1885年10月7日,尼尔斯·玻尔在丹麦哥本哈根出生。哥本哈根是丹麦王国的首都,最大的城市和港口,北欧最大的城市,世界著名的国际大都市。玻尔的父亲克里斯汀·玻尔出生在一个非常富裕的家庭,是哥本哈根大学的生理学教授,曾两次获得诺贝尔医学奖提名。波尔的母亲来自一个非常富裕的家庭,她的父亲波尔的祖父是当地著名的政治家和银行家。总的来说,玻尔当时的家庭条件属于丹麦最富有的阶层。
玻尔和他的弟弟 波尔和他的兄弟
良好的家庭条件给玻尔带来了良好的教育。1903年,玻尔进入哥本哈根大学数学与自然科学系学习物理。当时丹麦国家科学院每年都会组织大学生知识竞赛。一年的物理考试是测量液体的表面张力。由于玻尔的父亲是哥本哈根大学的教授,玻尔可以利用父亲的实验室条件进行实验。他基于实验的论文很有价值。因此,1907年,玻尔因其关于水的表面张力的论文获得了丹麦皇家科学与文理学院的金奖。
玻尔的手迹 波尔的笔迹
1909年,玻尔获得哥本哈根大学理学硕士学位,1911年获得哥本哈根大学哲学博士学位。因为父亲的关系,1911年,他获得了嘉士伯啤酒公司提供的奖学金,可以出国留学一年。玻尔选择了英国。1911年9月,26岁的玻尔走进卡文迪什实验室。当时卡文迪什实验室的主任是汤姆森,他以现代电子理论大师而闻名。然而,玻尔在卡文迪什实验室的经历并不愉快,这是本文的重点。
玻尔与他的妻子 波尔和他的妻子
事情是这样的,玻尔在1911年获得博士学位,他当时的论文是金属电子学理论。当时牛顿创立的经典物理大厦正处于风雨飘摇的阶段,爱因斯坦、普朗克等科学家已经触碰到了量子物理的大门。当时的玻尔虽然年轻,但觉得原子的一些现象已经无法用经典物理学来描述,他不得不创造一种新的理论来适应这种微观层面,于是就有了自己的理论。
汤姆森是谁?汤姆逊在1904年提出原子由带正电的粒子和带负电的电子组成,这是著名的葡萄干蛋糕模型。他把电子看作葡萄干,并把它们均匀地分布在原子内部。而且更重要的是,汤姆逊因为对气体传导的理论和实验研究获得了1906年的诺贝尔物理学奖,所以汤姆逊在当时英国学术界的地位还是很高的。
汤姆森 汤姆逊
玻尔发现,汤姆逊的原子模型有许多不合理的地方,无法解释迄今为止发现的现象。于是玻尔来到卡文迪什实验室与汤姆逊交换意见,指出汤姆逊提出的原始原子模型是不合理的。诺贝尔物理学奖获得者汤姆森是英国,尤其是英国剑桥学术界的知名天才,是权威代表。这位26岁的年轻人,在第一次遇到这位天才时,“莽撞”地指出了自己的错误,而汤姆森没有理会他。玻尔发现这位伟大的物理学家喜欢向所有人展示他的天才,对他的理论不感兴趣,这让玻尔非常失望。当他来到这里时,他认为他可以得到这位天才物理学家的帮助,但他被冷落了。
玻尔与卢瑟福一家人聚会 波尔和卢瑟福一家人聚在一起
伦敦皇家学会拒绝了玻尔的贡献,皇家学会的期刊也不接受玻尔关于原子模型的论文。波尔心灰意冷。1911年11月,他去了曼彻斯特,加入了卢瑟福的研究团队。当时卢瑟福提出了电子绕原子核运动的行星原子模型。玻尔很受这个模型的启发。经过在卢瑟福研究团队两年的研究,1913年,玻尔也提出了自己的原子模型,即电子绕原子核轨道运行的模型,并引入了原子核外电子的量子化轨道,解决了卢瑟福原子模型中原子结构的稳定性问题。
1921年,玻尔成立了哥本哈根大学理论物理研究所,对量子力学进行深入研究。哥本哈根大学理论物理研究所吸引了一大批优秀的物理学家,其中很多人后来都是量子力学的领军人物,其中9人获得了诺贝尔物理学奖,也就是后来的哥本哈根学派。
回顾过去,当时的汤姆逊也因为傲慢而错过了这样一位比自己更有才华的物理学家,所以这告诉我们一个道理:无论达到什么高度,谦虚都是必要的。
玻尔与爱因斯坦 玻尔和爱因斯坦