1885年10月(yue)7日,玻爾(er)生(sheng)于(yu)哥本(ben)哈根(gen),父親(qin)(qin)克里斯(si)丁·玻爾(er)是哥本(ben)哈根(gen)大學的(de)生(sheng)理學教授,母親(qin)(qin)出身(shen)于(yu)一個富(fu)有的(de)猶太人家(jia)庭(ting),從小受到良好(hao)的(de)家(jia)庭(ting)教育(yu)。玻爾(er)愛好(hao)足球,曾經和弟(di)弟(di)哈那德·玻爾(er)共同參加(jia)職業足球比(bi)賽(sai)。
1903年,18歲(sui)進入哥本哈根(gen)大學數學和自(zi)然科(ke)學系(xi),主修(xiu)物理學。
1907年,玻爾以(yi)有關(guan)水的(de)表面張力的(de)論(lun)文獲(huo)得(de)丹(dan)麥皇家科學(xue)(xue)文學(xue)(xue)院的(de)金質獎章,并(bing)先后于1909年和(he)1911年分別以(yi)關(guan)于金屬電子論(lun)的(de)論(lun)文獲(huo)得(de)哥本哈(ha)根大學(xue)(xue)的(de)科學(xue)(xue)碩士和(he)哲學(xue)(xue)博士學(xue)(xue)位。隨后去(qu)英國學(xue)(xue)習(xi),先在劍橋J.J.湯姆孫主持(chi)的(de)卡文迪許實(shi)驗室,幾(ji)個(ge)月后轉赴曼(man)徹斯(si)特,參加(jia)了(le)曼(man)徹斯(si)特大學(xue)(xue)以(yi)E.盧瑟福(fu)為(wei)首(shou)的(de)科學(xue)(xue)集(ji)體,從此和(he)盧瑟福(fu)建立(li)了(le)長期的(de)密切關(guan)系。
1912年(nian),玻爾(er)考察(cha)了(le)金屬中(zhong)的電子運動,并(bing)明確意識到經典理(li)論(lun)在(zai)闡明微(wei)觀現象方面的嚴重缺陷,贊賞普(pu)朗(lang)克和愛(ai)因(yin)斯坦在(zai)電磁理(li)論(lun)方面引入的量(liang)子學說(shuo)。創造(zao)性(xing)地把普(pu)朗(lang)克的量(liang)子說(shuo)和盧瑟福的原(yuan)子核概念(nian)結合了(le)起來。
1913年(nian)初,玻爾任曼徹斯特(te)大(da)學物理(li)學教時(shi),在朋友的(de)(de)(de)(de)建議下,開始研究(jiu)原子(zi)(zi)結構(gou),通(tong)過對光譜學資料的(de)(de)(de)(de)考(kao)察,寫出(chu)了(le)《論(lun)原子(zi)(zi)構(gou)造(zao)和分子(zi)(zi)構(gou)造(zao)》的(de)(de)(de)(de)長篇論(lun)著,提出(chu)了(le)量(liang)子(zi)(zi)不連續性(xing),成功地解釋了(le)氫(qing)原子(zi)(zi)和類氫(qing)原子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)結構(gou)和性(xing)質。提出(chu)了(le)原子(zi)(zi)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)玻爾模型。按照這一(yi)模型電子(zi)(zi)環繞原子(zi)(zi)核(he)作軌(gui)(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)運動,外(wai)(wai)層(ceng)軌(gui)(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)比內(nei)層(ceng)軌(gui)(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)可以容納更多的(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi);較外(wai)(wai)層(ceng)軌(gui)(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi)數(shu)決定了(le)元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)化學性(xing)質。如果外(wai)(wai)層(ceng)軌(gui)(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)電子(zi)(zi)落入內(nei)層(ceng)軌(gui)(gui)(gui)道(dao)(dao)(dao),將釋放出(chu)一(yi)個帶固定能量(liang)的(de)(de)(de)(de)光子(zi)(zi)。
