1885年10月(yue)7日,玻(bo)爾生于(yu)哥本(ben)哈根,父(fu)親克里斯丁(ding)·玻(bo)爾是哥本(ben)哈根大學的生理(li)學教授,母親出身于(yu)一個富(fu)有的猶太人(ren)家庭(ting),從小受(shou)到良好(hao)的家庭(ting)教育(yu)。玻(bo)爾愛好(hao)足球,曾經和弟(di)弟(di)哈那德·玻(bo)爾共同參(can)加(jia)職業足球比賽(sai)。
1903年,18歲進入哥(ge)本哈(ha)根(gen)大(da)學(xue)(xue)數學(xue)(xue)和(he)自然科學(xue)(xue)系,主修(xiu)物理學(xue)(xue)。
1907年(nian),玻爾以有關水的(de)(de)(de)(de)表面(mian)張力的(de)(de)(de)(de)論(lun)文獲得丹麥皇家科學(xue)(xue)(xue)文學(xue)(xue)(xue)院(yuan)的(de)(de)(de)(de)金(jin)質獎章,并先后(hou)于1909年(nian)和1911年(nian)分別以關于金(jin)屬電(dian)子論(lun)的(de)(de)(de)(de)論(lun)文獲得哥本(ben)哈根大學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)科學(xue)(xue)(xue)碩士和哲學(xue)(xue)(xue)博士學(xue)(xue)(xue)位。隨后(hou)去英國學(xue)(xue)(xue)習,先在劍(jian)橋(qiao)J.J.湯姆孫(sun)主持的(de)(de)(de)(de)卡文迪許實驗(yan)室(shi),幾個月后(hou)轉赴曼(man)徹斯特,參(can)加了(le)曼(man)徹斯特大學(xue)(xue)(xue)以E.盧瑟福為首的(de)(de)(de)(de)科學(xue)(xue)(xue)集(ji)體,從(cong)此和盧瑟福建立了(le)長(chang)期的(de)(de)(de)(de)密切關系(xi)。
1912年,玻(bo)爾考察了金屬中的(de)電子運動,并明確意識到經典理論在闡(chan)明微觀現象方(fang)面的(de)嚴重缺(que)陷,贊賞普(pu)朗(lang)克(ke)和愛因斯坦在電磁(ci)理論方(fang)面引入的(de)量子學(xue)說(shuo)。創(chuang)造性地把普(pu)朗(lang)克(ke)的(de)量子說(shuo)和盧瑟福的(de)原子核概念結合了起(qi)來。
1913年初,玻(bo)爾任曼徹斯特大學(xue)(xue)物理學(xue)(xue)教時(shi),在朋(peng)友的(de)(de)(de)建議下,開始研究(jiu)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)結(jie)構,通(tong)過對(dui)光譜學(xue)(xue)資料的(de)(de)(de)考察,寫出(chu)(chu)了(le)《論原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)構造和分子(zi)(zi)構造》的(de)(de)(de)長篇論著(zhu),提(ti)出(chu)(chu)了(le)量(liang)子(zi)(zi)不連續(xu)性(xing),成功地解釋了(le)氫原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)和類氫原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)結(jie)構和性(xing)質(zhi)。提(ti)出(chu)(chu)了(le)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)結(jie)構的(de)(de)(de)玻(bo)爾模型(xing)。按照這(zhe)一模型(xing)電子(zi)(zi)環(huan)繞原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)核作軌(gui)道(dao)運動,外(wai)(wai)層(ceng)(ceng)軌(gui)道(dao)比(bi)內(nei)層(ceng)(ceng)軌(gui)道(dao)可(ke)以容納更多的(de)(de)(de)電子(zi)(zi);較(jiao)外(wai)(wai)層(ceng)(ceng)軌(gui)道(dao)的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)數決(jue)定(ding)了(le)元素的(de)(de)(de)化學(xue)(xue)性(xing)質(zhi)。