Гениальная догадка бора

Дебаты Бора-Эйнштейна

Даже если квантовая физика очень быстро сообщила о многих экспериментальных результатах, странность ее интерпретаций и описываемых ею явлений сделала ее неудовлетворительной для некоторых физиков и побудила Альберта Эйнштейна более двадцати лет выступать против Бора по вопросу о полноте этой теории., что он поставил под сомнение.

В 1935 году в знаменитой статье «  EPR  » (названной в честь ее авторов Эйнштейна, Подольски и Розена), опубликованной в американском журнале Physical Review под заголовком «Можем ли мы считать, что квантовая физика дает полное описание физической реальности?» »Эйнштейн вместе со своими двумя сотрудниками демонстрирует мысленный эксперимент, который позволяет ему, не оспаривая предсказаний квантовой механики, подвергнуть сомнению его полноту и, таким же образом, интерпретацию квантовой физики, разработанную Бором. Он представляет две частицы из одного и того же атома (следовательно, запутанные), движущиеся в двух противоположных направлениях. Один из двух находится под ограничением, которое заставляет его реагировать определенным образом. Согласно основам квантовой физики, если одна из двух частиц вынуждена заставить ее реагировать определенным образом, другая частица, независимо от того, насколько далеко друг от друга, будет вести себя точно так же. Если для Эйнштейна это явление запутывания все еще кажется приемлемым в мире бесконечно малого, то уже не так в данном контексте, когда это означает, что сигнал передается со скоростью, превышающей скорость света, что противоречит его специальной теории относительности. .

Для Эйнштейна это противоречие показывает, что квантовая физика действительно неполная теория и что в квантовых частицах есть скрытые переменные (или характеристики), которые еще предстоит открыть. Бор противостоит этому убеждению Эйнштейна, утверждая, что его мысленный эксперимент не имеет логического смысла, поскольку в контексте квантовой физики нужно рассматривать две частицы как неразделимое целое или как единое явление, находящееся в контексте одного и того же множества или та же система отсчета. Это не относится к гипотезе Эйнштейна, который рассматривает каждую частицу как независимую и, следовательно, «хозяин» в своей системе отсчета своего собственного поведения.

Более того, Бор категорически опровергает понятие скрытых переменных. По его мнению, фактически не может быть «предопределения» физических характеристик квантовой частицы, поскольку только тогда, когда экспериментатор производит измерение на частице, мы можем узнать значение одной из ее физических характеристик (положение, импульс, спин в случае квантовой запутанности и т. д.). Формулировка неравенств Белла, соотношений, которые должны соблюдаться при измерениях запутанных состояний в гипотезе локальной детерминированной теории со скрытыми переменными, и эксперименты, проведенные Аленом Аспектом в начале 1980-х годов, которые показывают, что эти неравенства систематически нарушены, вместе, кажется, доказывают, что Бор был прав относительно Эйнштейна в этом вопросе.

ЭПР думал эксперимент проводится с электрон — позитронных пар . Источник (в центре) испускает две запутанные частицы в направлении двух наблюдателей: электрон в направлении «Алисы» (слева) и позитрон в направлении «Боба» (справа), которые могут выполнять измерения спина .

Нильс Хенрик Давид Бор (7.10.1885 – 18.11.1962)

Нильс Бор – выдающийся датский физик, лауреат Нобелевской премии. Его научные работы, в основном, относятся к теоретической физике, но благодаря им появились новые направления развития химии.

Нильс Бор создал первую квантовую теорию атома водорода и других элементов, объяснил с физической точки зрени подобие свойств редкоземельных элементов и разделение групп периодической таблицы на главные побочные.

Бор был одни из создателей теории деления ядер.

Подробная биография

Нильс Бор родился в Копенгагене 7 октября 1885 года.

Он поступил в Копенгагенский университет, который окончил в 1908 году.

В 1911-1912 годах Нильс Бор работал под руководством английского физика Дж. Дж. Томсона в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.

В 1912-1913 годы Нильс Хенрик Давид Бор работал в Манчестерском университетете, в лаборатории Э. Резерфорда.

