Жанр: Энциклопедия
СТО ВЕЛИКИХ ученых
...гда как сам
Макс Борн был материалистом, а его другой ученик Дирак — атеистом,
отрицавшим всякую религию.
Такое различие в мировоззрениях не мешало их научному сотрудничеству до тех пор, пока от каждого не потребовалось решительного определения своих политических взглядов с приходом к власти фашистов
Некоторые студенты и коллеги Борна уже успели получить Нобелевскую премию за работы по квантовой теории, но вклад самого Борна не
был столь высоко оценен до 1954 года, когда он был награжден Нобелевской премией по физике
за фундаментальные исследования по квантовой механике, особенно за его статистическую интерпретацию волновой
функции
. Он разделил премию с Вальтером Боте, который был награжден за экспериментальную работу по элементарным частицам. В Нобелевской лекции Борн описал истоки квантовой механики и ее статистической интерпретации, задавшись вопросом:
Можем ли мы нечто, с чем
нельзя ассоциировать привычным образом понятия положение
и движение
, называть предметом или частицей?
И следующим образом заключил:
Ответ на этот вопрос принадлежит уже не физике, а философии
.
Хотя Борна больше всего помнят в связи с его работами в области
квантовой механики, его исследования и труды сыграли важную роль во
всех тех областях, которых они касались.
Мне никогда не нравилось быть
узким специалистом, — написал он в своей автобиографии. — Я не слишком подошел бы к современной манере проводить научные исследования
большими группами специалистов. Философское основание науки — вот
что всегда интересовало меня больше, чем конкретные результаты
.
Вскоре после своей отставки Борн с женой поселился в Бад-Пирмонтс, небольшом городке вблизи Гёттингена, их пенсионные права и кон
МАКС БОРН
477
фискованная собственность были восстановлены послевоенным правительством. Здесь Борн продолжал свою научную работу, готовил новые
издания своих публикаций, писал и выступал с лекциями о социальной
ответственности ученых, особенно в связи с применением ядерного оружия. В 1955 году он был одним из шестнадцати нобелевских лауреатов,
которые собрались на острове Майнау, расположенном на озере Констанс
в Швейцарии, чтобы выработать заявление, осуждающее дальнейшую разработку и использование ядерного оружия. В конце концов, эту декларацию подписал пятьдесят один нобелевский лауреат. Два года спустя Борн
был одним из восемнадцати гёттингенцев (все из группы ведущих западногерманских физиков), которые поклялись не принимать участия в разработке и производстве такого оружия и которые участвовали в кампании
против ядерного вооружения Западной Германии.
Борн умер в гёттингенском госпитале 5 января 1970 года.
НИЛЬС БОР
(1885—1962)
Эйнштейн сказал однажды:
Что удивительно привлекает в Боре как
ученом-мыслителе, так это редкий сплав смелости и осторожности; мало
кто обладал такой способностью интуитивно схватывать суть скрытых вещей, сочетая это с обостренным критицизмом. Он, без сомнения, является одним из величайших научных умов нашего века
.
Датский физик Нильс Хенрик Давид Бор родился 7 октября 1885 года в
Копенгагене и был вторым из трех детей Кристиана Бора и Эллен (в девичестве Адлер) Бор. Его отец был известным профессором физиологии в
Копенгагенском университете; его мать происходила из еврейской семьи,
хорошо известной в банковских, политических и интеллектуальных Kpy-'
гах. Их дом был центром весьма оживленных дискуссий по животрепещущим научным и философским вопросам, и на протяжении всей своей
жизни Бор размышлял над философскими выводами из своей работы. Он
учился в Гаммельхольмской грамматической школе в Копенгагене и окончил ее в 1903 году. Бор и его брат Харальд, который стал известным математиком, в школьные годы были заядлыми футболистами; позднее Нильс
увлекался катанием на лыжах и парусным спортом.
В те годы Харальд пользовался гораздо большей известностью, чем
Нильс, правда, не столько как талантливый ученый, сколько как один из
лучших футболистов Дании. На протяжении ряда лет он играл полузащитником в командах высшей лиги ив 1908 году участвовал в лондонской
олимпиаде, где Дания завоевала серебряные медали. Нильс также был
страстным футболистом; но он никогда не поднимался выше запасного
НИЛЬС БОР 479
вратаря команды высшей лиги, хотя и в этом амплуа выступал лишь в
очень редких матчах.