如果外(wai)(wai)層(ceng)(ceng)軌(gui)道(dao)的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)落入內(nei)層(ceng)(ceng)軌(gui)道(dao),將釋放出(chu)(chu)一個帶(dai)固定(ding)能量(liang)的(de)(de)(de)光子(zi)(zi)。
1916年任哥本哈根大學物理學教授。
1917年當選(xuan)為丹麥(mai)皇家科學院(yuan)院(yuan)士(shi)。
1920年創建(jian)哥本哈根理論(lun)物(wu)理研究(jiu)所并(bing)任所長,在此后(hou)的四(si)十(shi)年他一直擔(dan)任這一職(zhi)務。
1921年,玻爾發(fa)表(biao)了(le)《各元(yuan)素的(de)原(yuan)子(zi)結(jie)(jie)構及其物(wu)理性質(zhi)(zhi)和(he)化學性質(zhi)(zhi)》的(de)長篇演講,闡述了(le)光譜和(he)原(yuan)子(zi)結(jie)(jie)構理論的(de)新發(fa)展,詮釋了(le)元(yuan)素周(zhou)(zhou)期(qi)表(biao)的(de)形成(cheng),對(dui)周(zhou)(zhou)期(qi)表(biao)中從氫開始的(de)各種(zhong)元(yuan)素的(de)原(yuan)子(zi)結(jie)(jie)構作(zuo)了(le)說明,同時對(dui)周(zhou)(zhou)期(qi)表(biao)上(shang)的(de)第72號元(yuan)素的(de)性質(zhi)(zhi)作(zuo)了(le)預言;
1922年,第72號元(yuan)素鉿的(de)發(fa)現證明了玻(bo)爾(er)的(de)理論(lun)(lun),玻(bo)爾(er)由于對于原子結(jie)構理論(lun)(lun)的(de)貢獻獲(huo)得(de)諾貝爾(er)物理學獎(jiang)。他所在的(de)理論(lun)(lun)物理研究所也在二三十(shi)年代(dai)成為物理學研究的(de)中心。
1923年,玻爾(er)接受(shou)英國(guo)曼徹斯特(te)大學和劍(jian)橋大學名譽博士(shi)學位。
1930年代中(zhong)期,研究發現(xian)了(le)許多中(zhong)子(zi)誘發的(de)核反(fan)應。玻爾(er)提出了(le)原子(zi)核的(de)液滴(di)模型,很好地(di)解釋了(le)重核的(de)裂變。
玻(bo)爾認(ren)識到(dao)(dao)他(ta)的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)并不是(shi)一個完整的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)體系,還(huan)只(zhi)是(shi)經(jing)典理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)和量(liang)(liang)子(zi)理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)混(hun)合。他(ta)的(de)(de)(de)(de)目標是(shi)建(jian)(jian)立(li)一個能夠描述微觀尺度的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)過程(cheng)的(de)(de)(de)(de)基本力(li)學(xue)(xue)。為此,玻(bo)爾提(ti)出(chu)了(le)著名的(de)(de)(de)(de)“互(hu)(hu)補(bu)原理(li)(li)(li)(li)”,即(ji)宏觀與微觀理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun),以(yi)(yi)及不同領域(yu)相似問題(ti)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)對應(ying)關(guan)系。