1885年10月7日,玻(bo)(bo)爾(er)生于哥本(ben)哈(ha)根,父親克里(li)斯丁·玻(bo)(bo)爾(er)是哥本(ben)哈(ha)根大學(xue)的生理(li)學(xue)教授,母親出(chu)身于一個富有的猶(you)太人(ren)家(jia)庭,從小(xiao)受到良好的家(jia)庭教育。玻(bo)(bo)爾(er)愛好足(zu)球,曾(ceng)經和弟弟哈(ha)那德(de)·玻(bo)(bo)爾(er)共同(tong)參加職業足(zu)球比賽。
1903年,18歲進入哥本哈根大學數學和自然科學系,主修物理學。
1907年,玻爾以有(you)關水的(de)表面張(zhang)力的(de)論(lun)文(wen)獲得丹(dan)麥皇家科學(xue)文(wen)學(xue)院的(de)金質獎章(zhang),并先(xian)后(hou)于1909年和1911年分(fen)別以關于金屬電子論(lun)的(de)論(lun)文(wen)獲得哥本(ben)哈根大學(xue)的(de)科學(xue)碩士和哲學(xue)博士學(xue)位。隨(sui)后(hou)去英國學(xue)習,先(xian)在(zai)劍橋J.J.湯姆孫主持的(de)卡文(wen)迪許實驗室,幾個月后(hou)轉赴(fu)曼(man)徹斯特,參加了(le)曼(man)徹斯特大學(xue)以E.盧(lu)瑟福為首(shou)的(de)科學(xue)集體,從此和盧(lu)瑟福建立了(le)長期的(de)密切關系。
1912年,玻爾(er)考(kao)察了金屬(shu)中的電(dian)子運動,并明確(que)意(yi)識到(dao)經典理(li)論(lun)在(zai)闡(chan)明微觀現象方面的嚴重缺陷,贊(zan)賞普朗(lang)克(ke)和(he)愛因斯坦(tan)在(zai)電(dian)磁理(li)論(lun)方面引入的量子學說。創(chuang)造性地把普朗(lang)克(ke)的量子說和(he)盧瑟福的原子核概念結合了起來(lai)。
1913年初(chu),玻(bo)爾(er)任曼徹斯特大(da)學(xue)物理學(xue)教時,在朋友的(de)(de)(de)(de)建(jian)議下,開始研究原(yuan)子(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou),通過(guo)對光(guang)譜學(xue)資料(liao)的(de)(de)(de)(de)考察,寫出了(le)《論(lun)原(yuan)子(zi)(zi)構(gou)(gou)造和(he)分子(zi)(zi)構(gou)(gou)造》的(de)(de)(de)(de)長(chang)篇論(lun)著(zhu),提(ti)出了(le)量子(zi)(zi)不連續(xu)性,成功地解釋了(le)氫原(yuan)子(zi)(zi)和(he)類(lei)氫原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)和(he)性質。提(ti)出了(le)原(yuan)子(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)玻(bo)爾(er)模(mo)型(xing)。按照(zhao)這一模(mo)型(xing)電(dian)(dian)子(zi)(zi)環(huan)繞原(yuan)子(zi)(zi)核作(zuo)軌(gui)(gui)道(dao)運動,外(wai)(wai)層(ceng)軌(gui)(gui)道(dao)比(bi)內(nei)層(ceng)軌(gui)(gui)道(dao)可以容納(na)更多的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi);較外(wai)(wai)層(ceng)軌(gui)(gui)道(dao)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)數(shu)決(jue)定(ding)了(le)元素的(de)(de)(de)(de)化學(xue)性質。如果外(wai)(wai)層(ceng)軌(gui)(gui)道(dao)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)落入內(nei)層(ceng)軌(gui)(gui)道(dao),將釋放(fang)出一個帶固定(ding)能(neng)量的(de)(de)(de)(de)光(guang)子(zi)(zi)。
1916年任哥本哈根大(da)學物理學教(jiao)授。
1917年當選為丹麥皇家科學院院士。
1920年(nian)創(chuang)建(jian)哥(ge)本(ben)哈根(gen)理(li)論物(wu)理(li)研究所并(bing)任(ren)所長,在此后的四十年(nian)他一直擔任(ren)這一職務。
1921年(nian),玻爾(er)發(fa)表(biao)了(le)《各(ge)元(yuan)素(su)的(de)(de)原子(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou)及(ji)其物理(li)性(xing)質和(he)化學性(xing)質》的(de)(de)長篇(pian)演講,闡述了(le)光譜和(he)原子(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou)理(li)論的(de)(de)新(xin)發(fa)展(zhan),詮釋了(le)元(yuan)素(su)周期表(biao)的(de)(de)形成,對周期表(biao)中從氫開(kai)始(shi)的(de)(de)各(ge)種元(yuan)素(su)的(de)(de)原子(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou)作了(le)說明(ming),同(tong)時對周期表(biao)上的(de)(de)第72號元(yuan)素(su)的(de)(de)性(xing)質作了(le)預言;
