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【马克斯·玻恩】玻尔和玻恩

来源:http://www.021key.com 作者:金沙js5588 时间:2019-10-18 10:17

马克斯·玻恩生于德国布雷斯劳,是犹太裔理论物理学家,被称作量子力学的奠基人之一。玻恩曾在法兰克福、哥廷根和爱丁堡大学等高校学习,在数学、物理、天文、法律和伦理学等方面都有涉猎;他提出玻恩近似,著有《晶体点阵动力学》、《关于空间点阵的振动》等作品,获得了诺贝尔物理学奖。1970年,玻恩在哥廷根逝世。人物生平金沙js5588 1玻恩 玻恩于1882年12月11日出生于德国普鲁士的布雷斯劳(今波兰城市弗罗茨瓦夫)一个犹太人家庭,父亲是布雷斯劳大学的解剖学和胚胎学教授。小时受父亲影响,喜欢摆弄仪器和参加科学讨论。 1901年进入布雷斯劳大学。后来到海德堡大学和苏黎士大学求学。1905年慕名进入哥廷根大学听D.希耳伯特、H.闵可夫斯基等数学、物理学大师讲学。1907年在哥廷根大学通过博士考试,导师是希尔伯特。此后前往剑桥大学跟随拉默尔和约瑟夫·汤姆孙学习了一段时间。1908年至1909年回到布雷斯劳学习相对论。闵可夫斯基曾邀请他去哥廷根与他共事,但是此后不久的1909年冬天闵可夫斯基便去世了,玻恩受命继续闵可夫斯基在物理领域的研究工作。玻恩在1909年获得大学任教资格,先是在哥廷根大学受聘为无薪金讲师,1912年接受迈克尔逊的邀请前往芝加哥教授相对论,并与迈克尔逊合作完成了一些光栅光谱实验。此外,玻恩对固体理论进行过比较系统的研究,1912年和冯·卡尔曼一起撰写了一篇有关晶体振动能谱的论文,他们的这项成果早于劳厄(1879—1960)用实验确定晶格结构的工作。 1913年8月2日玻恩与爱伦伯格(H. Ehrenberg)结婚。他们都是路德教教徒,有三个孩子。那时玻恩喜好的消遣活动是长途徒步旅行和音乐。 1915年玻恩去柏林大学任理论物理学教授,并在那里与普朗克、爱因斯坦和能斯特并肩工作,玻恩与爱因斯坦结下了深厚的友谊,即使是在爱因斯坦对玻恩的量子理论持怀疑态度的时候,他们之间的书信见证了量子力学开创的历史,后来被整理成书出版。玻恩在柏林大学期间,曾加入德国陆军,负责研究声波理论和原子晶格理论,并于1915年发表了他的第一本书《晶格动力学》(Dynamik der Kristallgitter),该书总结了他在哥廷根开始的一系列研究成果。 1919年第一次世界大战结束后,玻恩转去法兰克福大学任教并领导一个实验室,他的助手奥托·施特恩后来也获得了诺贝尔物理学奖。1921年至1933年玻恩与好友夫兰克一同回到哥廷根大学任教授,主要的工作先是晶格研究,然后是量子力学理论。他在哥廷根费米、狄拉克、奥本海默和玛丽亚·格佩特-梅耶等一大批物理学家合作。1925年至1926年与泡利、海森堡和帕斯库尔·约尔丹(Pascual Jordan)一起发展了现代量子力学的大部分理论。1926年又发表了他自己的研究成果玻恩概率诠释,后来成为著名的“哥本哈根解释”。 卢瑟福-玻尔的原子行星模型和玻尔关于电子能级的假设(其中把普朗克的量子概念与原子光谱联系起来了)曾被用来解释后来知道的一些数据和现象,但只取得了一些微不足道的成功。在物理理论从经典向现代过渡的这一时期(约在1923年前后),泡利和海森堡都在哥廷根大学做玻恩的助手。德布罗意在1924年巴黎的论文中提出电子与一组波相联系。海森堡在他的“测不准原理”中,表明了经典力学规律不适用于亚原子粒子,因为不能同时知道这些粒子的位置和速度。 玻恩以此为起点对这一问题进行了研究,他系统地提出了一种理论体系,在其中把德布罗意的电子波认为是电子出现的几率波。玻恩-海森堡-约当矩阵力学与薛定谔发展起来的波动力学的数学表述不同,狄拉克证明了这两种理论体系是等效的并可相互转换。今天,我们把它称为量子力学。 1933年纳粹上台后,玻恩由于是犹太人血统而被停职,并与当时许多德国科学家一样被迫移居国外。移居英国后,1934年起受邀在剑桥大学任教授,这段时间的主要研究集中在非线性光学,并与利奥波德·因费尔德(Leopold Infeld)一起提出了玻恩-因费尔德理论。