1885年(nian)10月7日,玻(bo)爾(er)生于(yu)哥本(ben)哈(ha)根,父親(qin)克里(li)斯丁·玻(bo)爾(er)是哥本(ben)哈(ha)根大學的(de)生理學教授(shou),母親(qin)出身(shen)于(yu)一個(ge)富有(you)的(de)猶太人家庭(ting),從(cong)小受到良好的(de)家庭(ting)教育(yu)。玻(bo)爾(er)愛好足球,曾(ceng)經和弟弟哈(ha)那德·玻(bo)爾(er)共同參加職(zhi)業足球比賽。
1903年,18歲進入哥本哈根大學數學和自然科學系,主(zhu)修物(wu)理學。
1907年(nian),玻爾(er)以有關(guan)水的(de)(de)表面張力的(de)(de)論(lun)文(wen)獲(huo)得(de)丹(dan)麥皇家科學(xue)文(wen)學(xue)院的(de)(de)金(jin)質獎章,并先后于(yu)1909年(nian)和(he)(he)1911年(nian)分別以關(guan)于(yu)金(jin)屬(shu)電子(zi)論(lun)的(de)(de)論(lun)文(wen)獲(huo)得(de)哥本哈(ha)根大學(xue)的(de)(de)科學(xue)碩士和(he)(he)哲學(xue)博士學(xue)位。隨后去英國學(xue)習,先在(zai)劍橋J.J.湯姆(mu)孫主持(chi)的(de)(de)卡文(wen)迪許實驗室,幾(ji)個月后轉赴曼(man)(man)徹斯(si)特,參加(jia)了曼(man)(man)徹斯(si)特大學(xue)以E.盧瑟福為首的(de)(de)科學(xue)集(ji)體,從此和(he)(he)盧瑟福建立了長期的(de)(de)密切關(guan)系。
1912年,玻爾(er)考察了金(jin)屬中的(de)電(dian)子(zi)(zi)運(yun)動(dong),并(bing)明確意識到經(jing)典理論在闡明微(wei)觀現象方面的(de)嚴重缺陷(xian),贊賞普(pu)朗(lang)克(ke)和(he)愛因斯(si)坦在電(dian)磁理論方面引入的(de)量子(zi)(zi)學說(shuo)。創(chuang)造性地把普(pu)朗(lang)克(ke)的(de)量子(zi)(zi)說(shuo)和(he)盧(lu)瑟福的(de)原子(zi)(zi)核概念結(jie)合(he)了起來。
1913年初,玻爾任曼(man)徹斯特大學(xue)(xue)物理(li)學(xue)(xue)教(jiao)時,在朋友的(de)(de)(de)建議下,開始(shi)研究原(yuan)子(zi)(zi)結構,通(tong)過對光譜(pu)學(xue)(xue)資料的(de)(de)(de)考察,寫出了(le)(le)《論原(yuan)子(zi)(zi)構造(zao)和(he)(he)分子(zi)(zi)構造(zao)》的(de)(de)(de)長篇論著,提出了(le)(le)量子(zi)(zi)不(bu)連續性,成(cheng)功地解釋(shi)了(le)(le)氫原(yuan)子(zi)(zi)和(he)(he)類氫原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)結構和(he)(he)性質。提出了(le)(le)原(yuan)子(zi)(zi)結構的(de)(de)(de)玻爾模型。按照這一模型電子(zi)(zi)環繞(rao)原(yuan)子(zi)(zi)核作軌(gui)道(dao)運動(dong),外(wai)層(ceng)軌(gui)道(dao)比(bi)內層(ceng)軌(gui)道(dao)可以容納(na)更多的(de)(de)(de)電子(zi)(zi);較外(wai)層(ceng)軌(gui)道(dao)的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)數(shu)決定了(le)(le)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)化學(xue)(xue)性質。如果外(wai)層(ceng)軌(gui)道(dao)的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)落入內層(ceng)軌(gui)道(dao),將釋(shi)放出一個帶固定能量的(de)(de)(de)光子(zi)(zi)。