互(hu)(hu)補(bu)原理(li)(li)(li)(li)指(zhi)出(chu)經(jing)典理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)是(shi)量(liang)(liang)子(zi)理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)極限近似,而且(qie)按照(zhao)互(hu)(hu)補(bu)原理(li)(li)(li)(li)指(zhi)出(chu)的(de)(de)(de)(de)方向,可以(yi)(yi)由舊理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)推導出(chu)新理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)。這在后來(lai)量(liang)(liang)子(zi)力(li)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)建(jian)(jian)立(li)發展(zhan)過程(cheng)中得到(dao)(dao)了(le)充分的(de)(de)(de)(de)驗證。玻(bo)爾的(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)生海森(sen)堡在互(hu)(hu)補(bu)原理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)指(zhi)導下,尋(xun)求與經(jing)典力(li)學(xue)(xue)相對應(ying)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)力(li)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)各(ge)種具體對應(ying)關(guan)系和對應(ying)量(liang)(liang),由此建(jian)(jian)立(li)了(le)矩陣力(li)學(xue)(xue)。互(hu)(hu)補(bu)理(li)(li)(li)(li)論(lun)(lun)在狄拉(la)克(ke)、薛(xue)定諤發展(zhan)波動力(li)學(xue)(xue)和量(liang)(liang)子(zi)力(li)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中起到(dao)(dao)了(le)指(zhi)導作用。
在對(dui)于量(liang)子力學的(de)解釋(shi)上(shang),玻(bo)爾(er)(er)等(deng)人(ren)提出了(le)哥(ge)本哈根詮(quan)釋(shi),但遭(zao)到了(le)堅持(chi)決定論的(de)愛因斯坦(tan)及薛定諤等(deng)人(ren)的(de)反(fan)對(dui)。從此玻(bo)爾(er)(er)與(yu)愛因斯坦(tan)開始了(le)玻(bo)爾(er)(er)-愛因斯坦(tan)論戰,最有名(ming)的(de)一次(ci)(ci)爭論發(fa)生在第六次(ci)(ci)索爾(er)(er)維會議上(shang),愛因斯坦(tan)提出了(le)后來知名(ming)為(wei)愛因斯坦(tan)光盒的(de)問題(ti),以求駁(bo)倒(dao)不(bu)(bu)確定性(xing)原(yuan)理。玻(bo)爾(er)(er)當(dang)時(shi)無言(yan)以對(dui),但冥(ming)思一晚(wan)之后發(fa)現巧妙的(de)進行(xing)了(le)反(fan)駁(bo),使(shi)得(de)愛因斯坦(tan)只得(de)承認不(bu)(bu)確定性(xing)原(yuan)理是自洽的(de)。 這一爭論一直持(chi)續至(zhi)愛因斯坦(tan)去世。
1937年(nian)5、6月間(jian),玻(bo)爾曾經(jing)到過中國訪問和講學。期間(jian),玻(bo)爾和束星(xing)北等中國學者有過深度(du)學術(shu)交(jiao)流,玻(bo)爾稱束星(xing)北是(shi)愛因斯坦(tan)一(yi)樣(yang)的(de)大師。束星(xing)北的(de)文章《引(yin)力與電磁(ci)合(he)論》《愛因斯坦(tan)引(yin)力理論的(de)非(fei)靜力場(chang)解》是(shi)相對論早期的(de)重要論述。
