Курсовая работа (т): Великие ученые и их открытия: жизнь и творчество Нильса Хенрика Давида Бора

В 1930-е годы Бор увлёкся ядерной тематикой, переориентировав на неё свой институт: благодаря своей известности и влиянию он сумел добиться выделения финансирования на строительство у себя в Институте новых установок - циклотрона, ускорителя по модели Кокрофта - Уолтона, ускорителя ван-де-Граафа. Сам он внёс в это время существенный вклад в теорию строения ядра и ядерных реакций.

В 1936 Бор, исходя из существования недавно наблюдавшихся нейтронных резонансов, сформулировал фундаментальное для ядерной физики представление о характере протекания ядерных реакций: он предположил существование так называемого составного ядра («компаунд-ядра»), то есть возбуждённого состояния ядра с временем жизни порядка времени движения нейтрона через него. Тогда механизм реакций, не ограничивающийся лишь нейтронными реакциями, включает два этапа:

) образование составного ядра,

) его распад.

При этом две эти стадии протекают независимо друг от друга, что обусловлено равновесным перераспределением энергии между степенями свободы компаунд-ядра. Это позволило применить статистический подход к описанию поведения ядер, что позволило вычислить сечения ряда реакций, а также интерпретировать распад составного ядра в терминах испарения частиц, создав по предложению Якова Френкеля капельную модель ядра.

Однако такая простая картина имеет место лишь при больших расстояниях между резонансами (уровнями ядра), то есть при малых энергиях возбуждения. Как было показано в 1939 в совместной работе Бора с Рудольфом Пайерлсом и Георгом Плачеком, при перекрытии резонансов компаунд-ядра равновесие в системе не успевает установится и две стадии реакции перестают быть независимыми, то есть характер распада промежуточного ядра определяется процессом его формирования. Развитие теории в этом направлении привело к созданию в 1953 Виктором Вайскопфом, Германом Фешбахом и К. Портером так называемой «оптической модели ядра», описывающей ядерные реакции в широком диапазоне энергий.

Одновременно с представлением о составном ядре Бор (совместно с Ф. Калькаром) предложил рассматривать коллективные движения частиц в ядрах, противопоставив их картине независимых нуклонов. Такие колебательные моды жидкокапельного типа находят отражение в спектроскопических данных (в частности, в мультипольной структуре ядерного излучения). Идеи о поляризуемости и деформациях ядер были положены в основу обобщённой (коллективной) модели ядра, развитой в начале 1950-х годов Оге Бором, Беном Моттельсоном и Джеймсом Рейнуотером.

Велик вклад Бора в объяснение механизма деления ядер, при котором происходит освобождение огромных количеств энергии. Деление было экспериментально обнаружено в конце 1938 Отто Ганом и Фрицем Штрассманом и верно истолковано Лизе Мейтнер и Отто Фришем во время рождественских каникул. Бор узнал об их идеях от Фриша, работавшего тогда в Копенгагене, перед самым отъездом в США в январе 1939. В Принстоне совместно с Джоном Уилером он развил количественную теорию деления ядер, основываясь на модели составного ядра и представлениях о критической деформации ядра, ведущей к его неустойчивости и распаду. Для некоторых ядер эта критическая величина может быть равна нулю, что выражается в распаде ядра при сколь угодно малых деформациях. Теория позволила получить зависимость сечения деления от энергии, совпадающую с экспериментальной. Кроме того, Бору удалось показать, что деление ядер урана-235 вызывается «медленными» (низкоэнергетичными) нейтронами, а урана-238 - быстрыми.

.6 Противостояние нацизму. Война. Борьба против атомной угрозы

После прихода к власти в Германии нацистов Бор принял активное участие в устройстве судьбы многих учёных-эмигрантов, которые переехали в Копенгаген. В 1933 усилиями Нильса Бора, его брата Харальда, директора Института вакцин Торвальда Мадсена и адвоката Альберта Йоргенсена был учреждён специальный Комитет помощи учёным-беженцам.