Нильс, конечно, играл прекрасно, но частенько запаздывал выйти из
ворот
, — шутил Харальд.
Если в школе Нильса Бора в общем считали учеником обыкновенных
способностей, то в Копенгагенском университете его талант очень скоро
заставил о себе заговорить. В декабре 1904 году Хельга Лунд писала своему
норвежскому другу:
Кстати, о гениях С одним из них я встречаюсь каждый день Это
Нильс Бор, о котором я тебе уже рассказывала; его незаурядные способности проявляются все в большей степени Это самый лучший, самый
скромный человек на свете. У него есть брат Харальд, он почти такой же
талантливый и учится на математическом отделении. Я никогда не встречала двух столь неразлучных и любящих друг друга людей. Они очень
молоды, одному — 17, другому — 19 лет, но я предпочитаю разговаривать
только с ними, потому что они очень приятные
.
Нильса действительно признавали необычайно способным исследователем. Его дипломный проект, в котором он определял поверхностное
натяжение воды по вибрации водяной струи, принес ему золотую медаль
Датской королевской академии наук. В 1907 году он стал бакалавром
Степень магистра он получил в Копенгагенском университете в 1909 году
Его докторская диссертация по теории электронов в металлах считалась
мастерским теоретическим исследованием. Среди прочего в ней вскрывалась неспособность классической электродинамики объяснить магнитные
явления в металлах. Это исследование помогло Бору понять на ранней
стадии своей научной деятельности, что классическая теория не может
полностью описать поведение электронов.
Получив докторскую степень в 1911 году, Бор отправился в Кембриджский университет, в Англию, чтобы работать с Дж.Дж. Томсоном, который открыл электрон в 1897 году. Правда, к тому времени Томсон начал
заниматься уже другими темами, и он выказал мало интереса к диссертации Бора и содержащимся там выводам
Бор поначалу страдал от недостатка знаний английского языка и поэтому сразу же по приезде в Англию начал читать в оригинале
Давида
Копперфильда
. Со свойственным ему терпением он отыскивал в словаре
каждое слово, в датском эквиваленте которого он сомневался, и специально для этой цели купил себе словарь, служивший ему во всех сомнительных случаях. С этим словарем красного цвета Бор не расставался потом
всю жизнь.
Вскоре в жизни Бора произошел решающий поворот в октябре на
ежегодном праздничном обеде в Кавендишской лаборатории он впервые
увидел Эрнеста Резерфорда. Хотя в тот раз Бор и не познакомился с ним
лично. Резерфорд произвел на него сильное впечатление. Бор заинтересо
вался работой Эрнеста Резерфорда в Манчестерском университете. Резерфорд со своими коллегами изучал вопросы радиоактивности элементов и
строения атома. Бор переехал в Манчестер на несколько месяцев в начале
1912 года и энергично окунулся в эти исследования. Он вывел много следствий из ядерной модели атома, предложенной Резерфордом, которая не
получила еще широкого признания. В дискуссиях с Резерфордом и другими учеными Бор отрабатывал идеи, которые привели его к созданию своей собственной модели строения атома.
В 1910 году Нильс встретил Маргарет Нерлунд, сестру Нильса Эрика
Нерлунда, товарища Харальда Бора, и дочь аптекаря Альфреда Нерлунда
из Слагельса. В 1911 году состоялась их помолвка. Летом 1912 года Бор
вернулся в Копенгаген и стал ассистент-профессором Копенгагенского
университета. 1 августа этого же года — через четыре дня после возвращения Бора из своей первой короткой учебной поездки к Резерфорду, он
женился на Маргарет. Свадебное путешествие привело их в Англию, где
после недельного пребывания в Кембридже молодая пара посетила Резерфорда. Нильс Бор оставил ему свою работу о торможении альфа-частиц,
начатую незадолго до возвращения домой.
Брак Нильса Бора с Маргарет Нерлунд принес им обоим настоящее
счастье — они так много значили друг для друга. Маргарет Бор стала подлинной и незаменимой опорой мужа не только благодаря силе своего характера, уму и знанию жизни, но, прежде всего, благодаря своей беспредельной преданности. У них было шесть сыновей, один из которых, Ore
Бор, также стал известным физиком.