1935年冬天,玻恩在印度班加罗尔的印度科学研究所呆了6个月,与C·V·喇曼共事。1936年前往爱丁堡大学任教直到1953年退休。1936年被纳粹剥夺德国国籍。 玻恩很想把量子力学和相对论统一起来,因此他于1938年提出了他的倒易理论:物理学的基本定律在从坐标表象变换到动量表象时是不变的。1939年玻恩加入英国国籍。这时他仍继续从事爱因斯坦和英费尔德曾探索过的统一场论的研究。 1953年,玻恩退休后居住在巴德派尔蒙特,这是位于哥廷根附近的一个旅游胜地。1953年6月28日玻恩成为哥廷根的荣誉市民。1954年由于在量子力学和波函数的统计解释及研究方面的贡献,与瓦尔特·博特共同获得诺贝尔物理学奖。他最后一本关于晶体的书是1954年完成的(与我国物理学家黄昆合作完成)。除了在物理领域的杰出研究外,玻恩还是“哥廷根十八人”(德语:Göttinger Achtzehn)之一,《哥廷根宣言》的签署人,旨在反对德国联邦国防军使用原子武器装备。 1970年1月5日,玻恩在哥廷根逝世。玻尔和玻恩金沙js5588 2玻恩等人 尼尔斯·玻尔是丹麦物理学家,哥本哈根学派的创始人,曾获得诺贝尔物理学奖。他提出了玻尔模型来解释氢原子光谱,提出互补原理和哥本哈根诠释来解释量子力学,对20世纪物理学的发展有着巨大影响。 马克斯·玻恩则是德国犹太裔理论物理学家,被称作量子力学奠基人之一,也是诺贝尔物理学奖得主。他创立矩阵力学、解释对波函数、开创晶格动力学等,尤其是对波函数的统计学诠释贡献最大。玻恩的主要成就 创立矩阵力学 1920年以后,玻恩对原子结构和它的理论进行了长期而系统的研究。那时,卢瑟福-玻尔的原子模型和有关电子能级的假设遇到了许多困难。因此,法国物理学家德布罗意于1924年提出了物质波假设,认为电子等微观粒子既有粒子性,也有波动性。1926年奥地利物理学家薛定谔(1887—1961)创立了波动力学。同时,玻恩和海森伯、约尔丹等人用矩阵这一数学工具,研究原子系统的规律,创立了矩阵力学,这个理论解决了旧量子论不能解决的有关原子理论的问题。后来证明矩阵力学和波动力学是同一理论的不同形式,统称为量子力学。因此,玻恩是量子力学的创始人之一。 解释对波函数 为了描述原子系统的运动规律,薛定谔提出了波函数所遵循的运动方程——薛定谔方程。但是,波函数和各种物理现象的观察之间有什么关系,并没有解决。玻恩通过自己的研究对波函数的物理意义作出了统计解释,即波函数的二次方代表粒子出现的几率取得了很大的成功。从统计解释可以知道,在量度某一个物理量的时候,虽然已知几个体系处在相同的状态,但是测量结果不都是一样的,而是有一个用波函数描述的统计分布。因为这一成就,玻恩荣获了1954年度诺贝尔物理学奖。 开创晶格动力学 在他的早期生涯中,玻恩的兴趣集中在点阵力学上,这是关于固体中原子怎样结合在一起如何振动的理论。在冯·劳厄最终证明了晶体的格点结构之前,玻恩和冯·卡门(Von Karman)就在1912年发表了关于晶体振动谱的论文。玻恩以后又多次回到晶体理论的研究上,1925年玻恩写了一本关于晶体理论的书,开创了一门新学科——晶格动力学。1954年他和我国著名物理学家黄昆合著的《晶格动力学》一书,被国际学术界誉为有关理论的经典著作。 其他成就 1953年退休以后,玻恩劲头十足地研究爱因斯坦的统一场论。1959年,与沃耳夫合著了《光学原理》,至2001年已出至第七版,成为光的电磁理论方面的一部公认经典著作。玻恩还研究了流体动力学、非线性动力学等理论。 玻恩和富兰克(1882—1964)一起把哥廷根建成很有名望的国际理论物理研究中心。当时,只有玻尔建立的哥本哈根理论物理中心可以和它匹敌。人物评价金沙js5588 3玻恩 在量子理论的发展历程中,玻恩属于量子的革命派,他是旧量子理论的摧毁者,他认为旧量子论本身内在矛盾是根本性的,为公理化的方法所不容,构造特性架设的办法只是权宜之计,新量子论必须另起炉灶,用公理化方法从根本上解决问题。 玻恩先后培养了两位诺贝尔物理学奖获得者:海森堡(1932年获诺贝尔物理学奖);泡利(因为提出不相容原理获1945年的诺贝尔物理学奖)。不过,玻恩似乎没有他的学生幸运,他对量子力学的几率解释受到了包括爱因斯坦、普朗克等很多伟大的科学家的反对,直到1954年才获诺贝尔物理学奖。