1922年,第(di)72號元素鉿的發現證明了(le)玻爾的理論,玻爾由于對(dui)于原子結構(gou)理論的貢獻獲(huo)得諾貝爾物理學獎。他(ta)所(suo)在的理論物理研(yan)究(jiu)所(suo)也在二三十年代成為物理學研(yan)究(jiu)的中(zhong)心。
1923年,玻爾接受英國曼徹斯(si)特大學(xue)和劍橋大學(xue)名譽博士(shi)學(xue)位。
1930年(nian)代中期,研究發現了許多中子誘(you)發的(de)核(he)反(fan)應。玻爾提出了原子核(he)的(de)液滴模型,很好地解釋了重核(he)的(de)裂(lie)變。
玻爾認識到(dao)他(ta)的(de)(de)(de)理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)并不(bu)是一(yi)(yi)個完整(zheng)的(de)(de)(de)理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)體(ti)系,還(huan)只是經典理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)和量(liang)子(zi)理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)的(de)(de)(de)混合。他(ta)的(de)(de)(de)目標(biao)是建立(li)(li)一(yi)(yi)個能夠描述微觀尺度的(de)(de)(de)量(liang)子(zi)過程的(de)(de)(de)基(ji)本力學(xue)(xue)(xue)(xue)。為此,玻爾提出(chu)了著名的(de)(de)(de)“互(hu)補(bu)原理(li)(li)(li)(li)(li)”,即宏觀與微觀理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun),以及不(bu)同領域相似(si)問題之間的(de)(de)(de)對(dui)應(ying)關系。互(hu)補(bu)原理(li)(li)(li)(li)(li)指(zhi)(zhi)出(chu)經典理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)是量(liang)子(zi)理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)的(de)(de)(de)極(ji)限近似(si),而且按照互(hu)補(bu)原理(li)(li)(li)(li)(li)指(zhi)(zhi)出(chu)的(de)(de)(de)方向,可以由(you)舊理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)推導(dao)出(chu)新(xin)理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)。這(zhe)在(zai)后來量(liang)子(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)建立(li)(li)發展(zhan)過程中得到(dao)了充分的(de)(de)(de)驗證。玻爾的(de)(de)(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)生海森(sen)堡在(zai)互(hu)補(bu)原理(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)導(dao)下,尋求與經典力學(xue)(xue)(xue)(xue)相對(dui)應(ying)的(de)(de)(de)量(liang)子(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)各種具(ju)體(ti)對(dui)應(ying)關系和對(dui)應(ying)量(liang),由(you)此建立(li)(li)了矩(ju)陣(zhen)力學(xue)(xue)(xue)(xue)。互(hu)補(bu)理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)在(zai)狄拉克、薛定諤發展(zhan)波(bo)動力學(xue)(xue)(xue)(xue)和量(liang)子(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)過程中起到(dao)了指(zhi)(zhi)導(dao)作(zuo)用。
