1885年(nian)10月7日,玻(bo)爾(er)(er)生于哥本(ben)哈根,父(fu)親克里斯丁·玻(bo)爾(er)(er)是(shi)哥本(ben)哈根大學的生理學教(jiao)(jiao)授,母親出身于一個富有(you)的猶(you)太人(ren)家庭,從小(xiao)受(shou)到良(liang)好的家庭教(jiao)(jiao)育。玻(bo)爾(er)(er)愛好足球(qiu),曾經和弟弟哈那德(de)·玻(bo)爾(er)(er)共同參(can)加(jia)職業足球(qiu)比賽。
1903年,18歲進(jin)入哥本哈根大學(xue)數(shu)學(xue)和自(zi)然科(ke)學(xue)系,主(zhu)修物理學(xue)。
1907年,玻爾以有關水的(de)表面張力(li)的(de)論文(wen)獲得(de)丹(dan)麥(mai)皇家(jia)科(ke)(ke)學(xue)文(wen)學(xue)院的(de)金質獎章,并(bing)先(xian)后(hou)于1909年和(he)1911年分別以關于金屬電(dian)子論的(de)論文(wen)獲得(de)哥本哈根大學(xue)的(de)科(ke)(ke)學(xue)碩士和(he)哲學(xue)博士學(xue)位(wei)。隨后(hou)去英國學(xue)習,先(xian)在(zai)劍橋J.J.湯(tang)姆孫主持(chi)的(de)卡文(wen)迪許實驗(yan)室,幾個月(yue)后(hou)轉(zhuan)赴(fu)曼徹斯(si)特,參加(jia)了曼徹斯(si)特大學(xue)以E.盧瑟福為首的(de)科(ke)(ke)學(xue)集體,從此和(he)盧瑟福建立了長期的(de)密(mi)切(qie)關系。
1912年(nian),玻爾(er)考察了金(jin)屬中的(de)(de)(de)(de)電子運動,并(bing)明(ming)確意(yi)識(shi)到經典理論在闡明(ming)微觀現象方面的(de)(de)(de)(de)嚴重缺陷(xian),贊賞普朗克(ke)和(he)愛因斯坦在電磁(ci)理論方面引入的(de)(de)(de)(de)量(liang)子學說。創造性地(di)把普朗克(ke)的(de)(de)(de)(de)量(liang)子說和(he)盧瑟福的(de)(de)(de)(de)原子核概(gai)念結合了起來。
1913年初,玻爾(er)任曼徹斯特大學物理學教時,在朋友的(de)(de)(de)建議(yi)下,開始研(yan)究原(yuan)子(zi)(zi)(zi)結構(gou),通過對光譜學資料(liao)的(de)(de)(de)考察,寫出(chu)了(le)(le)《論原(yuan)子(zi)(zi)(zi)構(gou)造和分子(zi)(zi)(zi)構(gou)造》的(de)(de)(de)長篇論著,提(ti)出(chu)了(le)(le)量子(zi)(zi)(zi)不連續性,成功(gong)地解釋(shi)了(le)(le)氫(qing)(qing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)和類氫(qing)(qing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)結構(gou)和性質。提(ti)出(chu)了(le)(le)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)結構(gou)的(de)(de)(de)玻爾(er)模型(xing)。按照這一模型(xing)電(dian)子(zi)(zi)(zi)環繞(rao)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)核作(zuo)軌道運(yun)動,外層(ceng)(ceng)軌道比內(nei)層(ceng)(ceng)軌道可以容納更多的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi);較外層(ceng)(ceng)軌道的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)數決定(ding)了(le)(le)元(yuan)素的(de)(de)(de)化學性質。如果(guo)外層(ceng)(ceng)軌道的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)落入內(nei)層(ceng)(ceng)軌道,將釋(shi)放出(chu)一個(ge)帶固定(ding)能(neng)量的(de)(de)(de)光子(zi)(zi)(zi)。
