现代量子理论是什么时候创立的?
第二次世界大战期间,德国法西斯占领丹麦后,这个国家的一位著名物理学家很快被捏在手中。这引起了美国总统罗斯福和英国首相丘吉尔的极大焦虑和不安。罗斯福命令间谍机构不惜一切代价把这位物理学家从德国人身边带走。丘吉尔亲自部署秘密行动寻找这位物理学家。1943,10年6月的一个晚上,一架没有标志的蚊子式双引擎飞机把这位物理学家带到了英格兰北部爱丁堡附近的一个空荡荡的机场。他就是世界著名的理论物理学家,现代量子物理的奠基人之一——玻尔。他将经典力学与量子理论相结合,描述了电子的轨道运动,引发了原子理论的革命,并因此获得了1922诺贝尔物理学奖。
玻尔于1885 10年10月7日出生于丹麦哥本哈根一个富裕的知识分子家庭。这个家庭为他提供了文化和教育的所有优势。波尔年轻时很聪明,爱好广泛。玻尔的父亲在他还在上小学的时候就激起了他对物理的兴趣。上中学的时候,玻尔就开始在学习成绩上超越同学。
1903年,玻尔成功进入哥本哈根大学。在大学期间,他得到了具有独特见解和深厚造诣的物理学家克里斯蒂安森(christiansen)的指导。1905年,玻尔参加了丹麦科学院组织的物理竞赛,获得了丹麦科学院颁发的金奖。
1911年,波尔毕业于哥本哈根大学。这一年,他发表了金属电子理论的博士论文,揭示了当时金属电子理论遇到的困难,弥补了过去电动力学经典原理的缺陷。这时,他已经开始在科学界显示出他的优势。
1912年春天,玻尔来到曼彻斯特,进入物理学家卢瑟福的实验室。在卢瑟福的支持和帮助下,玻尔致力于原子理论的研究。当时卢瑟福提出了原子的核结构模型,可以解释。粒子在穿过物质时偶尔会发生很大的偏转,但这个模型有很多缺陷。玻尔大胆假设电子的轨道动量是量子化的,量子从一个量子轨道跳到另一个量子轨道时会发生辐射。经过大量的实验和严谨的推导,他终于证实了这个假设。
1913年,他在原子研究方面取得了巨大的成就。他以“原子和分子的结构”为题发表了三篇论文。在这篇论文中,他提出了两个著名的假说,即稳态假说和频率定律,奠定了这一领域的研究基础。玻尔的论文解释了25年来一直没有解释的氢原子光谱定律,进一步证明了通过光谱观测研究最重要的电常数是可能的。玻尔的理论也令人满意地解释了元素的周期性,他将化学从定性科学转变为定量科学,使原本互不相关的物理和化学统一在同一基础上。
1916下午,玻尔在哥本哈根大学成立了理论物理研究所。1918年,玻尔提出了量子论和经典论的对应原理。1922年,他领导的研究所发现了元素周期表上的第七十二号元素——铪。同年,玻尔获得了诺贝尔物理学奖。两年后,他和另外两位科学家发表了一篇关于量子辐射的论文。
1927年,德国物理学家海森堡发现了著名的测不准关系。这引起了玻尔的极大兴趣。他全力以赴地仔细研究了不确定关系的全部含义,并提出了这种关系的互补性。这种新的逻辑关系解决了将作用量子纳入物理学概念框架的问题。玻尔的发现开创了科学领域的新局面。接着,玻尔继续进攻,解决了将量子力学的数学方法推广到电动力学的问题。
随着20世纪30年代中期科学的发展,核物理成为热门话题。1936年,玻尔提出了核反应的“液滴模型”。1938-1939年,玻尔赴美与爱因斯坦合作,完成了解释原子核裂变现象和裂变碎片放射性的实验。很快,他提出了铀的复杂现象,指出只有这种质量数为235的稀有同位素才能被慢中子引起裂变;而一个质量数为238的半度同位素则不能。这种差异仅仅是由于两种同位素中包含的中子数不同。这一发现直接提出了解释释放巨大核能的连锁反应的可能性。