Другой сын Бора, Ханс, позднее писал:
...Нельзя не отметить, какую роль в нашей семье играла мать. Ее
мнение было для отца решающим, его жизнь была ее жизнью. В любом
событии — маленьком или большом — она принимала участие и, разумеется, была ближайшим советником отца, когда нужно было принять какое-либо решение
.
В течение следующих двух лет Бор продолжал работать над проблемами, возникающими в связи с ядерной моделью атома. Резерфорд предположил, что атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по орбитам вращаются отрицательно заряженные электроны. Согласно классической электродинамике, вращающийся по орбите электрон
должен постоянно терять энергию. Постепенно электрон должен приближаться по спирали к ядру и, в конце концов, упасть на него, что привело
бы к разрушению атома. На самом же деле атомы весьма стабильны, и,
следовательно, здесь образуется брешь в классической теории. Бор испытывал особый интерес к этому очевидному парадоксу классической физики, поскольку все слишком напоминало те трудности, с которыми он столкнулся при работе над диссертацией. Возможное решение этого парадокса, как полагал он, могло лежать в квантовой теории.
ЯЯЛЬС БОР
Применяя новую квантовую теорию к проблеме строения атома. Бор
предположил, что электроны обладают некоторыми разрешенными устойчивыми орбитами, на которых они не излучают энергию. Только в
случае, когда электрон переходит с одной орбиты на другую, он приобретает или теряет энергию, причем величина, на которую изменяется энергия, точно равна энергетической разности между двумя орбитами. Идея,
что частицы могут обладать лишь определенными орбитами, была революционной, поскольку, согласно классической теории, их орбиты могли
располагаться на любом расстоянии от ядра, подобно тому как планеты
могли бы в принципе вращаться по любым орбитам вокруг Солнца.
Хотя модель Бора казалась странной и немного мистической, она позволяла решить проблемы, давно озадачивавшие физиков. В частности,
она давала ключ к разделению спектров элементов. Когда свет от светящегося элемента (например, нагретого газа, состоящего из атомов водорода)
проходит через призму, он дает не непрерывный включающий все цвета
спектр, а последовательность дискретных ярких линий, разделенных более широкими темными областями. Согласно теории Бора, каждая яркая
цветная линия (т. е. каждая отдельная длина волны) соответствует свету,
излучаемому электронами, когда они переходят с одной разрешенной орбиты на другую орбиту с более низкой энергией. Бор вывел формулу для
частот линий в спектре водорода, в которой содержалась постоянная Планка. Частота, умноженная на постоянную Планка, равна разности энергий
между начальной и конечной орбитами, между которыми совершают переход электроны. Теория Бора, опубликованная в 1913 году, принесла ему
известность; его модель атома стала известна как атом Бора.
Немедленно оценив важность работы Бора, Резерфорд предложил ему
ставку лектора в Манчестерском университете — пост, который Бор занимал с 1914 по 1916 год. В 1916 году он занял пост профессора, созданный
для него в Копенгагенском университете, где он продолжал работать над
строением атома. В 1920 году он основал Институт теоретической физики
в Копенгагене За исключением периода второй мировой войны, когда
Бора не было в Дании, он руководил этим институтом до конца своей
жизни. Под его руководством институт сыграл ведущую роль в развитии
квантовой механики (математическое описание волновых и корпускулярных аспектов материи и энергии). В течение двадцатых годов боровская
модель атома была заменена более сложной квантово-механической моделью, основанной главным образом на исследованиях его студентов и
коллег. Тем не менее атом Бора сыграл существенную роль моста между
миром атомной структуры и миром квантовой теории.
Бор был награжден в 1922 году Нобелевской премией по физике
За
заслуги в исследовании строения атомов и испускаемого ими излучения
.
При презентации лауреата Сванте Аррениус, член Шведской королевской
академии наук, отметил, что открытия Бора
подвели его к теоретическим
идеям, которые существенно отличаются от тех, какие лежали в основе
классических постулатов Джеймса Клерка Максвелла
. Аррениус добавил, что заложенные Бором принципы
обещают обильные плоды в будущих исследованиях
.
В 1924 году Бор купил усадьбу в Луннене. Здесь, на прекрасном лугу,
ему очень нравилось отдыхать. Вместе женой и детьми он совершал велосипедные прогулки в лес, купался в море, играл в футбол.