1916年任哥(ge)本哈根(gen)大(da)學物理學教(jiao)授。
1917年當選為丹麥皇家(jia)科學院(yuan)院(yuan)士(shi)。
1920年創建哥本哈(ha)根理論物理研究所并(bing)任所長,在(zai)此后的(de)四十年他一直擔任這一職務。
1921年,玻爾發表了《各元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)原(yuan)子結構(gou)(gou)及其物理(li)性質和化學(xue)性質》的(de)(de)長篇演(yan)講,闡述(shu)了光譜和原(yuan)子結構(gou)(gou)理(li)論的(de)(de)新發展(zhan),詮釋了元(yuan)(yuan)素(su)(su)周期表的(de)(de)形成,對周期表中從氫開始的(de)(de)各種(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)原(yuan)子結構(gou)(gou)作了說明,同時對周期表上的(de)(de)第72號元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)性質作了預言;
1922年(nian),第72號元素鉿(jia)的(de)發(fa)現證明了玻爾(er)的(de)理(li)論,玻爾(er)由于(yu)(yu)對于(yu)(yu)原子結構理(li)論的(de)貢獻獲得諾貝爾(er)物理(li)學獎。他所在(zai)的(de)理(li)論物理(li)研究所也在(zai)二三十年(nian)代成(cheng)為(wei)物理(li)學研究的(de)中心(xin)。
1923年(nian),玻(bo)爾接受(shou)英國曼(man)徹(che)斯特大(da)學(xue)和劍橋大(da)學(xue)名譽(yu)博士學(xue)位。
1930年代中(zhong)期,研(yan)究發現了(le)許多中(zhong)子(zi)誘發的核(he)反應。玻爾(er)提出了(le)原子(zi)核(he)的液滴(di)模型,很好地解釋了(le)重核(he)的裂變(bian)。
玻爾認(ren)識到(dao)他的(de)(de)(de)(de)理論(lun)并不(bu)是(shi)一(yi)個完整的(de)(de)(de)(de)理論(lun)體(ti)系(xi),還(huan)只是(shi)經(jing)典(dian)理論(lun)和量(liang)(liang)子理論(lun)的(de)(de)(de)(de)混合。他的(de)(de)(de)(de)目標是(shi)建(jian)立(li)(li)一(yi)個能夠描述微觀尺度的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子過程的(de)(de)(de)(de)基本力(li)(li)學。為此,玻爾提出(chu)(chu)(chu)了(le)(le)著名的(de)(de)(de)(de)“互補(bu)(bu)原(yuan)(yuan)理”,即(ji)宏(hong)觀與微觀理論(lun),以及不(bu)同領域相似問題(ti)之間的(de)(de)(de)(de)對應(ying)(ying)關系(xi)。互補(bu)(bu)原(yuan)(yuan)理指(zhi)出(chu)(chu)(chu)經(jing)典(dian)理論(lun)是(shi)量(liang)(liang)子理論(lun)的(de)(de)(de)(de)極限(xian)近似,而且按(an)照互補(bu)(bu)原(yuan)(yuan)理指(zhi)出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)方向,可以由(you)舊理論(lun)推導出(chu)(chu)(chu)新理論(lun)。