1939年(nian),玻爾任(ren)丹麥皇(huang)家(jia)科(ke)學院院長。第二次世(shi)界大戰開始(shi),丹麥被德國法西斯占領。1943年(nian)玻爾為躲避納粹的迫害(hai),逃(tao)往瑞典。
1944年,玻(bo)爾在美國參加了和原子彈有關的理論研究。
1945年,玻(bo)爾回(hui)到丹麥(mai),此(ci)后(hou)致(zhi)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的功績,封他為“騎象勛爵”。
1952年,玻(bo)爾倡議建立歐洲原子核(he)研(yan)究中心(CERN),并(bing)且自任主席。
1955年,玻爾(er)參加(jia)創建北歐(ou)理(li)論原(yuan)(yuan)子(zi)物理(li)學研究(jiu)所,擔任管委(wei)會主任。同年丹麥(mai)成立原(yuan)(yuan)子(zi)能委(wei)員會,玻爾(er)被任命為主席。
1962年(nian)11月18日,玻爾因心臟病突發在丹麥的(de)卡爾斯(si)堡寓所(suo)逝(shi)世,享年(nian)77歲。去(qu)世前一天(tian),他還在工(gong)作室的(de)黑板上畫了(le)當年(nian)愛(ai)因斯(si)坦(tan)那(nei)個光子盒(he)的(de)草圖。
1965年玻爾(er)去(qu)世三(san)周年時,哥本(ben)哈(ha)根大學物理研究所被命名為尼爾(er)斯·玻爾(er)研究所。1997年IUPAC正式通過將(jiang)第107號(hao)元素命名為Bohrium,以紀念玻爾(er)。
其子奧(ao)格·尼爾斯·玻爾也(ye)是物理學(xue)(xue)家,于1975年獲得(de)諾貝爾物理學(xue)(xue)獎。
原子輻射理論
1922年,玻爾因對研(yan)究原子(zi)的(de)結構和(he)原子(zi)的(de)輻射所做得重大貢獻而獲得諾貝(bei)爾物(wu)(wu)理學(xue)獎。為此,整(zheng)個丹(dan)麥(mai)都沉浸在喜(xi)悅之中,舉國上(shang)下都為之慶賀,玻爾成了最(zui)著名的(de)丹(dan)麥(mai)公民。為了支(zhi)持正義與和(he)平,玻爾將(jiang)自己的(de)諾貝(bei)爾金質獎章捐給了芬蘭戰(zhan)爭。后來,人們又為他募集黃金重鑄了一(yi)枚,永遠陳列(lie)在丹(dan)麥(mai)博(bo)物(wu)(wu)館里。
1924年6月,玻爾被(bei)英國劍橋大(da)學和曼徹斯特(te)大(da)學授予科(ke)學博士名(ming)譽學位(wei),劍橋哲學學會接受他為(wei)正式會員,12月又被(bei)選為(wei)俄羅斯科(ke)學院(yuan)的外國通訊院(yuan)士。
1927年(nian)初,海(hai)森(sen)堡、玻(bo)爾(er)(er)(er)、約爾(er)(er)(er)丹、薛定(ding)諤、狄拉克(ke)等(deng)成功地創立了原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)內(nei)部過程(cheng)的(de)(de)全新(xin)理論(lun)量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)(xue),玻(bo)爾(er)(er)(er)對(dui)量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)(xue)的(de)(de)創立起(qi)了巨大的(de)(de)促進作(zuo)用。 1927年(nian)9月,玻(bo)爾(er)(er)(er)首次提出(chu)了"互補(bu)原(yuan)(yuan)理",奠定(ding)了哥本哈根(gen)學(xue)(xue)派對(dui)量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)(xue)解(jie)釋的(de)(de)基礎,并從此開始了與愛因(yin)斯坦持續多年(nian)的(de)(de)關于量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)(xue)意義的(de)(de)論(lun)戰。