В двадцатые годы ученый сделал решающий вклад в то, что позднее
было названо копенгагенской интерпретацией квантовой механики. Основываясь на принципе неопределенности Вернера Гейзенберга, копенгагенская интерпретация исходит из того, что жесткие законы причины и
следствия, привычные нам в повседневном, макроскопическом мире, неприложимы к внутриатомным явлениям, которые можно истолковать лишь
в вероятностных терминах. Например, нельзя даже в принципе предсказать заранее траекторию электрона; вместо этого можно указать вероятность каждой из возможных траекторий.
Бор также сформулировал два из фундаментальных принципа, определивших развитие квантовой механики: принцип соответствия и принцип дополнительности. Принцип соответствия утверждает, что квантовомеханическое описание макроскопического мира должно соответствовать
его описанию в рамках классической механики. Принцип дополнительности утверждает, что волновой и корпускулярный характер вещества и
излучения представляют собой взаимоисключающие свойства, хотя оба
эти представления являются необходимыми компонентами понимания
природы. Волновое или корпускулярное поведение может проявиться в
эксперименте определенного типа, однако смешанное поведение не наблюдается никогда. Приняв сосуществование двух очевидно противоречащих друг другу интерпретаций, мы вынуждены обходиться без визуальных
моделей — такова мысль, выраженная Бором в его Нобелевской лекции
Имея дело с миром атома, сказал он,
мы должны быть скромными в
наших запросах и довольствоваться концепциями, которые являются формальными в том смысле, что в них отсутствует столь привычная нам визуальная картина
Метод работы Вора многим представлялся необычным. Но при более
близком знакомстве становилось понятно, что он полностью соответствовал его научному кредо. За исключением личных писем и коротких записей самим Бором было написано лишь несколько статей. Лучше всего его
мысль работала, когда он не писал, а диктовал. Кроме того. Бор всегда
нуждался в присутствии человека, с которым он мог обсуждать проблемы.
Эта своего рода живая дека была необходимой предпосылкой для работы,
средством проверки силы аргументов.
Он ощущал внутреннюю потребность в критике, чрезвычайно остро
реагируя на любое критическое высказывание. Часто в ходе дискуссии
ЯИЛЬС БОР 483
ему удавалось сформулировать свою мысль наилучшим образом Бор с
жадностью ловил каждое справедливое замечание в отношении выбора
слова и охотно вносил изменение в текст.
В тридцатые годы Бор обратился к ядерной физике. Энрико Ферма с
сотрудниками изучали результаты бомбардировки атомных ядер нейтронами. Бор вместе с рядом других ученых предложил капельную модель
ядра, соответствующую многим наблюдаемым реакциям. Эта модель, где
поведение нестабильного тяжелого атомного ядра сравнивается с делящейся каплей жидкости, дала в конце 1938 года возможность Отто Р Фришу
и Лизе Майтнер разработать теоретическую основу для понимания деления ядра. Открытие деления накануне второй мировой войны немедленно
дало пищу для домыслов о том, как с его помощью можно высвобождать
колоссальную энергию. Во время визита в Принстон в начале 1939 года
Бор определил, что один из обычных изотопов урана, уран-235, является
расщепляемым материалом, что оказало существенное влияние на разработку атомной бомбы.
В первые годы войны Бор продолжал работать в Копенгагене над теоретическими деталями деления ядер, в условиях германской оккупации
Дании. Однако 29 сентября 1943 года Бора неоднократно информировали
о решении немцев арестовать его вместе со всей семьей в связи с предстоящей высылкой датских евреев в Германию К счастью, ему удалось принять необходимые меры и той же ночью вместе с женой, братом Харальдом и другими членами семьи переправиться в Швецию. Оттуда он вместе
с сыном Ore перелетел в Англию в пустом бомбовом отсеке британского
военного самолета.