這在后來量(liang)(liang)子力(li)(li)學的(de)(de)(de)(de)建(jian)立(li)(li)發(fa)(fa)展過程中得到(dao)了(le)(le)充分的(de)(de)(de)(de)驗證。玻爾的(de)(de)(de)(de)學生海森堡在互補(bu)(bu)原(yuan)(yuan)理的(de)(de)(de)(de)指(zhi)導下,尋(xun)求與經(jing)典(dian)力(li)(li)學相對應(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子力(li)(li)學的(de)(de)(de)(de)各種具(ju)體(ti)對應(ying)(ying)關系(xi)和對應(ying)(ying)量(liang)(liang),由(you)此建(jian)立(li)(li)了(le)(le)矩(ju)陣力(li)(li)學。互補(bu)(bu)理論(lun)在狄(di)拉克、薛(xue)定諤(e)發(fa)(fa)展波動力(li)(li)學和量(liang)(liang)子力(li)(li)學的(de)(de)(de)(de)過程中起到(dao)了(le)(le)指(zhi)導作用。
在(zai)對(dui)于量子(zi)力(li)學(xue)的(de)解釋上(shang),玻(bo)爾(er)(er)等人(ren)提出(chu)了(le)哥本哈根(gen)詮釋,但(dan)遭到了(le)堅(jian)持(chi)決定(ding)論(lun)的(de)愛(ai)(ai)因(yin)斯坦(tan)及(ji)薛(xue)定(ding)諤等人(ren)的(de)反對(dui)。從此玻(bo)爾(er)(er)與愛(ai)(ai)因(yin)斯坦(tan)開始了(le)玻(bo)爾(er)(er)-愛(ai)(ai)因(yin)斯坦(tan)論(lun)戰,最有名(ming)的(de)一次爭論(lun)發(fa)生(sheng)在(zai)第六次索爾(er)(er)維會議上(shang),愛(ai)(ai)因(yin)斯坦(tan)提出(chu)了(le)后來(lai)知名(ming)為愛(ai)(ai)因(yin)斯坦(tan)光盒的(de)問題,以求(qiu)駁(bo)倒不確(que)定(ding)性原(yuan)理。玻(bo)爾(er)(er)當時無(wu)言以對(dui),但(dan)冥思一晚之(zhi)后發(fa)現巧妙的(de)進行(xing)了(le)反駁(bo),使(shi)得(de)愛(ai)(ai)因(yin)斯坦(tan)只(zhi)得(de)承認不確(que)定(ding)性原(yuan)理是自洽的(de)。 這一爭論(lun)一直(zhi)持(chi)續至(zhi)愛(ai)(ai)因(yin)斯坦(tan)去世。
1937年(nian)5、6月間(jian),玻爾曾經到過中國訪(fang)問和(he)講學。期(qi)間(jian),玻爾和(he)束星北等中國學者有過深(shen)度學術(shu)交流(liu),玻爾稱束星北是愛因(yin)斯(si)坦一樣的(de)(de)大(da)師。束星北的(de)(de)文章《引力與電(dian)磁合論》《愛因(yin)斯(si)坦引力理論的(de)(de)非靜力場解》是相對論早期(qi)的(de)(de)重要論述。
1939年,玻爾任丹(dan)麥(mai)皇家科(ke)學院(yuan)院(yuan)長。第二次世界大戰開始,丹(dan)麥(mai)被德國法西斯(si)占(zhan)領(ling)。1943年玻爾為躲(duo)避納(na)粹(cui)的(de)迫害,逃往(wang)瑞典。
1944年,玻(bo)爾在(zai)美(mei)國參(can)加了和原子彈有關的理論研究。
1945年,玻爾回到(dao)丹麥,此后致(zhi)力于推動原子能的和(he)平利用。
1947年(nian),丹(dan)麥政(zheng)府為(wei)了表(biao)彰玻(bo)爾的功績,封(feng)他為(wei)“騎象勛爵”。
1952年(nian),玻爾倡議建立歐洲(zhou)原子核研究中心(CERN),并(bing)且自任主(zhu)席。
1955年,玻爾參加(jia)創建北歐(ou)理(li)(li)論原子物理(li)(li)學研究所,擔任(ren)管委會(hui)主任(ren)。同年丹麥成立原子能委員(yuan)會(hui),玻爾被任(ren)命為主席。