1916年任哥本哈(ha)根大學(xue)物理學(xue)教授。
1917年當選為丹(dan)麥皇(huang)家科學院(yuan)院(yuan)士。
1920年創建哥本哈根理論物理研究所并任所長,在此后的四(si)十年他一直擔任這(zhe)一職務。
1921年,玻爾(er)發(fa)表(biao)了(le)(le)《各元素(su)的(de)原(yuan)子(zi)結構(gou)及其物(wu)理性(xing)質(zhi)(zhi)和化學性(xing)質(zhi)(zhi)》的(de)長篇演講,闡述了(le)(le)光譜和原(yuan)子(zi)結構(gou)理論的(de)新發(fa)展,詮(quan)釋了(le)(le)元素(su)周期(qi)表(biao)的(de)形成(cheng),對周期(qi)表(biao)中從氫開始的(de)各種元素(su)的(de)原(yuan)子(zi)結構(gou)作(zuo)了(le)(le)說明,同時(shi)對周期(qi)表(biao)上的(de)第(di)72號元素(su)的(de)性(xing)質(zhi)(zhi)作(zuo)了(le)(le)預言;
1922年,第72號元(yuan)素(su)鉿的發現(xian)證明了玻(bo)爾(er)的理(li)論(lun),玻(bo)爾(er)由于(yu)對于(yu)原子(zi)結構理(li)論(lun)的貢獻獲得諾貝爾(er)物(wu)理(li)學(xue)獎(jiang)。他所在的理(li)論(lun)物(wu)理(li)研究所也在二三(san)十年代成為物(wu)理(li)學(xue)研究的中心。
1923年(nian),玻(bo)爾接受(shou)英國曼徹斯特大學(xue)(xue)和劍(jian)橋大學(xue)(xue)名譽博士學(xue)(xue)位(wei)。
1930年(nian)代中(zhong)期,研究發現(xian)了許多(duo)中(zhong)子誘發的(de)核反應。玻(bo)爾提出了原(yuan)子核的(de)液(ye)滴模(mo)型,很(hen)好地解釋(shi)了重核的(de)裂變。
玻(bo)(bo)爾(er)認(ren)識到(dao)他(ta)的(de)(de)(de)理論(lun)并不(bu)(bu)是(shi)一(yi)(yi)個完整的(de)(de)(de)理論(lun)體(ti)(ti)系,還只是(shi)經(jing)典理論(lun)和(he)量(liang)子(zi)(zi)理論(lun)的(de)(de)(de)混合。他(ta)的(de)(de)(de)目標(biao)是(shi)建(jian)立一(yi)(yi)個能夠(gou)描述微觀(guan)尺度的(de)(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)基本力學(xue)(xue)(xue)(xue)。為此,玻(bo)(bo)爾(er)提出(chu)了(le)(le)著名(ming)的(de)(de)(de)“互補(bu)原(yuan)理”,即宏(hong)觀(guan)與微觀(guan)理論(lun),以(yi)及不(bu)(bu)同領域相(xiang)似(si)問(wen)題之間的(de)(de)(de)對應關系。互補(bu)原(yuan)理指出(chu)經(jing)典理論(lun)是(shi)量(liang)子(zi)(zi)理論(lun)的(de)(de)(de)極限近似(si),而且按照互補(bu)原(yuan)理指出(chu)的(de)(de)(de)方向(xiang),可以(yi)由(you)舊理論(lun)推導(dao)出(chu)新理論(lun)。這在后來(lai)量(liang)子(zi)(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)建(jian)立發(fa)展(zhan)過(guo)程(cheng)中(zhong)得到(dao)了(le)(le)充分的(de)(de)(de)驗證。