В 1913 году Нильс Бор создал первую квантовую теорию атома водорода, в которой он:

1) Показал, что электрон вращается вокруг ядра не по любым, а только по определенным квантовым орбитам.

2) Дал математическое описание устойчивости орбит, или стационарного состояния атома.

3) Показал, что любое излучение/поглощение энергии атомом связано с переходом между двумя стационарными состояниями, причем происходит дискретно с выделением/поглощением квантов Планка.

4) Ввел понятие главного квантового числа для характеристики электрона.

5) Рассчитал спектр атома водорода, показав совпадение расчетных данных с экспериментальными.

В 1916 году Нильс Бор стал профессором Копенгагенского университетета, а с 1920 года – еще и директор созданного им Института теоретической физики.

В 1917 году Нильс Бор стал членом Датского Королевского Общества Наук.

В 1918 году Нильс Бор сформулировал важный для атомной теории принцип соответствия.

В период с 1913 по 1921 годы Нильс Бор построил модели других химических элементов. Он охарактеризовал движение электронов в атомах с помощью главного n и побочного k квантовых чисел.

В 1921 году Бор заложил основы первой физической теории периодической системы элементов. В ней он связал периодичность свойств элементов с формированием электронных конфигураций атомов по мере увелечения заряда ядра. Нильс Бор обосновал подразделение групп периодической системы на главные и побочные, впервые объяснил подобие свойств редкоземельных элементов.

В 1922 году Нильс Бор был награжден Нобелевской премией по физике.

В 1927 году Бор предложил в квантовой механике “принцип дополнительности”

В 1929 году этот выдающийся ученый стал иностранным членом Академии Наук СССР.

С 1929 года Бор много работал совместно со Львом Давидовичем Ландау.

В 1936 году Нильс Бор развил теорию составного ядра. Он явился одним из создателей капельной модели ядер.

Был одним из создателей теории деления ядер в 1939 году. Также Нильс Бор предсказал явление спонтанного деления ядер урана.

В 1939 году Нильс Бор избран президентом Датского Королевского Общества Наук.

Во время войны фашисты охотились за Нильсом Бором, надеясь с его помощью создать атомное оружие. Чтобы не допустить этого, в 1943 году его тайно переправили на небольшом суденышке из Дании в Швецию, а оттуда – в США в бомбовом отсеке английского бомбардировщика.

Нильс Бор был известен как борец за мир, за мирное использование атомной энергии. Во время второй мировой войны он отказался участвовать в создании атомной бомбы, призывал правительства всех стран запретить атомное оружие.

18 ноября 1962 года Нильс Бор умер.

Необратимые последствия

Итак, Бор обобщил принцип дополнительности и придал ему глубокий гносеологический смысл: всякое истинно глубокое явление природы, например «жизнь», «атомный объект», «физическая система», не может быть определено однозначно с помощью слов нашего языка и требует для своего определения по крайней мере двух взаимоисключающих дополнительных понятий. 

Например, физическая картина явления и его математическое описание дополнительны друг к другу. Физическая картина явления пренебрегает деталями и далека от математической точности, тогда как точное математическое описание явления, наоборот, затрудняет его ясное понимание. 

Или, допустим, искусство и наука — два дополнительных способа изучения окружающего мира. Наука основана на логике и опыте, искусство — на интуиции и прозрении. Они не противоречат, а дополняют друг друга.

Нильс Бор в рабочем кабинете

Шли десятилетия, и принцип дополнительности Нильса Бора становился всё более и более философским: 

Он нашел применение этой концепции в областях, выходящих далеко за рамки физики — психологии, биологии, истории, искусстве. Не исключено, что он не возражал бы против применения принципа дополнительности к акту письма — к отношениям между писателем и тем, над чем работает писатель. 

Почему бы и нет? Что бы вы ни писали, каждый раз, когда вы это пишете, вы сталкиваетесь с практически бесконечным количеством вариантов выбора. Вы можете выбирать среди сотен тысяч слов, вы можете располагать их в любом порядке, вы можете перемежать их бессмысленными или разумными замечаниями, вы можете разбивать их на главы, строфы, сцены, разделы, строки, акты, абзацы.