После оккупации Дании в апреле 1940 года возникла реальная опасность ареста Бора в связи с его полуеврейским происхождением. Тем не менее, он решил оставаться в Копенгагене, пока это будет возможно, чтобы гарантировать защиту института и своих сотрудников от посягательств оккупационных властей. В октябре 1941 Бора посетил Гейзенберг, в то время руководитель нацистского атомного проекта. Между ними состоялся разговор о возможности реализации ядерного оружия, о котором немецкий учёный писал следующим образом:

Копенгаген я посетил осенью 1941 г., по-моему, это было в конце октября. К этому времени мы в «Урановом обществе» в результате экспериментов с ураном и тяжёлой водой пришли к выводу, что возможно построить реактор с использованием урана и тяжёлой воды для получения энергии. <…> В то время мы переоценивали масштаб необходимых технических затрат. <…> При таких обстоятельствах мы думали, что разговор с Бором был бы полезен. Такой разговор состоялся во время вечерней прогулки в районе Ни-Карлсберга. Зная, что Бор находится под надзором германских политических властей и что его отзывы обо мне будут, вероятно, переданы в Германию, я пытался провести этот разговор так, чтобы не подвергать свою жизнь опасности. Беседа, насколько я помню, началась с моего вопроса, должны ли физики в военное время заниматься урановой проблемой, поскольку прогресс в этой области сможет привести к серьёзным последствиям в технике ведения войны. Бор сразу же понял значение этого вопроса, поскольку мне удалось уловить его реакцию лёгкого испуга. Он ответил контрвопросом: «Вы действительно думаете, что деление урана можно использовать для создания оружия?» Я ответил: «В принципе возможно, но это потребовало бы таких невероятных технических усилий, которые, будем надеяться, не удастся осуществить в ходе настоящей войны». Бор был потрясён моим ответом, предполагая, очевидно, что я намереваюсь сообщить ему о том, что Германия сделала огромный прогресс в производстве атомного оружия. Хотя я и пытался после исправить это ошибочное впечатление, мне все же не удалось завоевать доверие Бора…

Таким образом, Гейзенберг намекает, что Бор не понял, что он имел в виду. Однако сам Бор был не согласен с такой трактовкой своей беседы с Гейзенбергом. В 1961 в разговоре с Аркадием Мигдалом он заявил:

К осени 1943 оставаться в Дании стало невозможно, поэтому Бор вместе с сыном Оге был переправлен силами Сопротивления сначала на лодке в Швецию, а оттуда на бомбардировщике в Англию, при этом они едва не погибли. Тётя Бора - известный датский педагог Ханна Адлер (1859-1947) - была депортирована в концлагерь, несмотря на 84-летний возраст и правительственную защиту. В Великобритании и США, куда он вскоре переехал, учёный включился в работу над созданием атомной бомбы и участвовал в ней вплоть до июня 1945.

Вместе с тем, уже начиная с 1944, Бор осознавал всю опасность атомной угрозы. В своём меморандуме на имя президента Рузвельта (3 июля 1944) он призвал к полному запрещению использования ядерного оружия, к обеспечению строгого международного контроля за этим и, в то же время, к уничтожению всякой монополии на мирное применение атомной энергии. Впоследствии он направил в адрес руководителей США ещё два меморандума - от 24 марта 1945 и от 17 мая 1948. Бор пытался донести свои мысли до Черчилля и Рузвельта и при личных встречах с ними, однако безрезультатно. Более того, эта деятельность, а также приглашение приехать на время войны в Советский Союз, полученное от Петра Капицы в начале 1944, привели к подозрениям в шпионаже в пользу СССР.

В ноябре 1945 г. Бора по заданию советской разведки и по рекомендации П. Капицы посетил советский физик Я.П. Терлецкий, который задал ему ряд вопросов об американском атомном проекте (об атомных реакторах). Бор рассказал лишь то, что к этому моменту было опубликовано в открытых источниках, и сообщил о визите Терлецкого контрразведывательным службам.

В 1950 Бор опубликовал открытое письмо ООН, настаивая на мирном сотрудничестве и свободном обмене информацией между государствами как залоге построения «открытого мира». В дальнейшем он неоднократно высказывался на эту тему, своим авторитетом подкрепляя призывы к миру и предотвращению угрозы ядерной войны.

2.7 Последние годы

В последние годы Бор занимался, в основном, общественной деятельностью, выступал с лекциями в различных странах, писал статьи на философские темы. Непосредственно в области физики в 1940-1950-х годах он продолжал заниматься проблемой взаимодействия элементарных частиц со средой. Сам Бор считал принцип дополнительности своим самым ценным вкладом в науку. Он пытался расширить его применение на другие области человеческой деятельности - биологию, психологию, культуру, много размышляя о роли и значении языка в науке и жизни.

Скончался Нильс Бор 18 ноября 1962 от сердечного приступа. Урна с его прахом находится в семейном склепе в Копенгагене.