玻(bo)(bo)爾(er)的(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)生海(hai)森(sen)堡在互補(bu)原(yuan)理的(de)(de)(de)指導(dao)下,尋求與經(jing)典力學(xue)(xue)(xue)(xue)相(xiang)對應的(de)(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)各種(zhong)具體(ti)(ti)對應關系和(he)對應量(liang),由(you)此建(jian)立了(le)(le)矩(ju)陣力學(xue)(xue)(xue)(xue)。互補(bu)理論(lun)在狄拉克、薛定諤發(fa)展(zhan)波動力學(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)量(liang)子(zi)(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)起(qi)到(dao)了(le)(le)指導(dao)作用(yong)。
在對于(yu)量子(zi)力學的(de)(de)解釋上,玻(bo)爾等人(ren)提出了(le)哥本(ben)哈根詮釋,但遭到了(le)堅持(chi)決定(ding)論的(de)(de)愛因(yin)斯(si)(si)坦及薛定(ding)諤等人(ren)的(de)(de)反對。從此(ci)玻(bo)爾與(yu)愛因(yin)斯(si)(si)坦開始了(le)玻(bo)爾-愛因(yin)斯(si)(si)坦論戰,最有名(ming)的(de)(de)一(yi)次(ci)爭(zheng)論發(fa)生在第六次(ci)索爾維(wei)會(hui)議上,愛因(yin)斯(si)(si)坦提出了(le)后來知名(ming)為愛因(yin)斯(si)(si)坦光(guang)盒的(de)(de)問題(ti),以求駁倒不(bu)確(que)定(ding)性原(yuan)理。玻(bo)爾當時無(wu)言以對,但冥思一(yi)晚之后發(fa)現巧(qiao)妙的(de)(de)進行了(le)反駁,使得(de)愛因(yin)斯(si)(si)坦只得(de)承認不(bu)確(que)定(ding)性原(yuan)理是自洽的(de)(de)。 這一(yi)爭(zheng)論一(yi)直持(chi)續至愛因(yin)斯(si)(si)坦去世。
1937年5、6月(yue)間,玻(bo)(bo)爾曾(ceng)經到過中國訪問和(he)講(jiang)學(xue)。期間,玻(bo)(bo)爾和(he)束星(xing)北等中國學(xue)者(zhe)有過深度學(xue)術交流,玻(bo)(bo)爾稱束星(xing)北是愛因斯坦一樣的(de)大師(shi)。束星(xing)北的(de)文章《引力與電磁(ci)合(he)論》《愛因斯坦引力理論的(de)非靜力場解(jie)》是相對論早期的(de)重要論述。
1939年,玻(bo)爾任丹麥皇家科(ke)學院院長。第二(er)次(ci)世界大戰(zhan)開始(shi),丹麥被德(de)國(guo)法西斯占領。1943年玻(bo)爾為躲避(bi)納粹(cui)的(de)迫害,逃(tao)往瑞典(dian)。
1944年,玻爾在美國參加了和原子彈有(you)關(guan)的(de)理論研究。
1945年,玻爾回(hui)到丹麥,此(ci)后(hou)致力于推(tui)動原子能的(de)和平利(li)用(yong)。
1947年(nian),丹(dan)麥政府為了表彰玻爾的功績,封他為“騎象(xiang)勛爵”。
1952年,玻(bo)爾倡議建立歐洲原子核研究中(zhong)心(CERN),并且自任(ren)主席。
1955年(nian),玻爾參加(jia)創(chuang)建北歐理論原子物(wu)理學研究所,擔任管委(wei)會(hui)主任。同年(nian)丹(dan)麥成立(li)原子能(neng)委(wei)員會(hui),玻爾被任命為主席。
1962年11月(yue)18日,玻爾(er)因心臟病突發在丹麥的卡爾(er)斯(si)堡寓所逝世,享年77歲(sui)。去世前一天(tian),他還在工作室(shi)的黑板(ban)上畫(hua)了(le)當年愛因斯(si)坦那個光子盒(he)的草(cao)圖(tu)。