И многое другое. У вас есть вселенная выбора. Но вы должны где-то провести черту: 

Президент США Дуайт Эйзенхауэр вручает награду Нильсу Бору (1958)

Концепция незавершенной работы также произвольна, поскольку зависит от того, какие элементы — слова, пунктуация, порядок, ритм и т. д. — вы включаете в то, что пишете. 

Произвольно, но не случайно. Выбор того, где провести линию, довольно осознан: 

Президент Датской королевской академии наук Нильс Бор (в центре) и академик АН СССР, физик Лев Ландау (справа) на празднике студентов Московского государственного университета в честь дня рождения Архимеда, 1961 год

Иными словами, вы должны учитывать эффекты столкновения между фотоном и электроном, но вы можете смело исключить из своих наблюдений афтершок после столкновения фотона и луны. Или, используя известный пример, приводимый Бором, если вы находитесь в темной комнате для изучения объекта, вы можете смело исключить гравитационное притяжение атома водорода на расстоянии 10 миллиардов световых лет от вас:

амятник Альберту Эйнштейну и Нильсу Бору (Музеон, парк культуры им. Горького в Москве)

Противоречие и необратимость. Где-то между этими двумя крайностями вы и проведете черту… #блогерскаяосень 

Отличия и награды

В 1921 году Нильс Бор был награжден медалью Хьюза . В 1922 году он получил Нобелевскую премию по физике за разработку квантовой механики. Он стал иностранным членом Королевского общества в 1926 году. Он также был награжден медалью Франклина в 1926 году, лекцией Фарадея в Королевском химическом обществе в 1930 году и медалью Копли в 1938 году.

В 1947 г. Бор был принят в престижный орден Слона, став третьим и заключительным датчане быть оформлены в течение XX — го  века, не будучи ни членом королевской семьи или лидера государства.

Он был президентом Датской королевской академии наук и литературы с по 1962 год .

Международный астрономический союз был назван лунной долина , в Валлисе Бор, в его честь . Его именем назван астероид (3948) Бор .

Медали Нильса Бора

Медаль Нильса Бора была впервые присуждена в 1955 году. Она награждает инженера или ученого, внесшего значительный вклад в использование ядерной энергии в гражданских целях. С 1955 по 2013 год он был награжден одиннадцать раз.

Год	Лауреат
1955 г.	Нильс Бор
1958 г.	Джон Коккрофт
1961 г.	Джордж де Хевеши
1965 г.	Петр Капица
	Исидор Исаак Раби
1970 г.	Вернер Карл Гейзенберг
	Ричард П. Фейнман
1976 г.	Ханс А. Бете
1979 г.	Чарльз Х. Таунс
1982 г.	Джон Арчибальд Уиллер
	Ален Аспект

С 2010 года ( 125 — й  годовщины со дня рождения Нильса Бора), то Институт Нильса Бора в Копенгагене ежегодно представляет еще одну награду, медаль Института Нильса Бора. Медаль вручается исследователю, работающему в духе Нильса Бора: «международное сотрудничество и обмен знаниями» .

Основные характеристики

Характеристики модели Бора важны, потому что они определили путь к разработке более полной атомной модели. Основными из них являются:

Он основан на других моделях и теориях того времени

Модель Бора была первой, в которой использовалась квантовая теория, поддерживаемая атомной моделью Резерфорда, и идеи, взятые из фотоэлектрического эффекта Альберта Эйнштейна. На самом деле Эйнштейн и Бор были друзьями.

Экспериментальные доказательства

Согласно этой модели, атомы поглощают или испускают излучение только тогда, когда электроны прыгают между разрешенными орбитами. Немецкие физики Джеймс Франк и Густав Герц получили экспериментальные доказательства этих состояний в 1914 году.

Электроны существуют на энергетических уровнях

Электроны окружают ядро ​​и существуют на определенных энергетических уровнях, которые являются дискретными и которые описаны в квантовых числах.