Глава 3. Итоги научной деятельности

3.1 Научная школа Бора

Нильс Бор и его ученик Лев Ландау на празднике «День Архимеда» на физфаке МГУ (1961)

Бор создал крупную международную школу физиков, и многое сделал для развития сотрудничества между физиками всего мира. С начала 1920-х годов Копенгаген стал «центром притяжения» для наиболее активных физиков: большинство создателей квантовой механики (Гейзенберг, Дирак, Шрёдингер и другие) в то или иное время там работали, их идеи выкристаллизовывались в продолжительных изнурительных беседах с Бором. Большое значение для распространения идей Бора имели его визиты с лекциями в различные страны. Так, большую роль в истории науки сыграли семь лекций, прочитанных Бором в июне 1922 в Гёттингенском университете (так называемый «Боровский фестиваль»). Именно тогда он познакомился с молодыми физиками Вольфгангом Паули и Вернером Гейзенбергом, учениками Зоммерфельда. Свои впечатления от первой беседы с Бором во время прогулки Гейзенберг выразил следующим образом:

Эта прогулка оказала сильнейшее влияние на моё последующее научное развитие, или, пожалуй, можно сказать лучше, что моё собственно научное развитие только и началось с этой прогулки.

В дальнейшем связь группы Бора с гёттингенской группой, руководимой Максом Борном, не прерывалась и дала множество выдающихся научных результатов. Естественно, весьма сильны были связи Бора с кембриджской группой, которую возглавлял Резерфорд: в Копенгагене в разное время работали Чарлз Дарвин, Поль Дирак, Ральф Фаулер, Дуглас Хартри, Невилл Мотт и другие. В своём институте Бор принимал также советских учёных, многие из которых работали там подолгу. Он неоднократно приезжал в СССР, последний раз в 1961.

К школе Нильса Бора можно отнести таких учёных, как Хендрик Крамерс, Оскар Клейн, Лев Ландау, Виктор Вайскопф, Леон Розенфельд, Джон Уилер, Феликс Блох, Оге Бор, Хендрик Казимир, Ёсио Нисина, Кристиан Мёллер, Абрахам Пайс и многих других. Характер научной школы Бора и его взаимоотношений с учениками могут быть прояснены следующим эпизодом. Когда Ландау во время визита Бора в Москву в мае 1961 спросил у своего наставника: «Каким секретом вы обладали, который позволил вам в такой степени концентрировать вокруг себя творческую теоретическую молодёжь?», тот ответил:

Никакого особого секрета не было, разве только то, что мы не боялись показаться глупыми перед молодёжью.

3.2 Публикации

.2.1 Книги

1. Н. Бор. Атомная физика и человеческое познание. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1961.

2.      Н. Бор. Избранные научные труды. - В 2-х томах. - М.: Наука, 1970-71. Рецензии М.А. Ельяшевича на 1-й том и на 2-й том.

3.2.2 Статьи

1. N. Bohr. On the Constitution of Atoms and Molecules, Part I // Philosophical Magazine. - 1913. - Т. 26. - С. 1-24.

2.      Н. Бор О сериальных спектрах элементов // УФН. - 1922. - Т. 3. - №1. - С. 29-64. - Перевод доклада, прочитанного 27 апреля 1920 года на заседании Немецкого Физического Общества в Берлине и опубликованного в журнале «Zeitschrift für Physik», Bd. 2, p. 423 (1920).

.        Н. Бор О строении атомов // УФН. - 1985. - Т.3. - №4. - С. 417-448. - Перевод Нобелевского доклада, сделанного 11 декабря 1922 г. в Стокгольме и опубликованного в журнале «Die Naturwissenschaften», Bd. 11, p. 606 (1923).

.        Н. Бор Квантовый постулат и новое развитие атомистики // УФН. - 1928. - Т.7. - №3. - С. 306-337. - Перевод статьи, содержащей основные идеи доклада на конгрессе в Комо и опубликованной в журналах «Nature» (Vol. 121, p. 580, 1928) и «Naturwissenschaften» (Bd. 16, p. 245, 1928).

.        Н. Бор Захват нейтрона и строение ядра // УФН. - 1936. - В. 4. - Т. 14. - №4. - С. 425-435. - Перевод статьи в журнале «Nature», февраль 1936, стр. 19.

.        А. Эйнштейн, Б. Подольский, В.А. Фок, Н. Бор, Н. Розен Можно ли считать, что квантово-механическое описание физической реальности является полным? // УФН. -1936. - Т. 14. - №4. - С. 436-457. - Перевод статьи в журнале «Physical Review» (Vol. 48, p. 696, 1935), являющейся ответом на работу А. Эйнштейна, Б. Подольского и Н. Розена с тем же названием. В УФН приводятся обе статьи с комментариями В. А. Фока.

.        Н. Бор, Ф. Калькар О превращениях атомных ядер, вызванных столкновениями с материальными частицами / Пер. А.В. Лермонтовой под ред. В.А. Фока // УФН. - 1938. - Т. 20. - №3. - С. 317-340.