1962年尼尔斯·玻尔,丹麦物理学家、现代物理学的创始人之一,原子结构学说之父逝世。

尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔(Niels Henrik David Bohr,1885.10.07~1962.11.18)

尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔, 1885年10月7日生于丹麦哥本哈根,是20世纪第一流的科学家之一。他首先应用量子理论,即将某一系统的能量限制在某些离散值来研究原子结构和分子结构问题。在量子物理学的发展过程中,他曾是主导人物,也做出了主要贡献。1930年起,玻尔继续从事于由量子理论引起的认识论问题,同时还对核物理学这个新领域做出了贡献。他把原子核比作一个液滴,他的液滴概念是理解许多核过程的关键手段,特别是1939年在理解核裂变(一个重核分裂为两个几乎等质量的两部分,并释放巨大的能量)的实质中起了重要作用。 1940年丹麦被德国人蹂躏和占领,面对纳粹的权势,玻尔尽力维护其研究所的工作和保持丹麦文化的完整性。1943年,由于他的犹太血统和从不隐蔽的反纳粹观点,他受到立即逮捕的威胁。玻尔和妻子、家人,由丹麦地下抵抗运动深夜用渔船送到瑞典。几天后,英国政府派一架没有武装的蚊式轰作机到瑞典,玻尔就这样通过戏剧性的飞行飞到英国,在飞行中他差一点丧命。在以后两年中,玻尔和他的一个儿子奥格一起参加了裂变核弹的工程。奥格以后继承父业,是一位理论物理学家,主持了理论物理研究所,获得了诺贝尔物理学奖。他们在英国工作了几个月,就和英国的研究组一起搬到了美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯研究中心。 玻尔特别关心原子武器对人类的可怕威胁。早在1944年,他就试图说服英国首相丘吉尔和美国总统罗斯福必须通过国际合作来解决这些问题。虽然这种呼吁并未成功,玻尔在1950年致联合国的一封公开信中继续努力提出一个“开放世界和合理的和平政策”。玻尔相信为了控制核武器,人民及其思想都必须自由交流。他领衔推动了1955年在日内瓦召开的第一届国际和平利用原子能会议,并协助建立了欧洲核研究委员会。在他获得的众多奖誉中,玻尔曾于1957年获得第一届“美国和平利用原子能奖”。在他的晚年,玻尔曾试图指出,在人类生活和思想的许多方面,互补的思想可能说明一些问题。他对几代物理学家都会有重大影响,对他们的科学思想和生活观点都起着启蒙引导作用。玻尔自己不断向各方面学习,甚至对最年轻的共事者也抱着倾听学习的态度。他和同事们、妻子、儿子和兄弟的关系都很好,他从他们那里获得了力量。他的精神富有国际性,但他也是十足的丹麦人,他深深扎根于他的丹麦文化之中。这一点可以从他负责的许多公共事务中看出来,特别是他从1939年起就是丹麦皇家科学院院长,一直负责到生命结束。

