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概述
父親是哥本哈根大學(xué)生理學(xué)教授,戴威少年時(shí)經(jīng)常隨父親參加每周星期五丹麥科學(xué)家的家庭學(xué)術(shù)性聚會(huì),受到了許多潛移默化的科學(xué)黛陶。18歲時(shí)進(jìn)入哥本哈根大學(xué)的數(shù)學(xué)和自然科學(xué)系,主修物理學(xué)。大學(xué)低年級(jí)時(shí)參加哲學(xué)課外小組“黃道社”,積極地參加各種問(wèn)題的討論。大學(xué)二年級(jí)時(shí)他熱衷于研究水的表面張力問(wèn)題,他自己設(shè)計(jì)與制造儀器,吹制玻璃管,做完一次實(shí)驗(yàn)往往需要若干小時(shí)。在精確測(cè)定的基礎(chǔ)上,他參加了丹麥皇家科學(xué)院的有獎(jiǎng)?wù)魑?,他用振?dòng)射流法對(duì)水的表面張力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論方面的研究,獲得金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?909年獲該校碩士學(xué)位。
生平
1911年以論文《金屬電子論的研究》獲博士學(xué)位。同年9月,他到英國(guó)劍橋卡文達(dá)什實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修據(jù)說(shuō)他第一次與導(dǎo)師J.湯姆孫見(jiàn)面時(shí),就操著不熟練的英語(yǔ)把他論文中批評(píng)湯姆孫的段落當(dāng)面指出,使導(dǎo)師大為光火,因而給以冷遇。在一次實(shí)驗(yàn)室年度聚餐會(huì)上他聆聽(tīng)了來(lái)訪的盧瑟福的長(zhǎng)篇演說(shuō),為他的性格和成就所折服,隨即干1912年3月轉(zhuǎn)到了曼徹斯特隨盧瑟福工作,這成了他一生的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
研究方向
他從研究不同的鋁片對(duì)已射線的吸收問(wèn)題開(kāi)始,思考原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題,并超負(fù)荷地全力工作。在這里他參加了盧瑟福的科學(xué)集體,并和盧瑟福建立了長(zhǎng)期的親密關(guān)系。當(dāng)時(shí)人們對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)知之極少,只停留在光譜學(xué)和化學(xué)元素周期表的經(jīng)驗(yàn)水平上。同時(shí),按照盧瑟福的有核模型,明顯地出現(xiàn)了正常狀態(tài)下原子和分子的穩(wěn)定性問(wèn)題。不突破經(jīng)典理論的框架。這一矛盾是難以解決的。1912年7月,他嘗試著把量子概念和有核模型結(jié)合起來(lái),寫了一份論文提綱給盧瑟福。這一提綱后來(lái)被史學(xué)界稱為《盧瑟福備忘錄》。
任職
1912年9月,他受聘在哥本哈根大學(xué)任教。他利用業(yè)余時(shí)間奮發(fā)努力,形成了自己的理論。1913年7月起,他以《論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造》為題,連續(xù)三次在英國(guó)之哲學(xué)雜志上發(fā)表論文,后來(lái)被稱為“偉大的三部曲”。這篇論文的三大部分是:“正法對(duì)電子的束縛”,“只包含單獨(dú)一個(gè)原子核的體系”,“包含多個(gè)原子核的體系”。論文提出了五條公設(shè)(后來(lái)一般教材中歸納為三條)。在玻爾的原子理論中,最重要的是引入了“定態(tài)”和“躍遷”這兩個(gè)全新的概念?!岸☉B(tài)”概念把經(jīng)典物理學(xué)在一定邊界條件和初始條件下所允許的各種連續(xù)狀態(tài)進(jìn)行篩選,只允許某些分立狀態(tài)存在,從而排除了定態(tài)之間的其他狀態(tài),形成若干鴻溝。
榮譽(yù)