.        Н. Бор Ядерный фотоэффект / Пер. В.А. Фока - Nuclear Photo-effects // Nature 141, 326-327 (19 February 1938) // УФН. - 1938. - Т. 20. - №3. - С. 341-343.

.        Н. Бор Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике / Пер. В.А. Фока и А.В. Лермонтовой - Niels Bohr, Discussion with Einstein on epistemological problems in atomic physics. The Library of Living Philosophers, Albert Einstein: Philosopher - Scientist, p. 201 (1949) // УФН. - 1958. - Т. 66. - №4. - С. 571-598. - Работа сопровождается замечаниями В. А. Фока.

10.    Н. Бор О единстве человеческих знаний / Пер. В.А. Фока и А.В. Лермонтовой. // УФН. - 1962. - Т. 76. - №1. - С. 20-24. - Речь на Международном конгрессе по фармацевтическим наукам, произнесённая в Копенгагене 29 августа 1960 г.

.        Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде - основоположнике науки о ядре. Дальнейшее развитие его работ / Пер. В.А. Угарова = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscences of the Founder of Nuclear Science and of some Developments Based on his Work // УФН. - 1963. - Т. 80. - №2. - С. 215-250. - Лекция памяти Э. Резерфорда, прочитанная 28 ноября 1958 г. в Лондонском физическом обществе и опубликованная в журнале «Proceedings of Physical Society», Vol. 78, p. 1083 (1961).

12.    Н. Бор Сольвеевские конгрессы и развитие квантовой физики / Пер. С.Г. Суворова - Niels Bolir, The Solvay Meetings and the Development of Quantum Physics // La Theorie Quantique des Champs, Interscience Publishers, New York, 1962 // УФН. -- 1967. - Т. 91. - №4. - С. 737-753. - Перевод послания 12-му Сольвеевскому конгрессу, состоявшемуся в Брюсселе в октябре 1961 г. Работа сопровождается замечаниями С. Г. Суворова.

13.    Н. Бор О действии атомов при соударениях. / Послесловие в пер. А.М. Френка из т. I «Избранных научных трудов» Н. Бора - Uber die Wirkung von Atomen bei Stossen, Zs. Phys. 34, 142; 154-157 (Nachschrift) (1925) // УФН. - 1977. - Т. 122. - №8. - С. 571-574.

.        Н. Бор. Письмо Нильса Бора президенту США Рузвельту (1944) // УФН. - 1985. - В. 5. - Т. 146. - С. 5-6.

.        Н. Бор Проблема причинности в атомной физике / Пер. и комм. И.С. Алексеева - Воhr N. The Causality Problem in Atomic Physics.- In: New Theories in Physics.- Paris, 1939.- pp. 11-30 // УФН. - 1985. - Т. 147. - №10. - С. 343-355. - Перевод доклада на Международном конгрессе физиков в Варшаве в 1938 г.

.        Н. Бор Открытое письмо Организации Объединенных Наций // УФН. - 1985. - Т. 147. - №2. - С. 357-366. - Перевод письма, отправленного на имя Генерального секретаря ООН 12 июня 1950 года и одновременно опубликованного в журнале «Science», Vol. 112, p. 1-6 (1950). Письмо сопровождается замечаниями С.Г. Суворова.

Заключение

. Вклад в науку

Нильс Бор был физиком до мозга костей. Он обладал, о чем говорил в одном из писем и Эйнштейн, гениальной интуицией в области физики, необычайной силы внутренним видением. Его почти сомнамбулическая уверенность при выявлении ключевых вопросов не имела себе равных. Вместе с тем во владении математическим аппаратом Бор во многом уступал своим коллегам. В разговоре с Паули он сделал однажды характерное признание, что его интерес к физике это интерес не математика, а, скорее, ремесленника и философа.

Действительно, математическое одеяние квантовой механики, основы которой, по сути, опираются на работы Бора, создано не им самим, а другими: Борном, Гейзенбергом, Иорданом, Паули, Дираком, Шрёдингером. Здесь сказалась известная ограниченность его огромного дарования. «Выдающиеся математические способности или даже виртуозность в той мере, в какой ими обладают многие из его учеников, ему не даны. Он мыслит наглядно и с помощью понятий, но не собственно математически». Так отозвался Карл Фридрих фон Вайцзеккер о творце современной теории атома. Он сообщал также, что среди учеников и сотрудников Бора ходила шутка о том, что учитель знает будто бы только два математических знака: «меньше, чем...» и «приблизительно равно».