生平简述

波尔1885年10月7日出生於丹麦的哥本哈根。他父亲是一位生理学教授,思想开明。为使两个儿子从小就热爱自然科学,经常与朋友们一起就科学、哲学、文化及政治等问题进行有趣的讨论,以薰陶波尔和它的弟弟海拉德。除此之外,波尔的父亲还极为重视两个儿子的体质,培养他们的体育兴趣。所以,波尔和弟弟在少年时代就成了著名足球运动员,长大以後,他弟弟还进入了国家足球队,而波尔还具有了兵兵球、帆船和滑雪等终身爱好。

波尔在童年时代是一个行动缓慢、做事专心的孩子。他在学校里各门功课都很好,尤其是物理学和数学。他还酷爱文学,但本族语学得很费力。他一生都用功克服这一困难,花了很多时间一遍一遍地抄写手稿不管是科学论文、大会发言稿,还是给朋友的信件。这反映了波尔对准确性的迫切要求和使自己的著作能传递尽可能多信息的强烈愿望。为了培养波尔的动手能力,他父亲为他购置了车床和工具。心灵手巧的波尔很快就熟练地掌握了金工技术,并敢於修理一切损坏了的东西,家里的钟表或自行车坏了,都是波尔自己动手修理。

在中学时代,波尔虽然是班里的第一名,但他从来不爱虚荣,甚至不曾为争夺第一名奋斗过。

他思维非常迅速,自然地、毫不拘束地发展著自己的才能,并毫不动摇地选择了自己的道路 做一个物理学家。

1903年,波尔顺利地中学毕业,进入了哥本哈根大学自然科学系。起初,他酷爱在大学的实验室里做实验,到二年级时,他决定参加丹麦皇家科学协会组织的优秀论文竞赛用瑞刊在1873年提出的射流振动法测定?获得了卡尔斯堡基金会的一笔助学金,从而有机会到英国剑桥大学卡文迪许实验室,跟随当时最有权威的物理学家J.J﹒汤木生进行深造。

但波尔和J.J﹒汤姆逊处得并不融洽,原因是波尔和J.J﹒汤姆逊 第一次见面时就指出了J.J.汤姆逊一篇论文中一些他认为错误的地方。于是,在1912年春转到了曼彻斯特大学的卢瑟福实验室工作。

实验室里有许多被卢瑟福发现和吸引来的优秀青年人才,如盖革、马考瓦、马斯登、埃万斯、拉歇尔、法扬斯、莫寒莱、海鸟希、查兑克、达尔文等,波尔和他们相处得非常好,并和其中大部人成了终生朋友。这当中关系最好的,除了卢瑟福之外,就是海鸟希了。这位匈牙利物理学家是一位十分机敏可爱的交谈伙伴,时时处处成为集体的中心。他帮助波尔了解实验室当前大家最关心的问题,熟悉实验室的每个成员,并且海鸟希还精通化学,而波尔正好极需要这方面的知识。

波尔在卢瑟福的实验室工作了四个多月,於1912年7月底回国,因为他将在8月1日举行婚礼。在卢瑟福实验室工作的四个多用里,波尔收获极大,他对卢瑟福衷心敬重,无论在为人方面还是在治学方面,卢瑟福都是他的楷模。两位伟大的物理学家之间深厚而纯朴的友谊就这样开始了,这一友谊延续了四分之一世纪,直到卢瑟福过早地离世。

1912年9月,波尔到哥本哈根大学担任编外副教授,主讲热力学的力学基础。波尔在讲课中表现出一个教师的非凡才干,不管多难理解的问题,他都讲得清清楚楚、饶有兴趣。

在上课的同时,波尔继续在理论上进行探索,1913年,他发表了著名论文《原子和分子的结构》,成为他迈向森严的科学王国的伟大起步。

1914年10月,波尔又应邀到英国曼彻斯特大学任副教授,主讲热力学、运动学、电磁学和电子理论,并继续进行实验研究和原子结构理论及带电粒子制动理论的研究,取得了丰硕的成果。随著波尔声望的不断提高,哥本哈根大学决定为波尔设立理论物理学教授职位,于是,波尔於1916年夏天回国,成为哥本哈根大学理论物理学教授。第二年,他又被选为丹麦皇家科学协会会员。