1962年11月18日,玻爾(er)因心臟病突發(fa)在(zai)丹麥(mai)的卡爾(er)斯堡寓所(suo)逝(shi)世(shi)(shi),享(xiang)年77歲(sui)。去世(shi)(shi)前(qian)一天,他還在(zai)工作室(shi)的黑板(ban)上(shang)畫了當年愛因斯坦那個(ge)光子盒的草(cao)圖。
1965年玻爾(er)去世(shi)三周年時,哥本(ben)哈根大學物理研(yan)(yan)究所被命名(ming)為尼爾(er)斯·玻爾(er)研(yan)(yan)究所。1997年IUPAC正(zheng)式通過(guo)將第(di)107號元素命名(ming)為Bohrium,以(yi)紀(ji)念玻爾(er)。
其子奧格·尼(ni)爾斯·玻爾也是物(wu)理學家,于(yu)1975年獲得諾貝爾物(wu)理學獎(jiang)。
原子輻射理論
1922年,玻爾(er)因對研(yan)究原(yuan)子(zi)(zi)的(de)結構和原(yuan)子(zi)(zi)的(de)輻射所做得重大貢獻(xian)而獲得諾貝(bei)爾(er)物理學(xue)獎(jiang)。為(wei)此,整個(ge)丹(dan)麥都沉(chen)浸在喜悅之(zhi)中,舉(ju)國(guo)上下都為(wei)之(zhi)慶(qing)賀,玻爾(er)成了最著名的(de)丹(dan)麥公(gong)民。為(wei)了支持(chi)正義與和平,玻爾(er)將自(zi)己的(de)諾貝(bei)爾(er)金質獎(jiang)章捐給(gei)了芬蘭戰爭。后來,人們又為(wei)他募(mu)集黃金重鑄了一枚,永遠陳列在丹(dan)麥博(bo)物館里(li)。
1924年6月,玻爾被(bei)英國劍橋大學和曼徹斯特大學授予科(ke)學博士名譽學位,劍橋哲學學會接受他為正式會員(yuan),12月又被(bei)選為俄羅斯科(ke)學院(yuan)的外國通(tong)訊(xun)院(yuan)士。
1927年初,海森堡、玻(bo)(bo)爾(er)(er)、約爾(er)(er)丹(dan)、薛定諤、狄拉(la)克(ke)等成功地(di)創立了原(yuan)子(zi)(zi)內部過程的(de)(de)(de)(de)全新理論(lun)量(liang)子(zi)(zi)力(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue),玻(bo)(bo)爾(er)(er)對(dui)量(liang)子(zi)(zi)力(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)創立起了巨大的(de)(de)(de)(de)促(cu)進(jin)(jin)作用(yong)。 1927年9月,玻(bo)(bo)爾(er)(er)首次提出了"互(hu)補(bu)(bu)原(yuan)理",奠定了哥本哈根學(xue)(xue)(xue)(xue)派(pai)對(dui)量(liang)子(zi)(zi)力(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)解釋(shi)的(de)(de)(de)(de)基礎,并從此開始了與愛因(yin)斯(si)坦持續多年的(de)(de)(de)(de)關于(yu)量(liang)子(zi)(zi)力(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)意義的(de)(de)(de)(de)論(lun)戰。愛因(yin)斯(si)坦提出一個(ge)又一個(ge)的(de)(de)(de)(de)想像(xiang)實驗,力(li)(li)求證明新理論(lun)的(de)(de)(de)(de)矛(mao)盾和(he)錯誤,但玻(bo)(bo)爾(er)(er)每次都巧妙地(di)反(fan)駁了愛因(yin)斯(si)坦的(de)(de)(de)(de)反(fan)對(dui)意見。這場(chang)長(chang)期的(de)(de)(de)(de)論(lun)戰從許(xu)多方面(mian)促(cu)進(jin)(jin)了玻(bo)(bo)爾(er)(er)觀點(dian)的(de)(de)(de)(de)完善(shan),使(shi)他(ta)在以后對(dui)互(hu)補(bu)(bu)原(yuan)理的(de)(de)(de)(de)研(yan)究中,不僅運用(yong)到物理學(xue)(xue)(xue)(xue),而(er)且(qie)運用(yong)到其他(ta)學(xue)(xue)(xue)(xue)科(ke)。