在(zai)對(dui)于量子力學的解釋上,玻(bo)爾等(deng)人(ren)提出了(le)(le)哥本哈根詮釋,但遭(zao)到了(le)(le)堅持(chi)決定(ding)(ding)論的愛(ai)(ai)(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)(tan)及(ji)薛定(ding)(ding)諤等(deng)人(ren)的反對(dui)。從(cong)此玻(bo)爾與愛(ai)(ai)(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)(tan)開始了(le)(le)玻(bo)爾-愛(ai)(ai)(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)(tan)論戰,最有(you)名的一(yi)次(ci)爭(zheng)論發生在(zai)第六次(ci)索爾維會議上,愛(ai)(ai)(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)(tan)提出了(le)(le)后來(lai)知名為愛(ai)(ai)(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)(tan)光盒的問題,以求(qiu)駁(bo)倒不確(que)定(ding)(ding)性(xing)原理。玻(bo)爾當時無言以對(dui),但冥思(si)一(yi)晚之后發現巧妙的進行了(le)(le)反駁(bo),使得(de)愛(ai)(ai)(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)(tan)只得(de)承認不確(que)定(ding)(ding)性(xing)原理是自(zi)洽的。 這(zhe)一(yi)爭(zheng)論一(yi)直持(chi)續至愛(ai)(ai)(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)(tan)去世。
1937年5、6月間,玻(bo)爾(er)曾經到過中國(guo)訪問和(he)(he)講(jiang)學(xue)。期間,玻(bo)爾(er)和(he)(he)束星北等中國(guo)學(xue)者有過深度學(xue)術交流,玻(bo)爾(er)稱束星北是愛(ai)因斯坦(tan)一樣的大師。束星北的文章《引(yin)力(li)與電磁合論(lun)》《愛(ai)因斯坦(tan)引(yin)力(li)理論(lun)的非靜力(li)場解(jie)》是相對論(lun)早期的重要論(lun)述(shu)。
1939年(nian),玻爾任丹麥(mai)皇家科學院院長(chang)。第二次世界(jie)大戰(zhan)開(kai)始,丹麥(mai)被德國法西(xi)斯占領。1943年(nian)玻爾為躲(duo)避(bi)納粹的迫害(hai),逃往瑞典。
1944年,玻爾在美國參(can)加了(le)和原(yuan)子彈有關的(de)理論研究。
1945年,玻爾(er)回到丹麥,此后致力于推動原子能的和(he)平利用。
1947年,丹麥政府為了表彰玻爾(er)的功(gong)績,封他為“騎(qi)象勛爵”。
1952年,玻爾倡(chang)議建(jian)立歐洲(zhou)原子核研究中心(CERN),并且自任主席。
1955年,玻(bo)爾(er)參加創建北歐理(li)論原子物理(li)學(xue)研究所,擔任(ren)管委會主(zhu)任(ren)。同年丹麥成立原子能委員(yuan)會,玻(bo)爾(er)被(bei)任(ren)命為主(zhu)席。
1962年(nian)(nian)11月18日,玻爾因心(xin)臟(zang)病(bing)突(tu)發在丹麥的(de)卡爾斯堡寓所逝世,享年(nian)(nian)77歲(sui)。去世前一天,他(ta)還(huan)在工作(zuo)室的(de)黑板上畫了當年(nian)(nian)愛因斯坦那個光子盒的(de)草(cao)圖。
1965年玻爾去世三周年時,哥本哈根大學物理(li)研(yan)究所被命名為尼爾斯·玻爾研(yan)究所。1997年IUPAC正式(shi)通過將第107號元素命名為Bohrium,以紀念玻爾。
其子(zi)奧格·尼爾斯(si)·玻爾也是物(wu)理學家,于1975年獲得諾貝爾物(wu)理學獎。
原子輻射理論
1922年,玻(bo)爾(er)(er)因(yin)對研究原(yuan)子的(de)(de)結構和(he)原(yuan)子的(de)(de)輻射所做得(de)重大貢(gong)獻(xian)而獲得(de)諾貝爾(er)(er)物理學獎。為(wei)此,整個丹(dan)麥(mai)都(dou)沉浸(jin)在(zai)喜悅之中(zhong),舉國上下(xia)都(dou)為(wei)之慶賀,玻(bo)爾(er)(er)成了(le)最著名的(de)(de)丹(dan)麥(mai)公(gong)民。為(wei)了(le)支持正(zheng)義與和(he)平(ping),玻(bo)爾(er)(er)將自(zi)己的(de)(de)諾貝爾(er)(er)金質獎章捐給了(le)芬蘭戰爭(zheng)。后來,人(ren)們(men)又(you)為(wei)他募集黃金重鑄了(le)一枚,永遠陳列(lie)在(zai)丹(dan)麥(mai)博物館里。
1924年6月(yue)(yue),玻爾被英國劍(jian)橋大學(xue)和(he)曼(man)徹斯(si)特大學(xue)授予科(ke)學(xue)博士(shi)名譽學(xue)位,劍(jian)橋哲學(xue)學(xue)會接(jie)受他為(wei)正式會員,12月(yue)(yue)又被選(xuan)為(wei)俄羅斯(si)科(ke)學(xue)院的外國通訊院士(shi)。