1965年玻爾去世三周年時,哥(ge)本哈根大學物理研(yan)究所被命(ming)名為尼爾斯(si)·玻爾研(yan)究所。1997年IUPAC正式(shi)通(tong)過將第107號元素(su)命(ming)名為Bohrium,以(yi)紀念玻爾。
其子奧格·尼爾斯·玻爾也(ye)是(shi)物(wu)理學家,于(yu)1975年(nian)獲得諾貝爾物(wu)理學獎(jiang)。
原子輻射理論
1922年,玻爾(er)因對研究原子(zi)的(de)結構和(he)原子(zi)的(de)輻射所做得重大貢獻(xian)而獲得諾(nuo)貝(bei)爾(er)物(wu)理學獎。為(wei)此,整(zheng)個丹(dan)麥都(dou)沉浸在喜悅之(zhi)中,舉國(guo)上下都(dou)為(wei)之(zhi)慶賀,玻爾(er)成了最著名的(de)丹(dan)麥公民。為(wei)了支持正義與和(he)平,玻爾(er)將自己的(de)諾(nuo)貝(bei)爾(er)金(jin)質獎章捐給(gei)了芬(fen)蘭戰爭(zheng)。后來,人們(men)又(you)為(wei)他募集(ji)黃(huang)金(jin)重鑄了一枚(mei),永遠陳列在丹(dan)麥博物(wu)館里。
1924年(nian)6月(yue),玻(bo)爾(er)被(bei)英國(guo)劍橋大學(xue)和曼徹斯(si)特(te)大學(xue)授予(yu)科(ke)學(xue)博(bo)士名譽學(xue)位,劍橋哲學(xue)學(xue)會接(jie)受他為正式會員,12月(yue)又被(bei)選(xuan)為俄羅斯(si)科(ke)學(xue)院的外(wai)國(guo)通訊院士。
1927年(nian)初,海(hai)森堡、玻(bo)爾(er)、約(yue)爾(er)丹、薛(xue)定諤、狄(di)拉克等成功地創(chuang)立了(le)原子內部過程的(de)(de)(de)全新理(li)論(lun)量(liang)子力學(xue),玻(bo)爾(er)對(dui)量(liang)子力學(xue)的(de)(de)(de)創(chuang)立起了(le)巨(ju)大的(de)(de)(de)促進作(zuo)用(yong)。 1927年(nian)9月,玻(bo)爾(er)首(shou)次提出了(le)"互補(bu)(bu)原理(li)",奠(dian)定了(le)哥本哈根學(xue)派對(dui)量(liang)子力學(xue)解釋的(de)(de)(de)基(ji)礎,并(bing)從此開始了(le)與愛因斯坦(tan)持(chi)續多年(nian)的(de)(de)(de)關于量(liang)子力學(xue)意義的(de)(de)(de)論(lun)戰。愛因斯坦(tan)提出一個又一個的(de)(de)(de)想像實驗,力求(qiu)證明新理(li)論(lun)的(de)(de)(de)矛盾和錯誤,但玻(bo)爾(er)每(mei)次都巧(qiao)妙地反(fan)駁了(le)愛因斯坦(tan)的(de)(de)(de)反(fan)對(dui)意見。這場長期的(de)(de)(de)論(lun)戰從許多方(fang)面促進了(le)玻(bo)爾(er)觀點的(de)(de)(de)完善,使(shi)他在(zai)以后對(dui)互補(bu)(bu)原理(li)的(de)(de)(de)研究中(zhong),不僅運用(yong)到物理(li)學(xue),而且運用(yong)到其他學(xue)科。
1933年,希特(te)勒奪取了(le)政(zheng)權,德國(guo)成了(le)法(fa)西斯(si)國(guo)家(jia),這對于(yu)丹麥(mai)(mai)來說是一個危險的鄰邦(bang)。玻爾不是一個對什么都不關(guan)心(xin)的人,他(ta)既(ji)關(guan)心(xin)政(zheng)治(zhi)時(shi)事(shi)、國(guo)家(jia)生活,也(ye)關(guan)心(xin)國(guo)際事(shi)件。他(ta)對當時(shi)法(fa)西斯(si)政(zheng)權實行的種(zhong)族(zu)迫害和(he)政(zheng)治(zhi)迫害深感(gan)憂愁和(he)憤怒,積(ji)極創立和(he)參加(jia)了(le)丹麥(mai)(mai)救(jiu)援移民委員會,對從德國(guo)逃難到哥本哈根(gen)的科學家(jia)及其他(ta)難民,給予了(le)盡力的支持相幫助。