1933年,希特勒(le)奪取了(le)(le)政(zheng)權(quan),德(de)國(guo)成了(le)(le)法(fa)西斯國(guo)家(jia),這對(dui)于丹麥(mai)來說是(shi)一個危險的(de)(de)鄰邦。玻爾不是(shi)一個對(dui)什么都不關心的(de)(de)人,他既關心政(zheng)治時(shi)事(shi)、國(guo)家(jia)生活,也(ye)關心國(guo)際(ji)事(shi)件。他對(dui)當時(shi)法(fa)西斯政(zheng)權(quan)實行的(de)(de)種族迫害和政(zheng)治迫害深感憂愁和憤怒,積極創立和參加了(le)(le)丹麥(mai)救援移民委員會,對(dui)從德(de)國(guo)逃難到(dao)哥本哈根的(de)(de)科(ke)學家(jia)及其他難民,給予了(le)(le)盡(jin)力(li)的(de)(de)支持相幫助(zhu)。
1940年4月,德國(guo)(guo)(guo)侵占了(le)丹(dan)麥,丹(dan)麥政府宣布投(tou)降。美(mei)國(guo)(guo)(guo)、英國(guo)(guo)(guo)等許多國(guo)(guo)(guo)家的(de)(de)大學打電報(bao)給玻爾,邀請玻爾全家到他們那里去避難和工作。玻爾非常不(bu)安,友(you)好的(de)(de)關心(xin)和對自己(ji)命運的(de)(de)焦慮打動著(zhu)他的(de)(de)心(xin)。但(dan)是,這一切都沒能動搖(yao)他留在自己(ji)的(de)(de)崗位哥本哈根理論物理研(yan)究所的(de)(de)決心(xin)。
玻爾(er)(er)相信,這一切(qie)都是暫時的(de),不(bu)久都會(hui)過去。因此,不(bu)應(ying)該陷入苦悶(men),要堅持(chi)下去繼續工作,抵抗侵(qin)略(lve)(lve)者,為共(gong)同(tong)的(de)斗(dou)爭做出貢(gong)獻。在以后的(de)一段時間里(li),玻爾(er)(er)日(ri)見(jian)消(xiao)瘦,然而他卻(que)勇敢地和毫(hao)不(bu)妥協地堅持(chi)著(zhu)。玻爾(er)(er)不(bu)隱瞞自己的(de)好惡愛憎,拒絕與侵(qin)略(lve)(lve)者合作并(bing)不(bu)與支持(chi)侵(qin)略(lve)(lve)者的(de)人(ren)來往(wang)。
1943年9月,希特勒政權準備逮捕玻(bo)爾(er)(er)(er)(er),為(wei)了(le)(le)避免遭到(dao)迫害,玻(bo)爾(er)(er)(er)(er)在反抗運動參(can)加者的(de)幫(bang)助下(xia)冒著極大(da)(da)的(de)危(wei)險逃(tao)到(dao)了(le)(le)瑞典。在瑞典,他幫(bang)助安排了(le)(le)幾乎所有的(de)丹(dan)麥籍猶(you)太人逃(tao)出(chu)了(le)(le)希特勒毒(du)氣室的(de)虎口。過了(le)(le)不久,林德(de)(de)曼來(lai)電(dian)報邀請玻(bo)爾(er)(er)(er)(er)到(dao)英(ying)(ying)(ying)(ying)國(guo)(guo)工作,玻(bo)爾(er)(er)(er)(er)在乘(cheng)坐一(yi)架小型(xing)飛(fei)機飛(fei)往英(ying)(ying)(ying)(ying)國(guo)(guo)的(de)途中幾乎因缺氧而喪生。在英(ying)(ying)(ying)(ying)國(guo)(guo)待了(le)(le)兩個月后,根(gen)據(ju)美(mei)(mei)國(guo)(guo)總統羅斯福和(he)(he)英(ying)(ying)(ying)(ying)國(guo)(guo)首相丘吉爾(er)(er)(er)(er)簽署的(de)魁北克(ke)協議,美(mei)(mei)國(guo)(guo)和(he)(he)英(ying)(ying)(ying)(ying)國(guo)(guo)物(wu)理學家(jia)(jia)應密切合作共同工作。