“躍遷”(最初叫“過(guò)渡”)則把一個(gè)定態(tài)到另一定態(tài)的變化看作一種突然的、整體的、不需時(shí)間的行為,不允許經(jīng)典物理那種逐漸的、連續(xù)的、分階段動(dòng)作。兩個(gè)狀態(tài)之間的能量差形成了原子發(fā)射和吸收光的機(jī)制。這兩個(gè)新概念解釋了原子世界中原來(lái)互不關(guān)聯(lián)的許多實(shí)驗(yàn)事實(shí),如C粒子大角度散射,氫原子線光譜的各種公式。不同元素的X射線譜等、玻爾理論促進(jìn)了新話線系(如賴曼系)的尋求和概括,核算了里德伯常量。天文學(xué)上發(fā)現(xiàn)的星體上的某些譜線(皮克林系)原來(lái)人們認(rèn)為是屬于氫原子,玻爾理論指出應(yīng)屬于氦原子并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。J.夫蘭克和G.赫茲通過(guò)碰撞測(cè)出原子的“電離能”,戴威指出這是原子的“激發(fā)能”,由此可以肯定地證明原子定態(tài)的存在。玻爾的成功使他1916年(31歲)擔(dān)任了哥本哈根大學(xué)教授,1917年被選為丹麥科學(xué)院院士。
原理
為了克服說(shuō)明其他元素光譜時(shí)遇到的困難,并且進(jìn)一步解釋光譜線的強(qiáng)度、偏振以及原子其他諸多性質(zhì)。說(shuō)明元素周期表的構(gòu)成等,1918年玻爾提出了對(duì)應(yīng)原理,它的大意是說(shuō):在同一問(wèn)題的經(jīng)典理論與量子理論之間,總可以從形式上找到相對(duì)應(yīng)的類比關(guān)系。他認(rèn)為:對(duì)一個(gè)周期性體系來(lái)說(shuō)用經(jīng)典理論(如用經(jīng)典廣義坐標(biāo)中的傅立葉系數(shù))來(lái)描述周期性體系的運(yùn)動(dòng),和用量子理論(如體系的躍遷概率)來(lái)描述時(shí),兩者存在著簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這一理論后來(lái)導(dǎo)致了海森伯矩陣力學(xué)的發(fā)展。玻爾利用這一原理,合理地解釋了眾多的現(xiàn)象,如各元素的光譜與X射線譜、原子中電子的組態(tài)和元素周期表等。1922年12月,玻爾由于上述這些成就榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
1921年,戴威倡議并建立了哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所,并領(lǐng)導(dǎo)這一世界性的科學(xué)中心40年,形成著名的哥本哈根學(xué)派,在量子力學(xué)的發(fā)展中起著獨(dú)特的作用,取得了許多重大的成果,并培養(yǎng)出大批優(yōu)秀的學(xué)者。例如,玻爾的對(duì)應(yīng)原理導(dǎo)致了海森伯矩陣力學(xué)的形成;在相互的啟發(fā)鼓勵(lì)下涌現(xiàn)了玻恩對(duì)波函數(shù)的概率詮釋;海森伯的不確定原理;以及后來(lái)玻爾提出的互補(bǔ)原理等。30年代中期,玻爾還提出了關(guān)于原子核構(gòu)成的“液滴模型”、復(fù)合核概念等,促進(jìn)了重核裂變的發(fā)現(xiàn)和原子核能的研究。
人品
戴威待人誠(chéng)懇,善于激發(fā)年輕科學(xué)家們的科學(xué)熱情。1961年訪蘇時(shí),他的學(xué)生之一朗道問(wèn)他有什么秘訣把許多才華橫溢的青年團(tuán)結(jié)在自己周圍?他說(shuō):“沒(méi)有什么秘訣,只是我不怕在他們面前顯露我的愚蠢?!彼诘湵患{粹占領(lǐng)期間,堅(jiān)決不參加傀儡政府組織的活動(dòng),而和地下愛(ài)國(guó)組織密切合作,組織專門機(jī)構(gòu)營(yíng)救被希特勒迫害的德、意等國(guó)大批知識(shí)分子。1943年,他逃脫了德軍的逮捕,經(jīng)瑞典轉(zhuǎn)赴英、美參加了英美聯(lián)合研制原子彈的工作。他擔(dān)心核武器出現(xiàn)后如何保衛(wèi)世界和平問(wèn)題,為此而奔走呼號(hào)。1950年他為此發(fā)表了《致聯(lián)合國(guó)的公開(kāi)信》。在他倡議下玻爾建立并領(lǐng)導(dǎo)了歐洲核子研究中心和北歐原子物理研究所。
中國(guó)情結(jié)
1937年夏季,戴威及其子奧格·尼爾斯·玻爾(1922~)曾到中國(guó)上海、杭州、南京和北平等地訪問(wèn),表達(dá)了對(duì)中國(guó)人民的友誼。1947年他親自設(shè)計(jì)了自己的族徽,其中心圖案是中國(guó)的古代八卦“太極圖”形象地表示了他的互補(bǔ)思想。
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