愛因(yin)斯坦提出(chu)一個(ge)又一個(ge)的(de)(de)想像(xiang)實驗(yan),力(li)求證明新(xin)理論(lun)的(de)(de)矛盾和錯誤,但玻(bo)爾(er)(er)(er)每次都巧妙地反駁了愛因(yin)斯坦的(de)(de)反對(dui)意見(jian)。這場長期(qi)的(de)(de)論(lun)戰從許多方面促進了玻(bo)爾(er)(er)(er)觀點的(de)(de)完善,使他(ta)在以后對(dui)互補(bu)原(yuan)(yuan)理的(de)(de)研究(jiu)中(zhong),不僅運(yun)用到物理學(xue)(xue),而且運(yun)用到其他(ta)學(xue)(xue)科。
1933年,希特勒奪取了(le)(le)(le)政(zheng)權,德國(guo)成了(le)(le)(le)法西斯(si)國(guo)家(jia)(jia),這對于丹(dan)麥來說是(shi)一(yi)個(ge)危險的(de)鄰邦。玻爾不是(shi)一(yi)個(ge)對什么都不關心(xin)的(de)人,他(ta)既(ji)關心(xin)政(zheng)治時(shi)事、國(guo)家(jia)(jia)生(sheng)活,也關心(xin)國(guo)際事件。他(ta)對當時(shi)法西斯(si)政(zheng)權實行的(de)種族迫害和(he)(he)政(zheng)治迫害深感憂愁和(he)(he)憤怒(nu),積(ji)極創立(li)和(he)(he)參加了(le)(le)(le)丹(dan)麥救援移民(min)委(wei)員會,對從德國(guo)逃難到哥本(ben)哈根的(de)科學家(jia)(jia)及(ji)其(qi)他(ta)難民(min),給予了(le)(le)(le)盡力的(de)支持相幫助。
1940年4月,德(de)國(guo)侵占(zhan)了丹(dan)麥,丹(dan)麥政府宣(xuan)布(bu)投降。美國(guo)、英國(guo)等許多國(guo)家的(de)大學(xue)打電(dian)報給玻(bo)爾,邀請玻(bo)爾全家到他(ta)們那里去避難和工作。玻(bo)爾非(fei)常不(bu)安,友好(hao)的(de)關心和對自(zi)己命運的(de)焦慮打動著他(ta)的(de)心。但是(shi),這一切都沒(mei)能動搖他(ta)留(liu)在自(zi)己的(de)崗位(wei)哥本哈根理論物(wu)理研究所的(de)決心。
玻爾(er)(er)相信,這一切(qie)都是暫時(shi)的(de),不久都會(hui)過去。因此,不應該陷入(ru)苦(ku)悶,要(yao)堅持(chi)下(xia)去繼續(xu)工(gong)作,抵抗侵(qin)略者(zhe)(zhe),為(wei)共同的(de)斗爭做出貢獻。在以后的(de)一段時(shi)間里,玻爾(er)(er)日(ri)見消瘦,然而他卻(que)勇敢地(di)和毫不妥協地(di)堅持(chi)著。玻爾(er)(er)不隱瞞(man)自己(ji)的(de)好惡愛憎,拒絕與(yu)侵(qin)略者(zhe)(zhe)合作并不與(yu)支持(chi)侵(qin)略者(zhe)(zhe)的(de)人(ren)來往(wang)。
1943年9月,希特(te)勒政權準備逮捕(bu)玻爾(er)(er)(er)(er),為(wei)了(le)(le)避免遭到迫害(hai),玻爾(er)(er)(er)(er)在反抗運(yun)動參加(jia)者(zhe)的(de)幫助(zhu)下(xia)冒著(zhu)極大(da)(da)的(de)危險逃(tao)(tao)到了(le)(le)瑞典。在瑞典,他(ta)幫助(zhu)安排(pai)了(le)(le)幾(ji)乎所(suo)有的(de)丹麥籍猶太人逃(tao)(tao)出了(le)(le)希特(te)勒毒(du)氣室的(de)虎口。過了(le)(le)不久,林德曼來電(dian)報邀請玻爾(er)(er)(er)(er)到英(ying)(ying)國(guo)(guo)工作(zuo)(zuo)(zuo),玻爾(er)(er)(er)(er)在乘坐一架小(xiao)型飛機飛往英(ying)(ying)國(guo)(guo)的(de)途中幾(ji)乎因缺氧(yang)而喪生。