1927年(nian)初(chu),海森堡(bao)、玻(bo)爾(er)(er)、約(yue)爾(er)(er)丹、薛定諤、狄拉克等成功地(di)創(chuang)立了(le)原(yuan)子內部過(guo)程的(de)(de)全(quan)新理(li)(li)論(lun)(lun)量子力學(xue)(xue)(xue),玻(bo)爾(er)(er)對量子力學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)創(chuang)立起了(le)巨大的(de)(de)促(cu)進作用(yong)。 1927年(nian)9月,玻(bo)爾(er)(er)首次提(ti)出了(le)"互補原(yuan)理(li)(li)",奠(dian)定了(le)哥本哈根學(xue)(xue)(xue)派對量子力學(xue)(xue)(xue)解釋(shi)的(de)(de)基礎,并從此開始了(le)與愛因斯坦(tan)持(chi)續多年(nian)的(de)(de)關于量子力學(xue)(xue)(xue)意(yi)義的(de)(de)論(lun)(lun)戰(zhan)。愛因斯坦(tan)提(ti)出一(yi)個(ge)又一(yi)個(ge)的(de)(de)想像(xiang)實驗,力求證明(ming)新理(li)(li)論(lun)(lun)的(de)(de)矛盾(dun)和(he)錯誤,但(dan)玻(bo)爾(er)(er)每(mei)次都巧(qiao)妙地(di)反駁了(le)愛因斯坦(tan)的(de)(de)反對意(yi)見。這場長期(qi)的(de)(de)論(lun)(lun)戰(zhan)從許多方面促(cu)進了(le)玻(bo)爾(er)(er)觀點的(de)(de)完善,使他在(zai)以后對互補原(yuan)理(li)(li)的(de)(de)研究中,不僅運用(yong)到物理(li)(li)學(xue)(xue)(xue),而且運用(yong)到其(qi)他學(xue)(xue)(xue)科。
1933年,希(xi)特勒奪取了政權,德國(guo)成了法西(xi)斯國(guo)家,這對于(yu)丹(dan)麥來說是一(yi)個危險(xian)的(de)(de)鄰(lin)邦(bang)。玻爾不是一(yi)個對什么都不關心的(de)(de)人,他既關心政治時事、國(guo)家生活,也(ye)關心國(guo)際(ji)事件。他對當時法西(xi)斯政權實行的(de)(de)種族迫(po)害和政治迫(po)害深感憂(you)愁和憤怒,積極(ji)創立(li)和參加了丹(dan)麥救援(yuan)移民委員會,對從(cong)德國(guo)逃難(nan)到(dao)哥本哈根的(de)(de)科學家及其他難(nan)民,給予了盡力(li)的(de)(de)支持(chi)相幫助。
1940年4月,德國(guo)侵占了丹麥,丹麥政府宣布投降(jiang)。美國(guo)、英國(guo)等許多國(guo)家的(de)(de)(de)大學打(da)電報給玻爾,邀請玻爾全家到他(ta)們(men)那里去避難(nan)和工作。玻爾非常不安,友(you)好(hao)的(de)(de)(de)關心和對自己(ji)命運的(de)(de)(de)焦慮打(da)動著他(ta)的(de)(de)(de)心。但是,這(zhe)一切(qie)都沒能動搖他(ta)留在(zai)自己(ji)的(de)(de)(de)崗位哥本哈根理論物(wu)理研究所的(de)(de)(de)決心。
玻爾(er)相信,這一(yi)切都(dou)(dou)是暫(zan)時的(de),不(bu)久都(dou)(dou)會過去。因此,不(bu)應(ying)該陷入(ru)苦(ku)悶,要(yao)堅持(chi)下去繼續工作(zuo),抵抗侵(qin)略者,為共同(tong)的(de)斗爭做出貢(gong)獻。在(zai)以后的(de)一(yi)段時間(jian)里,玻爾(er)日見消瘦(shou),然而(er)他卻勇敢地和毫(hao)不(bu)妥協地堅持(chi)著。玻爾(er)不(bu)隱瞞自己的(de)好惡愛(ai)憎,拒絕與侵(qin)略者合作(zuo)并不(bu)與支持(chi)侵(qin)略者的(de)人來往。
1943年9月(yue),希特勒政權(quan)準備逮捕玻爾(er),為(wei)了(le)避免遭到(dao)迫害,玻爾(er)在反(fan)抗運動參(can)加者的(de)(de)幫(bang)助下冒(mao)著極大(da)的(de)(de)危險逃到(dao)了(le)瑞(rui)典。在瑞(rui)典,他幫(bang)助安排了(le)幾乎所有的(de)(de)丹麥籍猶太人逃出(chu)了(le)希特勒毒氣室的(de)(de)虎口。過了(le)不久,林德(de)曼來電報(bao)邀(yao)請玻爾(er)到(dao)英(ying)國(guo)(guo)(guo)(guo)工作,玻爾(er)在乘坐一(yi)架小型飛(fei)(fei)機飛(fei)(fei)往英(ying)國(guo)(guo)(guo)(guo)的(de)(de)途中幾乎因(yin)缺氧(yang)而喪生。在英(ying)國(guo)(guo)(guo)(guo)待(dai)了(le)兩個(ge)月(yue)后,根據(ju)美國(guo)(guo)(guo)(guo)總統羅(luo)斯福和(he)英(ying)國(guo)(guo)(guo)(guo)首相丘吉爾(er)簽署的(de)(de)魁北(bei)克協議,美國(guo)(guo)(guo)(guo)和(he)英(ying)國(guo)(guo)(guo)(guo)物理(li)學家應密切合(he)作共同(tong)工作。