Энергетическое значение этих уровней существует как функция от числа n, называемого основным квантовым числом, которое можно рассчитать с помощью уравнений, которые будут подробно описаны ниже..

Без энергии нет движения электрона

На рисунке выше показан электрон, который совершает квантовые скачки.

Согласно этой модели, без энергии нет движения электрона с одного уровня на другой, так же как без энергии невозможно поднять предмет, который упал, или отделить два магнита..

Бор предложил квант как энергию, необходимую электрону для перехода с одного уровня на другой. Он также заявил, что самый низкий энергетический уровень, занимаемый электроном, называется «основным состоянием». «Возбужденное состояние» является более нестабильным состоянием, возникающим в результате перехода электрона на орбиту с более высокой энергией.. 

Количество электронов в каждом слое

Электроны, которые помещаются в каждый слой, рассчитываются с 2n2 

Химические элементы, которые являются частью периодической таблицы и находятся в одном столбце, имеют одинаковые электроны в последнем слое. Количество электронов в первых четырех слоях будет 2, 8, 18 и 32.

Разрешены орбиты

Согласно второму постулату Бора, единственными допустимыми орбитами для электрона являются те, для которых угловой момент L электрона является целым кратным постоянной Планка. Математически это выражается так:

Энергия, испускаемая или поглощаемая в прыжках

Согласно Третьему Постулату, электроны будут излучать или поглощать энергию при прыжках с одной орбиты на другую. При скачке орбиты испускается или поглощается фотон, энергия которого представлена ​​математически:

Модель атома Резерфорда-Бора

Первый вклад Бора в зарождающуюся новую идею квантовой физики начался в 1912 году во время исследований в Манчестерском университете. Только годом ранее английский ученый Резерфорд и его коллеги экспериментально установили, что атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра с существенно более легкими отрицательно заряженными электронами, кружащимися вокруг него на значительном расстоянии.

Согласно классической физике, такая система была бы неустойчивой, и Бор описал процессы в статьях, опубликованных в философском журнале в 1913 году, что электроны могут занимать только определенные орбиты, определяемые квантом действия, и что электромагнитное излучение от атома происходит только тогда, когда электрон прыгает на орбиту с более низкой энергией. Хотя радикальная и неприемлемая для большинства физиков в то время, атомная модель Бора была в состоянии объяснить постоянно увеличивающееся количество экспериментальных данных, начиная с спектральных линейных рядов, испускаемых водородом.

В модели атома Бора электроны движутся по определенным круговым орбитам вокруг ядра. Орбиты помечены целым числом, квантовым числом n. Электроны могут прыгать с одной орбиты на другую, производя или поглощая энергию.

Бор стремился применить свою теорию к пониманию периодической таблицы элементов. Он улучшил этот аспект своей работы в начале 1920-х годов, к этому времени он разработал сложную схему построения периодической таблицы, добавляя электроны один за другим в атом в соответствии с его атомной модели. Когда Бор был удостоен Нобелевской премии за свою работу в 1922 году, венгерский физик-химик Георг Хевеси вместе с физиком Дирком Костером из Голландии работали в институте Бора, чтобы установить экспериментально, что еще не открытый атомный элемент 72 будет вести себя так, как предсказано теорией Бора

Они преуспели в 1923 году, тем самым доказав как силу теории Бора, так и истинность на практике слов Бора на инаугурации Института о важной роли эксперимента. Элемент был назван hafnium (Копенгаген на латыни). В начале 1930-х годов Бор снова нашел применение своим способностям к сбору средств и своему видению плодотворного сочетания теории и эксперимента

Он понял, что исследовательский фронт в теоретической физике переходит от изучения атома в целом к изучению его ядра. Бор обратился в Фонд Рокфеллера, чья программа «Экспериментальная биология». Вместе с Хевеси и датским физиологом Августом Крогом Бор обратился за поддержкой для создания циклотрона — своего рода ускорителя частиц, недавно изобретенного Эрнестом О. Лоуренсом в США-как средство для проведения биологических исследований

В начале 1930-х годов Бор снова нашел применение своим способностям к сбору средств и своему видению плодотворного сочетания теории и эксперимента. Он понял, что исследовательский фронт в теоретической физике переходит от изучения атома в целом к изучению его ядра. Бор обратился в Фонд Рокфеллера, чья программа «Экспериментальная биология». Вместе с Хевеси и датским физиологом Августом Крогом Бор обратился за поддержкой для создания циклотрона — своего рода ускорителя частиц, недавно изобретенного Эрнестом О. Лоуренсом в США-как средство для проведения биологических исследований.