1916年任哥本哈根(gen)大(da)學物(wu)理學教授。
1917年當選為丹麥皇家科學(xue)院院士。
1920年創建哥本哈根(gen)理論物理研(yan)究所(suo)并任所(suo)長,在(zai)此后(hou)的(de)四十(shi)年他一(yi)直擔任這一(yi)職務。
1921年,玻爾發表(biao)(biao)了(le)《各元素(su)(su)(su)的(de)(de)原(yuan)子結(jie)(jie)構(gou)及其物理性質(zhi)和化學性質(zhi)》的(de)(de)長篇演講,闡述了(le)光(guang)譜和原(yuan)子結(jie)(jie)構(gou)理論的(de)(de)新發展(zhan),詮釋了(le)元素(su)(su)(su)周期表(biao)(biao)的(de)(de)形成(cheng),對(dui)(dui)周期表(biao)(biao)中從氫開始的(de)(de)各種元素(su)(su)(su)的(de)(de)原(yuan)子結(jie)(jie)構(gou)作(zuo)了(le)說明,同(tong)時(shi)對(dui)(dui)周期表(biao)(biao)上的(de)(de)第72號元素(su)(su)(su)的(de)(de)性質(zhi)作(zuo)了(le)預(yu)言;
1922年(nian),第(di)72號元素鉿(jia)的發現證明了玻爾(er)(er)的理論,玻爾(er)(er)由于對于原子結構理論的貢獻獲得諾貝爾(er)(er)物理學獎。他所在(zai)的理論物理研(yan)究(jiu)所也在(zai)二(er)三十年(nian)代(dai)成(cheng)為物理學研(yan)究(jiu)的中心。
1923年,玻爾接受(shou)英(ying)國曼徹(che)斯特大學(xue)和劍橋大學(xue)名譽博士學(xue)位。
1930年代中(zhong)(zhong)期,研(yan)究(jiu)發現了(le)(le)許多中(zhong)(zhong)子(zi)誘發的(de)核(he)(he)反應。玻爾提(ti)出了(le)(le)原(yuan)子(zi)核(he)(he)的(de)液滴模型,很(hen)好地解釋了(le)(le)重核(he)(he)的(de)裂變。
玻爾認識(shi)到(dao)(dao)他的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)(li)論(lun)并不是(shi)一個(ge)完(wan)整的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)(li)論(lun)體系(xi)(xi),還(huan)只是(shi)經(jing)典(dian)理(li)(li)(li)論(lun)和(he)量(liang)子(zi)理(li)(li)(li)論(lun)的(de)(de)(de)(de)混(hun)合。他的(de)(de)(de)(de)目標是(shi)建(jian)立(li)一個(ge)能(neng)夠描(miao)述(shu)微(wei)觀(guan)尺(chi)度的(de)(de)(de)(de)量(liang)子(zi)過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)基本(ben)力(li)(li)學。為(wei)此,玻爾提出(chu)(chu)了著名的(de)(de)(de)(de)“互補(bu)原(yuan)(yuan)(yuan)理(li)(li)(li)”,即宏觀(guan)與微(wei)觀(guan)理(li)(li)(li)論(lun),以及不同領域相(xiang)似(si)問題(ti)之間的(de)(de)(de)(de)對應(ying)關(guan)系(xi)(xi)。互補(bu)原(yuan)(yuan)(yuan)理(li)(li)(li)指(zhi)(zhi)出(chu)(chu)經(jing)典(dian)理(li)(li)(li)論(lun)是(shi)量(liang)子(zi)理(li)(li)(li)論(lun)的(de)(de)(de)(de)極限近似(si),而且按照(zhao)互補(bu)原(yuan)(yuan)(yuan)理(li)(li)(li)指(zhi)(zhi)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)方向,可以由舊理(li)(li)(li)論(lun)推導出(chu)(chu)新理(li)(li)(li)論(lun)。