1940年4月,德(de)國(guo)(guo)侵占了丹麥(mai),丹麥(mai)政府宣(xuan)布投降。美國(guo)(guo)、英國(guo)(guo)等許多國(guo)(guo)家的(de)(de)大學打電報給玻(bo)爾(er),邀請玻(bo)爾(er)全(quan)家到他們那(nei)里去避難和工作。玻(bo)爾(er)非常(chang)不安,友好的(de)(de)關(guan)心和對自己(ji)命運的(de)(de)焦慮打動(dong)著他的(de)(de)心。但是,這一切都(dou)沒能動(dong)搖他留(liu)在自己(ji)的(de)(de)崗位哥本(ben)哈根理(li)論物(wu)理(li)研究(jiu)所的(de)(de)決心。
玻(bo)爾(er)相信(xin),這一(yi)切都是暫時的,不(bu)(bu)(bu)久都會過去。因(yin)此,不(bu)(bu)(bu)應該陷入苦悶,要堅持下去繼續工(gong)作(zuo),抵抗(kang)侵略(lve)者(zhe),為共(gong)同的斗爭做出貢獻。在(zai)以(yi)后的一(yi)段時間(jian)里,玻(bo)爾(er)日見消瘦,然而他卻勇(yong)敢地和毫不(bu)(bu)(bu)妥協地堅持著。玻(bo)爾(er)不(bu)(bu)(bu)隱瞞自己(ji)的好惡愛憎,拒(ju)絕與(yu)侵略(lve)者(zhe)合作(zuo)并不(bu)(bu)(bu)與(yu)支持侵略(lve)者(zhe)的人(ren)來(lai)往。
1943年(nian)9月,希特勒政(zheng)權(quan)準備(bei)逮捕玻爾(er),為了(le)(le)(le)(le)避(bi)免遭到迫害,玻爾(er)在反(fan)抗運動(dong)參加者的(de)(de)幫助下冒著極大(da)的(de)(de)危險逃(tao)到了(le)(le)(le)(le)瑞典(dian)。在瑞典(dian),他幫助安排了(le)(le)(le)(le)幾乎所(suo)有的(de)(de)丹麥籍猶太(tai)人逃(tao)出了(le)(le)(le)(le)希特勒毒氣室的(de)(de)虎(hu)口(kou)。過了(le)(le)(le)(le)不久,林德曼來(lai)電報邀請玻爾(er)到英國(guo)(guo)(guo)(guo)工作,玻爾(er)在乘(cheng)坐(zuo)一架小型(xing)飛機(ji)飛往(wang)英國(guo)(guo)(guo)(guo)的(de)(de)途中幾乎因(yin)缺氧(yang)而喪生。在英國(guo)(guo)(guo)(guo)待了(le)(le)(le)(le)兩個月后,根據美國(guo)(guo)(guo)(guo)總統(tong)羅斯福和(he)英國(guo)(guo)(guo)(guo)首相(xiang)丘吉爾(er)簽(qian)署的(de)(de)魁(kui)北克協議,美國(guo)(guo)(guo)(guo)和(he)英國(guo)(guo)(guo)(guo)物(wu)理學(xue)(xue)家(jia)應(ying)密切合作共同工作。于是(shi)玻爾(er)被任命為英國(guo)(guo)(guo)(guo)的(de)(de)顧問(wen)與(yu)查德威克等一批英國(guo)(guo)(guo)(guo)原(yuan)(yuan)(yuan)子物(wu)理學(xue)(xue)家(jia)遠涉(she)重洋去(qu)了(le)(le)(le)(le)美國(guo)(guo)(guo)(guo),參加了(le)(le)(le)(le)制造原(yuan)(yuan)(yuan)子彈的(de)(de)曼哈頓計(ji)劃。玻爾(er)由于擔心德國(guo)(guo)(guo)(guo)率先造出原(yuan)(yuan)(yuan)子彈,給世(shi)界造成更大(da)的(de)(de)威脅,所(suo)以也和(he)愛(ai)因(yin)斯坦一樣(yang),以科(ke)學(xue)(xue)顧問(wen)的(de)(de)身分積極推(tui)動(dong)了(le)(le)(le)(le)原(yuan)(yuan)(yuan)子彈的(de)(de)研制工作。