在英(ying)(ying)國(guo)(guo)待了(le)(le)兩個月后,根據美(mei)國(guo)(guo)總統羅斯(si)福(fu)和(he)英(ying)(ying)國(guo)(guo)首相丘吉爾(er)(er)(er)(er)簽署的(de)魁(kui)北克(ke)協議(yi),美(mei)國(guo)(guo)和(he)英(ying)(ying)國(guo)(guo)物(wu)理(li)學家應密(mi)切合作(zuo)(zuo)(zuo)共同工作(zuo)(zuo)(zuo)。于(yu)是(shi)玻爾(er)(er)(er)(er)被(bei)任命(ming)為(wei)英(ying)(ying)國(guo)(guo)的(de)顧問(wen)與查德威(wei)克(ke)等一批英(ying)(ying)國(guo)(guo)原(yuan)子(zi)物(wu)理(li)學家遠涉重洋去了(le)(le)美(mei)國(guo)(guo),參加(jia)了(le)(le)制造(zao)原(yuan)子(zi)彈的(de)曼哈頓計(ji)劃。玻爾(er)(er)(er)(er)由(you)于(yu)擔心德國(guo)(guo)率(lv)先造(zao)出原(yuan)子(zi)彈,給世界造(zao)成(cheng)更大(da)(da)的(de)威(wei)脅,所(suo)以也和(he)愛因斯(si)坦一樣(yang),以科學顧問(wen)的(de)身分積極推動了(le)(le)原(yuan)子(zi)彈的(de)研制工作(zuo)(zuo)(zuo)。
但他堅(jian)決反(fan)(fan)對在對日(ri)戰爭(zheng)中使用(yong)原(yuan)子(zi)(zi)彈,也堅(jian)決反(fan)(fan)對在今后(hou)的(de)(de)(de)戰爭(zheng)中使用(yong)原(yuan)子(zi)(zi)彈,始終堅(jian)持和平利用(yong)原(yuan)子(zi)(zi)能(neng)的(de)(de)(de)觀點(dian)。他積極(ji)與美國和英(ying)國的(de)(de)(de)國務活動家取得聯(lian)系,參加了禁止核實驗,爭(zheng)取和平、民主和各(ge)民族團結的(de)(de)(de)斗爭(zheng)。對于(yu)原(yuan)子(zi)(zi)彈給(gei)日(ri)本造成的(de)(de)(de)巨(ju)大(da)損(sun)失,他感(gan)到(dao)非常內疚,并為此發表了《科(ke)學與文明(ming)》和《文明(ming)的(de)(de)(de)召喚》兩(liang)篇文章(zhang),呼(hu)吁各(ge)國科(ke)學家加強合作,和平利用(yong)原(yuan)子(zi)(zi)能(neng),對那些(xie)可能(neng)威脅世界安(an)全的(de)(de)(de)任(ren)何步驟進行國際(ji)監督,為各(ge)民族今后(hou)無憂無慮地發展(zhan)自(zi)己的(de)(de)(de)科(ke)學文化而斗爭(zheng)。
玻爾原子模型
玻爾(er)于(yu)1913年(nian)在原子結構問題上邁(mai)出(chu)(chu)了革命性(xing)的一(yi)步,提出(chu)(chu)了定(ding)態假(jia)設和頻(pin)率(lv)法則,從(cong)而奠定(ding)了這一(yi)研究方向的基礎。玻爾(er)指出(chu)(chu):
在原子系統的(de)設想的(de)狀(zhuang)態(tai)中存在著所謂的(de)"穩(wen)定(ding)態(tai)"。在這些狀(zhuang)態(tai)中,粒子的(de)運動雖然(ran)在很(hen)大程度上遵守經典力學規律,但這些狀(zhuang)態(tai)穩(wen)定(ding)性不(bu)能(neng)用經典力學來解釋,原子系統的(de)每個(ge)變化只(zhi)能(neng)從一個(ge)穩(wen)定(ding)態(tai)完全躍遷(qian)到另(ling)一個(ge)穩(wen)定(ding)態(tai)。
與(yu)電磁理論相反,穩定原子(zi)不會發生電磁輻射,只有在兩個定態之間躍遷(qian)才會產生電磁輻射。輻射的(de)(de)特性(xing)相當(dang)于以恒定頻(pin)率(lv)(lv)作諧振動的(de)(de)帶電粒(li)子(zi)按經典(dian)規律產生的(de)(de)輻射,但頻(pin)率(lv)(lv)u與(yu)原子(zi)的(de)(de)運(yun)動并不是單一關(guan)系,而(er)是由下面的(de)(de)關(guan)系來決(jue)定 h = E'-E"。這就是玻爾原子(zi)模型(xing)。