Хотя Бор намеревался использовать циклотрон главным образом для исследований в области ядерной физики, он мог бы также производить изотопы элементов, участвующих в органических процессах, что позволило бы, в частности, распространить метод радиоактивных индикаторов на биологические цели. Помимо поддержки со стороны Фонда Рокфеллера, средства на циклотрон и другое оборудование для изучения ядра были также предоставлены Бору из датских частных источников.

Деление уранового ядра

К занятиям физикой ядра Бор приступил еще в сотрудничестве с Резерфордом. В дальнейшем он немало времени уделял этой теме. Например, в 1936 году представил теорию составного ядра, из нее потом выросла капельная модель — новый виток в изучении деления ядер. Среди прочего ученый предсказал спонтанное деление урановых ядер.

Наконец, в 1939 году Нильс Бор открыл способ деления ядра урана, после чего человеческий мир изменился навсегда. Физик выступил на конференции в Вашингтоне 26 января, где впервые рассказал публике о великом достижении.

Открытие Бора позволило в дальнейшем создать ядерное оружие и атомный реактор. Но надо отдать ему должное — он неоднократно выступал с заявлениями о недопустимости применения ядерного оружия. Ученый пытался донести до сильных мира сего, что у такого оружия невероятная разрушительная сила.

После войны он возглавлял в Дании комиссию, которая занималась вопросами мирного применения атомной энергии. Ученый как никто понимал, во что может вылиться необдуманное использование ядерного оружия. За год до смерти он написал книгу, посвященную этим вопросам. Труд считается самым фундаментальным, вышедшим из-под его пера.

↑ Научные открытия Нильса Бора

В 1911 году Бор отправляется в Англию в Кембриджский университет, чтобы поработать с Томсоном, открывшим в 1897 году электрон. Но английский ученый уже был увлечен другими разработками и не проявил интереса к молодому датчанину. Бор переезжает в Манчестер, где Резерфорд занимается вопросами радиоактивности, и, в частности строением атома.

Несколько месяцев Бор упорно занимается исследованиями наряду с другими молодыми учеными из группы Резерфорда. Это позволило ему сформулировать собственную идею о модели строения атома.
Вернувшись в Данию летом 1912 года он начинает работать в Копенгагенском университете в должности ассистент-профессора и обзаводится семьей. Его избранницей стала Маргрет Норлунд. Впоследствии семья Боров пополнилась шестью сыновьями, один из которых также стал известным физиком.

После опубликования в 1913 году собственной теории строения атома, получившей название атом Бора, Резерфорд предложил ему читать лекции в Манчестерском университете. Вплоть до 1916 года, пока в Копенгагенском университете не была создана должность профессора специально для Нильса Бора, датский ученый работал в Англии.
После возвращения в Данию он был инициатором и основателем Института теоретической физики, которым руководил до конца жизни.

Родились в один день

Дата рождения: 07.10.1885. Возраст: 135. Знак зодиака: Весы (информация о знаке). Гороскопы для Весов: гороскоп на сегодня, гороскоп на завтра, гороскоп на неделю, гороскоп на месяц, гороскоп на год.

До следующего дня рождения осталось дней: 161 дней.