Хотя Бор считал создание атомной бомбы технически неосуществимым, работа по созданию такой бомбы уже начиналась в Соединенных
Штатах, и союзникам потребовалась его помощь. В конце 1943 году Нильс
и Ore Бор отправились в Лос-Аламос для участия в работе над Манхэттенским проектом. Старший Бор сделал ряд технических разработок при создании бомбы и считался старейшиной среди многих работавших там ученых; однако его в конце войны крайне волновали последствия применения атомной бомбы в будущем. Он встречался с президентом США Франклином Д. Рузвельтом и премьер-министром Великобритании Уинстоном
Черчиллем, пытаясь убедить их быть открытыми и откровенными с Советским Союзом в отношении нового оружия, а также настаивал на установлении системы контроля над вооружениями в послевоенный период.
Однако его усилия не увенчались успехом.
После войны Бор вернулся в Институт теоретической физики, который расширился под его руководством Он помогал основать ЦЕРН (Европейский центр ядерных исследований) и играл активную роль в его
научной программе в пятидесятые годы. Он также принял участие в основании Нордического института теоретической атомной физики (Нордита)
в Копенгагене — объединенного научного центра Скандинавских государств В эти годы ученый продолжал выступать в прессе за мирное использование ядерной энергии и предупреждал об опасности ядерного оружия В 1950 году он послал открытое письмо в ООН, повторив свой призыв военных лет к
открытому миру
и международному контролю над
вооружениями
Человек высокого роста, с большим чувством юмора. Бор был известен своим дружелюбием и гостеприимством Рассказывают, что с Бором
было совершенно невозможно играть в шахматы Всякий раз, когда противник делал неудачный ход, Бор ставил фигуры в исходное положение и
давал ему переиграть
Эта история, по-видимому, вымышлена, но она совсем в духе Бора,
он любил остроумные рассказы и считал, что хорошая история не обязательно должна быть правдивой В этой связи Бор имел обыкновение цитировать одного немецкого коллегу, который якобы говорил
Но, мой
дорогой друг, уж если рассказывать действительно интересную историю,
не нужно слишком строго придерживаться фактов'
7 октября 1955 года Нильсу Бору исполнилось 70 лет По этому случаю
14 октября состоялось торжественное заседание, на котором присутствовал король Президент поблагодарил короля за его участие в заседании и
за поддержку, оказываемую им Обществу Король сообщил, что он наградил президента орденом Даннеброга первой степени
Достигнув возраста обязательной отставки. Бор ушел с поста профес
сора Копенгагенского университета, но оставался главой Института теоретической физики В последние годы своей жизни он продолжал вносить
свой вклад в развитие квантовой физики и проявлял большой интерес к
новой области молекулярной биологии За свои усилия в этом направлении он получил первую премию
За мирный атом
, учрежденную Фондом
Форда в 1957 году
Бор умер 18 ноября 1962 года в своем доме в Копенгагене в результате
сердечного приступа
ЭРВИН ШРЁДИНГЕР
(1887—1961)
Австрийский физик Эрвин Шредингер родился 12 августа 1887 года в
Вене Его отец, Рудольф Шредингер, был владельцем фабрики по производству клеенки, увлекался живописью и питал интерес к ботанике Единственный ребенок в семье, Эрвин получил начальное образование дома
Его первым учителем был отец, о котором впоследствии Шредингер отзывался как о
друге, учителе и не ведающем усталости собеседнике
В
1898 году Шредингер поступил в Академическую гимназию, где был первым учеником по греческому языку, латыни, классической литературе,
математике и физике В гимназические годы у Шредингера возникла
любовь к театру
В 1906 году он поступил в Венский университет и на следующий год
начал посещать лекции по физике Фридриха Газенерля, чьи блестящие
идеи произвели на Эрвина глубокое впечатление Защитив в 1910 году
докторскую диссертацию, Шредингер становится ассистентом физикаэкспериментатора Франца Экснера во 2-м физическом институте при
Венском университете В этой должности он состоял вплоть до начала
первой мировой войны В 1913 году Шредингер и К В Ф Кольрауш получают премию Хайтингера Императорской академии наук за экспериментальные исследования радия
Во время войны Шредингер служил офицером-артиллеристом в захолустном гарнизоне, расположенном в горах, вдали от линии фронта Продуктивно используя свободное время, он изучал общую теорию относительности Альберта Эйнштейна По окончании войны он возвращается во
2-й физический институт в Вене, где продолжает свои исследования по
общей теории относительности, статистической механике (занимающей
486 100 ВЕЛИКИХ УЧЕНЫ;
ся изучением систем, состоящих из очень большого числа взаимодействуЮЩHx объектов, например молекул газа) и дифракции рентгеновского
излучения. Тогда же Шрёдингер проводит обширные экспериментальные
и ^еретические исследования по теории цвета и восприятию цвета.
