内容简介
《尼尔斯·玻尔传》主要讲述了20世纪全球具创新精神的物理学家尼尔斯·玻尔在量子力学领域的zhuo越成就。作为物理学家,他建立了哥本哈根理论物理研究所,推动了世界物理学研究的发展;作为文化偶像,他强调世界各民族文化在人类文明交流互鉴中的互补价值,为我们理解文化的多样性和互补性提供了新的视角。
目录
第一章 丰富的思想
第二章 成功的模糊性
第三章 魔术棒
第四章 发展新理论
第五章 玻尔研究所
第六章 政界元老
前言/序言
艾萨克·牛顿(Isaac Newton)认为除非上帝选择提高行星的运行速度,否则行星间的相互引力会导致它们坠向太阳。但经过一个世纪的计算,物理学家们最终认识到,就太阳系的稳定性而言,上帝是正确的。因此,物理学解决了一个威胁其存在的问题,它被称作“上帝问题”。
核状原子使物理学家们重新思考世界的稳定性问题。不像行星,电子之间的相互排斥使得一个拥有多个电子的核状原子没有了力学稳定性。电子和行星之间还存在另一个有害的负面类比:尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)之前的物理理论认为加速的带电粒子会辐射能量,因此即使是只有一个电子的核状原子也会迅速坍缩,因为将电子保持在圆形轨道上所需的向心力会使其辐射出能量并坠入原子核。玻尔在他早期的工作中把这种威胁性的理论称作“普通物理学”,但很快它就被改称为“经典物理学”,正如富有冒险精神的作曲家将传统音乐称作“古典音乐”一样。经典物理学不允许各部分均遵守其规则的核状原子存在。
然而,当欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)在1911年提出核状原子时,他有充分的理由相信核状原子代表了原子的本来面目。在曼彻斯特大学他指导进行的实验中,物质表现为由原子构成,其微小中心携带的电荷比电子的电荷e大得多。计算表明,这个大电荷Ne以一种非常简单的关系N=A/2随着所研究物质的原子量A的增加而增加。这个近似值与约瑟夫·约翰·汤姆逊(Joseph John Thomson)及其助手在剑桥卡文迪什实验室的测量结果相似,他们发现原子中的电子数n也在A/2左右。卢瑟福的微小中心正是一个“原子核”,其电荷与核外电子的电荷之和大小相等方向相反:N≈n。
从这个简单的方程得出了一个极其重要的结果。在卢瑟福的实验中,放射性物质释放的阿尔法粒子轰击金属靶。当计算阿尔法粒子与原子核碰撞的结果时,卢瑟福假设可以忽略它们的大小,也就是说,他认为双方都是裸核。由于早些时候他已经证明了阿尔法粒子由一个氦原子减去两个电子构成,因此中性氦原子正好有两个行星电子。一个合理的推论给出了整个元素周期表中氢含有一个电子、锂含有三个电子、铍含有四个电子等等。因此,很自然地得出结论:元素周期表中元素序数或“原子序数”Z等于原子核上的电荷数Ⅳ。同样重要的是,卢瑟福的核状原子模型允许人们严格地区分由实验者控制的行星电子产生的现象和明显不受外力影响的位于原子核内部的放射性现象。遗憾的是,卢瑟福的模型非常不稳定!
1912年春夏时,玻尔已是曼彻斯特大学的一名高级研究生。他于1911年秋天来到英国,本打算和汤姆逊一起研究金属的性质,这是他在丹麦的博士论文的主题,但这次合作并没有实现。玻尔决定在自己的奖学金年结束前,向卢瑟福教授学习一些关于放射性的知识。很快他就对这位新教授的核状原子产生了兴趣。
当玻尔发现经典物理学不允许有核状原子稳定存在时,他对经典物理学产生了浓厚的兴趣,很快这种兴趣演变成了一种激情。