但他堅(jian)(jian)決反對(dui)(dui)在對(dui)(dui)日戰爭(zheng)(zheng)中使用原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)彈,也堅(jian)(jian)決反對(dui)(dui)在今(jin)后(hou)的(de)戰爭(zheng)(zheng)中使用原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)彈,始終堅(jian)(jian)持(chi)和(he)(he)(he)平利用原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)能的(de)觀點。他積極與美國(guo)(guo)和(he)(he)(he)英(ying)國(guo)(guo)的(de)國(guo)(guo)務活(huo)動(dong)家(jia)取(qu)得聯(lian)系,參(can)加(jia)了(le)禁止(zhi)核實(shi)驗,爭(zheng)(zheng)取(qu)和(he)(he)(he)平、民(min)主和(he)(he)(he)各民(min)族團(tuan)結(jie)的(de)斗爭(zheng)(zheng)。對(dui)(dui)于原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)彈給日本造(zao)成的(de)巨大損失,他感到非常內疚,并為(wei)此發表(biao)了(le)《科(ke)(ke)學(xue)(xue)與文(wen)明》和(he)(he)(he)《文(wen)明的(de)召喚》兩篇(pian)文(wen)章,呼吁各國(guo)(guo)科(ke)(ke)學(xue)(xue)家(jia)加(jia)強合作,和(he)(he)(he)平利用原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)能,對(dui)(dui)那些可能威脅世(shi)界安全(quan)的(de)任何步驟(zou)進(jin)行國(guo)(guo)際(ji)監(jian)督,為(wei)各民(min)族今(jin)后(hou)無憂無慮地發展自己的(de)科(ke)(ke)學(xue)(xue)文(wen)化而斗爭(zheng)(zheng)。
玻爾原子模型
玻(bo)爾于1913年在原子結構問題上邁出了革命(ming)性的(de)一(yi)步,提出了定態假設和頻率法(fa)則,從而奠定了這一(yi)研究方向的(de)基(ji)礎。玻(bo)爾指出:
在(zai)原(yuan)子(zi)系統的設想(xiang)的狀(zhuang)態(tai)(tai)中(zhong)存在(zai)著所謂的"穩(wen)定(ding)態(tai)(tai)"。在(zai)這些狀(zhuang)態(tai)(tai)中(zhong),粒子(zi)的運動雖然在(zai)很大程度(du)上遵(zun)守經(jing)典力(li)學規律(lv),但這些狀(zhuang)態(tai)(tai)穩(wen)定(ding)性不能用經(jing)典力(li)學來解釋,原(yuan)子(zi)系統的每(mei)個變化只能從一(yi)(yi)個穩(wen)定(ding)態(tai)(tai)完全躍遷到另一(yi)(yi)個穩(wen)定(ding)態(tai)(tai)。
與(yu)電(dian)(dian)磁理論相反(fan),穩(wen)定原子不會發生電(dian)(dian)磁輻(fu)射(she),只有在兩(liang)個(ge)定態之間躍(yue)遷才(cai)會產(chan)生電(dian)(dian)磁輻(fu)射(she)。輻(fu)射(she)的(de)特(te)性相當于(yu)以恒定頻率(lv)作諧(xie)振(zhen)動(dong)的(de)帶(dai)電(dian)(dian)粒子按經典(dian)規(gui)律產(chan)生的(de)輻(fu)射(she),但(dan)頻率(lv)u與(yu)原子的(de)運動(dong)并不是單(dan)一關系(xi),而是由下面的(de)關系(xi)來決(jue)定 h = E'-E"。這就是玻爾原子模型。