19l8年11月第一次世界大战结束後,卢瑟福又邀请波尔去担任他们不久前专门设置的哲学博士职务,但波尔为了发展丹麦的物理学研究而婉言谢绝了。 1920年9月,在波尔的不懈努力下,哥本哈根大学终於建成了理论物理研究所,这个研究所成了吸引年轻而有富有天才的理论学家和实验物理学家研究原子及微观世界问题的白心。

海森堡、克拉迈尔斯、狄拉克、泡利、赫韦希、哈尔特列、朗道、派耶尔斯等许多杰出的物理学家都先後在这里工作过。在研究所里,波尔充分发挥每个年轻人的才干和独创性,从不借助行政手段进行领导,也不喜欢用指示或命令,因而充满著集体主义和友善精神。环境没有拘束,工作集思广益,解决了许多现代物理学最深奥的课题,形成了著名的哥本哈根学派,而波尔成了这一大学派的领袖。有人问波尔他的学派成功的奥秘何在,波尔回答说:"我从来不怕在青年人面前出丑。"

波尔的每一天都被工作挤得满满的,即使晚年也像青年时代一样精力充沛,这使许多人感到惊奇。他不习惯使用时间表,从来不按工作计划工作,在节日和假日里也常常工作,甚至从挪威滑雪归来也不止一次地带回突然成熟的思想,在乘船远航时也不停止工作。因此,并不是每个人都能给波尔做助手的。要做他的助手,不仅要有坚强的神经系统,而且要放弃几乎全部的个人自由。因为这位导师在一天24小时内,随时都可能来找你谈一谈有关当前主要问题的复杂性,或者谈一谈他忽然想到的一个什麼主意,或者让你帮助他校正某种见解等。

1922年,波尔因对研究原子的结构和原子的辐射所做得重大贡献而获得诺贝尔物理学奖。为此,整个丹麦都沉浸在喜悦之中,举国上下都为之庆贺,波尔成了最著名的丹麦公民。为了支持正义与和平,波尔将自己的诺贝尔金质奖章捐给了芬兰战争。後来,人们又为他募集黄金重铸了一枚,永远陈列在丹麦博物馆里。

金沙js5588,1924年6月,波尔被英国剑桥大学和曼彻斯特大学授予科学博士名誉学位,剑桥哲学学会接受他为正式会员,12月又被选为俄罗斯科学院的外国通讯院士。

1927年初,海森堡、玻恩、约尔丹、薛定谔、狄拉克等成功地创立了原子内部过程的全新理论 量子力学,波尔对量子力学的创立起了巨大的促进作用。 1927年9月,波尔首次提出了"互补原理",奠定了哥本哈根学派对量子力学解释的基础,并从此开始了与爱因斯坦持续多年的关於量子力学意义的论战。爱因斯坦提出一个又一个的想像实验,力求证明新理论的矛盾和错误,但波尔每次都巧妙地反驳了爱因斯坦的反对意见。这场长期的论战从许多方面促进了破尔观点的完善,使他在以後对互补原理的研究中,不仅运用到物理学,而且运用到其他学科。

1933年,希特勒夺取了政权,德国成了法西斯国家,这对於丹麦来说是一个危险的邻邦。波尔不是一个对什麼都不关心的人,他既关心政治时事、国家生活,也关心国际事件。他对当时法西斯政权实行的种族迫害和政治迫害深感忧愁和愤怒,积极创立和参加了丹麦救援移民委员会,对从德国逃难到哥本哈根的科学家及其他难民,给予了尽力的支持相帮助。

1940年4月,德国侵占了丹麦,丹麦政府宣布投降。美国、英国等许多国家的大学打电报给波尔,邀请波尔全家到他们那里去避难和工作。波尔非常不安,友好的关心和对自己命运的焦虑打动著他的心。但是,这一切都没能动摇他留在自己的岗位哥本哈根理论物理研究所的决心。

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