В 1920 году Шрёдингер вступил в брак с Аннемарией Бертель, детей у
супруров не было. В том же году Шрёдингер отправился в Германию, где
стал ассистентом Макса Вина в Иенском университете, но через четыре
^^ца становится адъюнкт-профессором Штутгартского технического
Упм^ерситета. Через один семестр он покидает Штутгарт и на короткое
вре^я занимает пост профессора в Бреслау (ныне Вроцлав, Польша). Затем Шрёдингер переезжает в Швейцарию и становится там полным профессором, а также преемником Эйнштейна и Макса фон Лауэ на кафедре
фкэики Цюрихского университета.
Ь Цюрихе, где Шрёдингер остается с 1921 по 1927 год, он занимается
в °сновном термодинамикой и статистической механикой и их применение^ для объяснения природы газов и твердых тел. Интересуясь широким
КРУГОМ физических проблем, он следит и за успехами квантовой теории,
но Це сосредоточивает свое внимание на этой области вплоть до 1925 года,
^Па появился благоприятный отзыв Эйнштейна по поводу волновой те^"И материи Луи де Бройля.
(Свантовая теория родилась в 1900 году, когда Макс Планк предложил
теоретический вывод о соотношении между температурой тела и испуска
ЄМЬІ^( ЭТИМ ТеЛОМ Излучением, ВЫВОД, КОТОРЫЙ ДОЛГОе ВреМЯ уСКОЛЬЗаЛ 01
ДРУГИХ ученых. Затем к этой теории
приложили руку
Эйнштейн, Ниль
Бор, Эрнест Резерфорд.
Новая существенная особенность квантовой теории проявилась :
1924 году, когда де Бройль выдвинул радикальную гипотезу о волново
характере материи: если электромагнитные волны, например свет, иногд<
ведут себя как частицы (что показал Эйнштейн), то частицы, напримеї
электрон при определенных обстоятельствах, могут вести себя как волны. в формулировке де Бройля частота, соответствующая частице, связана с ее энергией, как в случае фотона (частицы света), но предложен
ное де Бройлем математическое выражение было эквивалентным соот
ношением между длиной волны, массой частицы и ее скоростью (им
лул^сом). Существование электронных волн было экспериментальш
Де^зано в 1927 году Клинтоном Дж. Дэвиссоном и Лестером Г. Джермером в Соединенных Штатах и Дж.П. Томсоном в Англии.
Под впечатлением от комментариев Эйнштейна по поводу идей д<
БР°ЙЛЯ Шрёдингер предпринял попытку применить волновое описани<
злеістронов к построению последовательной квантовой теории, не связанн0^ с неадекватной моделью атома Бора. В известном смысле он намеревался сблизить квантовую теорию с классической физикой, которая накопила немало примеров математического описания волн. Первая попытка,
ЭРВИН ШРЁДИНГЕР
предпринятая Шрёдингером в 1925 году, закончилась неудачей. Скорости
электронов в теории Шрёдингера были близки к скорости света, что требовало включения в нее специальной теории относительности Эйнштейна и учета предсказываемого ею значительного увеличения массы электрона при очень больших скоростях. Одной из причин постигшей ученого
неудачи было то, что он не учел наличия специфического свойства электрона, известного ныне под названием спина (вращение электрона вокруг
собственной оси наподобие волчка), о котором в то время было мало известно. Следующую попытку Шрёдингер предпринял в 1926 году. Скорости электронов на этот раз были выбраны им настолько малыми, что необходимость в привлечении теории относительности отпадала сама собой.
Вторая попытка увенчалась выводом волнового уравнения Шрёдингера,
дающего математическое описание материи в терминах волновой функции. Шрёдингер назвал свою теорию волновой механикой. Решения волнового уравнения находились в согласии с экспериментальными наблюдениями и оказали глубокое влияние на последующее развитие квантовой
теории.
Незадолго до того Вернер Гейзенберг, Макс Борн и Паскуаль Иордан
опубликовали другой вариант квантовой теории, получивший название
матричной механики, которая описывала кванто
...Закладка в соц.сетях