ПУТИН Владимир Владимирович

Президент Российской Федерации

1 место

СТОЦКАЯ Анастасия Александровна

Певица

2 место

РУДЕНКО Анатолий Кириллович

Актер

3 место

ОРЛОВ Дмитрий Анатольевич

Актер

4 место

КУРКИНА Раиса Семёновна

Актриса

5 место

РО (РОЖКОВА) Марьяна Викторовна

Российская актриса

6 место

КУРБАТОВ Михаил Юрьевич

Заместитель министра энергетики РФ

7 место

КАРАМЗИН Кантемир

Адвокат, юрист, правозащитник

8 место

БОГАЧЕВ Алексей Игоревич

Совладельц сети магазинов «Магнит»

9 место

МАКАРОВ Николай Егорович

Начальник Генерального штаба Вооруженных Сил РФ – первый заместитель Министра обороны РФ

10 место

ГУДОЧКИН Дмитрий Викторович

Актер

11 место

НИГМАТУЛЛИН Руслан Каримович

Российский футболист

12 место

ЕВДОКИМОВ Евгений Иванович

Управляющий директор управления по инфраструктурной деятельности

13 место

ОРДЖОНИКИДЗЕ Александр Сергеевич

Генеральный директор

14 место

Афанасьева Светлана Викторовна

Генеральный директор

15 место

Теории Демокрита

Атом представляет собой мельчайшую химически неделимую частицу вещества. Первым это понятие сформулировал древнегреческий ученый Демокрит еще в пятом-четвертом веках до нашей эры. Он считал, что характеристики конкретного вещества зависят от формы, веса и других особенностей формирующих его атомов.

При этом Демокрит утверждал, что в структуру твердых тел входят шероховатые частицы, которые позволяют веществам цепляться друг за друга. Вода же имеет гладкие атомы, за счет чего она течет. Более того, ученый был уверен, что даже человеческая душа состоит из атомов. При этом о понятии ядра в те времена речи еще не шло.

Модель атома водорода по Бору

Бор начал построение теории простейшей атомной системы с вычисления радиусов орбит электрона и энергии стационарных состояний атома. Он осуществил это с помощью законов механики Ньютона и правила квантования. Размеры атома соответствуют минимальному радиусу орбиты. Основное (невозбуждённое) состояние атома ­– это состояние атома, при котором электрон находится на самой близкой к ядру орбите (n = 1). Из формулы видно, что в невозбуждённом состоянии энергия атома водорода минимальна и соответствует низшему энергетическому уровню для водорода.

На представленном рисунке на вертикальной оси отложены значения энергий стационарных состояний (энергий электрона в атоме водорода)

В атомной физике энергетический уровень ­­– это энергия электрона в определённом стационарном состоянии. Следователь, когда электрон переходит с одной орбиты на другую, он переходит и с одного энергетического уровня на другой. Рисунок иллюстрирует возможные энергетические уровни для электрона в атоме водорода и возможные переходы электрона с одного энергетического уровня на другой. Как видно, энергия электрона в атоме имеет отрицательное значение.

Электрон принадлежит атома, а, следовательно, он обладает отрицательной энергией, имеющей, в свою очередь, дискретный набор значений.

Положительной же энергией обладают свободные электроны. Эта энергия может иметь любые значения, она не квантуется.

Энергию стационарных состояний частоты излучений атома водорода Бор вычислил благодаря своему второму постулату.

Формула для определения частот излучения атома водорода формируется за счёт двух формул:

Совместив эти формулы, получим:

Частота излучения будет определяться по формуле

Это равенство, при учёте постоянной Ридберга, совпадает с формулой Бальмера-Ридберга

Количественное согласие с экспериментом для излучений этих частот возникают при действии теории Бора.

При переходах с верхних уровней в первое возбуждённое состояние (на второй энергетический уровень) образуется серия Бальмера.

Вернувшись к представленному выше рисунку, можно обнаружить переходы электрона с одного энергетического уровня на другой. Эти переходы изображены стрелками. Переходам соответствуют красная, зелёная и две синие линии в видимой части спектра водорода:

Выражение электрона из атома требует сообщения энергии, равной энергии первого энергетического уровня.

Энергия ионизации — это минимальная энергия, которую необходимо сообщить атому, чтобы электрон из основного состояния перешёл в свободное с энергией Е = 0.