于是玻爾(er)被任命為(wei)英(ying)國(guo)(guo)(guo)(guo)的(de)(de)顧(gu)問(wen)與查(cha)德(de)威(wei)克等一(yi)批英(ying)國(guo)(guo)(guo)(guo)原子物理(li)學家遠涉重洋去了(le)美國(guo)(guo)(guo)(guo),參(can)加了(le)制(zhi)造原子彈(dan)的(de)(de)曼哈(ha)頓計劃。玻爾(er)由于擔(dan)心德(de)國(guo)(guo)(guo)(guo)率先造出(chu)原子彈(dan),給世界造成(cheng)更大(da)的(de)(de)威(wei)脅,所以也和(he)愛(ai)因(yin)斯坦一(yi)樣,以科(ke)學顧(gu)問(wen)的(de)(de)身分(fen)積極推動了(le)原子彈(dan)的(de)(de)研(yan)制(zhi)工作。
但(dan)他堅決反(fan)對在(zai)對日戰爭(zheng)中使(shi)用(yong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子彈,也堅決反(fan)對在(zai)今后(hou)的(de)戰爭(zheng)中使(shi)用(yong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子彈,始終堅持和平利用(yong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子能(neng)的(de)觀點(dian)。他積極與美國(guo)和英國(guo)的(de)國(guo)務活動家取得聯系,參加了禁止核(he)實(shi)驗,爭(zheng)取和平、民(min)(min)主和各民(min)(min)族團結(jie)的(de)斗(dou)(dou)爭(zheng)。對于原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子彈給(gei)日本造成的(de)巨大(da)損失,他感(gan)到非常內疚(jiu),并為(wei)此(ci)發表了《科(ke)學與文(wen)明》和《文(wen)明的(de)召喚》兩篇文(wen)章,呼吁(yu)各國(guo)科(ke)學家加強(qiang)合作,和平利用(yong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子能(neng),對那些(xie)可能(neng)威脅世界安(an)全的(de)任何步驟進(jin)行(xing)國(guo)際監督,為(wei)各民(min)(min)族今后(hou)無(wu)憂(you)無(wu)慮地(di)發展自己(ji)的(de)科(ke)學文(wen)化而(er)斗(dou)(dou)爭(zheng)。
玻爾原子模型
玻爾(er)于1913年在原子結構問題(ti)上邁出了革命性的(de)一(yi)步(bu),提(ti)出了定(ding)態假設和頻率(lv)法則,從而(er)奠定(ding)了這一(yi)研究(jiu)方向(xiang)的(de)基礎。玻爾(er)指出:
在(zai)(zai)原子(zi)(zi)(zi)系(xi)(xi)統的(de)(de)設想的(de)(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)中存(cun)在(zai)(zai)著所謂的(de)(de)"穩定(ding)態(tai)(tai)"。在(zai)(zai)這些狀(zhuang)態(tai)(tai)中,粒子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)運(yun)動雖然在(zai)(zai)很(hen)大程(cheng)度上遵守經(jing)典(dian)力(li)學(xue)規律,但這些狀(zhuang)態(tai)(tai)穩定(ding)性不能用(yong)經(jing)典(dian)力(li)學(xue)來(lai)解(jie)釋,原子(zi)(zi)(zi)系(xi)(xi)統的(de)(de)每個變化只能從一(yi)個穩定(ding)態(tai)(tai)完全躍(yue)遷到另(ling)一(yi)個穩定(ding)態(tai)(tai)。
與(yu)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)理論相(xiang)反,穩定原子(zi)(zi)不(bu)會(hui)發生(sheng)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)輻射(she),只有在兩個定態(tai)之間躍遷才(cai)會(hui)產生(sheng)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)輻射(she)。輻射(she)的特性相(xiang)當(dang)于以恒定頻(pin)率作諧振動的帶電(dian)(dian)粒子(zi)(zi)按經典規(gui)律產生(sheng)的輻射(she),但頻(pin)率u與(yu)原子(zi)(zi)的運動并不(bu)是單一關系,而是由下面(mian)的關系來決定 h = E'-E"。這就是玻爾原子(zi)(zi)模型(xing)。