對,但冥思一晚之后發(fā)現(xiàn)巧妙地進(jìn)行了反駁,使得愛因斯坦只得承認(rèn)不確定性原理是自洽的。這一爭論一直持續(xù)至愛因斯坦去世。 1937年5、6月間,玻爾曾經(jīng)到過中國訪問和講學(xué)。期間,玻爾和束星北等中國學(xué)者有過深度學(xué)術(shù)交流,玻爾稱束星北是愛因斯坦一樣的大師。束星北的文章《引力與電磁合論》《愛因斯坦引力理論的非靜力場解》是相對論早期的重要論述。 1939年,玻爾任丹麥皇家科學(xué)院院長。第二次世界大戰(zhàn)開始,丹麥被德國法西斯占領(lǐng)。1943年玻爾為躲避納粹的迫害,逃往瑞典。
1944年,玻爾在美國參加了和原子彈有關(guān)的理論研究。
1945年,玻爾回到丹麥,此后致力于推動(dòng)原子能的和平利用。 1947年,丹麥政府為了表彰玻爾的功績,封他為“騎象勛爵”。
1952年,玻爾倡議建立歐洲原子核研究中心(CERN),并且自任主席。 1955年,玻爾參加創(chuàng)建北歐理論原子物理學(xué)研究所,擔(dān)任管委會主任。同年丹麥成立原子能委員會,玻爾被任命為主席。500丹麥克朗正面印有尼爾斯·玻爾的頭像