于是玻(bo)爾(er)(er)(er)(er)被任(ren)命(ming)為(wei)英(ying)(ying)(ying)(ying)國(guo)(guo)的(de)顧問與(yu)查德(de)(de)威克(ke)等一(yi)批英(ying)(ying)(ying)(ying)國(guo)(guo)原(yuan)子物(wu)理學家(jia)(jia)遠(yuan)涉(she)重洋(yang)去了(le)(le)美(mei)(mei)國(guo)(guo),參(can)加了(le)(le)制(zhi)造(zao)原(yuan)子彈的(de)曼哈(ha)頓(dun)計劃(hua)。玻(bo)爾(er)(er)(er)(er)由于擔心德(de)(de)國(guo)(guo)率先造(zao)出(chu)原(yuan)子彈,給世界(jie)造(zao)成(cheng)更(geng)大(da)(da)的(de)威脅,所以也和(he)(he)愛因斯坦一(yi)樣,以科學顧問的(de)身分積極推動了(le)(le)原(yuan)子彈的(de)研制(zhi)工作。
但他堅(jian)決反對(dui)(dui)在對(dui)(dui)日(ri)戰爭中(zhong)使(shi)用原(yuan)子彈(dan)(dan),也(ye)堅(jian)決反對(dui)(dui)在今后的(de)(de)戰爭中(zhong)使(shi)用原(yuan)子彈(dan)(dan),始終堅(jian)持(chi)和(he)平(ping)(ping)利(li)用原(yuan)子能(neng)的(de)(de)觀(guan)點。他積極與美國(guo)和(he)英國(guo)的(de)(de)國(guo)務活動(dong)家取得聯系,參(can)加(jia)了禁(jin)止核實驗,爭取和(he)平(ping)(ping)、民(min)(min)主(zhu)和(he)各(ge)民(min)(min)族團結(jie)的(de)(de)斗爭。對(dui)(dui)于原(yuan)子彈(dan)(dan)給日(ri)本造成的(de)(de)巨(ju)大(da)損失(shi),他感到非常內疚(jiu),并為此發表了《科學與文(wen)(wen)明(ming)》和(he)《文(wen)(wen)明(ming)的(de)(de)召喚》兩(liang)篇文(wen)(wen)章,呼吁各(ge)國(guo)科學家加(jia)強合作,和(he)平(ping)(ping)利(li)用原(yuan)子能(neng),對(dui)(dui)那(nei)些(xie)可能(neng)威脅世(shi)界安全的(de)(de)任(ren)何步驟進(jin)行國(guo)際監督,為各(ge)民(min)(min)族今后無憂(you)無慮(lv)地發展(zhan)自己的(de)(de)科學文(wen)(wen)化而斗爭。
玻爾原子模型
玻爾(er)于1913年在原(yuan)子結(jie)構問題上邁出了革(ge)命性(xing)的一(yi)步,提出了定(ding)態假設和頻率(lv)法則,從而奠定(ding)了這一(yi)研究(jiu)方向(xiang)的基礎。玻爾(er)指(zhi)出:
在原子系統(tong)(tong)的(de)設想的(de)狀態(tai)(tai)中(zhong)存在著所謂的(de)"穩(wen)(wen)定(ding)態(tai)(tai)"。在這(zhe)些狀態(tai)(tai)中(zhong),粒子的(de)運動雖然在很大程度上遵(zun)守經(jing)典(dian)力學規律,但這(zhe)些狀態(tai)(tai)穩(wen)(wen)定(ding)性不能用經(jing)典(dian)力學來解(jie)釋,原子系統(tong)(tong)的(de)每個(ge)變化只能從一(yi)個(ge)穩(wen)(wen)定(ding)態(tai)(tai)完全躍遷到另(ling)一(yi)個(ge)穩(wen)(wen)定(ding)態(tai)(tai)。
與電磁理論相反,穩定(ding)原(yuan)子不(bu)會(hui)發(fa)生(sheng)電磁輻(fu)(fu)射(she),只有在兩個定(ding)態之(zhi)間躍遷才(cai)會(hui)產生(sheng)電磁輻(fu)(fu)射(she)。輻(fu)(fu)射(she)的特(te)性相當于以恒定(ding)頻率作諧振動(dong)的帶電粒子按經(jing)典規律(lv)產生(sheng)的輻(fu)(fu)射(she),但頻率u與原(yuan)子的運動(dong)并不(bu)是單(dan)一關(guan)系,而是由(you)下面的關(guan)系來(lai)決定(ding) h = E'-E"。這(zhe)就是玻爾原(yuan)子模(mo)型。