這在后來(lai)量(liang)子(zi)力(li)(li)學的(de)(de)(de)(de)建(jian)立(li)發(fa)展(zhan)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)得到(dao)(dao)了充分的(de)(de)(de)(de)驗證。玻爾的(de)(de)(de)(de)學生海森堡在互補(bu)原(yuan)(yuan)(yuan)理(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)導下,尋求與經(jing)典(dian)力(li)(li)學相(xiang)對應(ying)的(de)(de)(de)(de)量(liang)子(zi)力(li)(li)學的(de)(de)(de)(de)各(ge)種(zhong)具體對應(ying)關(guan)系(xi)(xi)和(he)對應(ying)量(liang),由此建(jian)立(li)了矩陣力(li)(li)學。互補(bu)理(li)(li)(li)論(lun)在狄拉克、薛定諤(e)發(fa)展(zhan)波動力(li)(li)學和(he)量(liang)子(zi)力(li)(li)學的(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)起到(dao)(dao)了指(zhi)(zhi)導作用。
在(zai)對(dui)于量子(zi)力(li)學(xue)的(de)(de)解釋上,玻(bo)爾(er)等人提(ti)出了哥(ge)本(ben)哈根詮釋,但遭到了堅持決定(ding)論的(de)(de)愛(ai)因(yin)斯坦(tan)及(ji)薛定(ding)諤等人的(de)(de)反對(dui)。從此玻(bo)爾(er)與(yu)愛(ai)因(yin)斯坦(tan)開始了玻(bo)爾(er)-愛(ai)因(yin)斯坦(tan)論戰,最有(you)名的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)次爭論發(fa)生在(zai)第(di)六次索爾(er)維會議上,愛(ai)因(yin)斯坦(tan)提(ti)出了后來知(zhi)名為(wei)愛(ai)因(yin)斯坦(tan)光盒的(de)(de)問(wen)題,以求駁倒(dao)不確(que)定(ding)性原理(li)。玻(bo)爾(er)當時無言以對(dui),但冥思(si)一(yi)(yi)(yi)晚之(zhi)后發(fa)現巧妙(miao)的(de)(de)進(jin)行了反駁,使得愛(ai)因(yin)斯坦(tan)只得承(cheng)認不確(que)定(ding)性原理(li)是(shi)自洽的(de)(de)。 這一(yi)(yi)(yi)爭論一(yi)(yi)(yi)直持續至愛(ai)因(yin)斯坦(tan)去世。
1937年5、6月間,玻爾(er)曾經到過中國訪問和講學。期間,玻爾(er)和束(shu)星(xing)北(bei)等(deng)中國學者(zhe)有(you)過深度學術(shu)交流,玻爾(er)稱束(shu)星(xing)北(bei)是愛因斯(si)坦(tan)一(yi)樣(yang)的大師。束(shu)星(xing)北(bei)的文章《引(yin)(yin)力與(yu)電磁合論》《愛因斯(si)坦(tan)引(yin)(yin)力理(li)論的非靜力場解》是相對論早期的重要(yao)論述(shu)。
1939年,玻爾任丹(dan)麥(mai)皇(huang)家(jia)科學院(yuan)院(yuan)長。第(di)二次世界大戰開始,丹(dan)麥(mai)被德國法西斯占領。1943年玻爾為躲避納粹的迫(po)害,逃(tao)往瑞典。
1944年,玻爾在(zai)美國參加了(le)和(he)原子彈有(you)關(guan)的理論研究。
1945年,玻爾回(hui)到丹麥,此后致力于推動(dong)原子(zi)能的和平利用。
1947年,丹麥政(zheng)府為了表彰玻爾的功(gong)績,封他為“騎象勛爵”。
1952年,玻(bo)爾(er)倡議建立(li)歐洲原子核研究中心(CERN),并且自(zi)任主(zhu)席。
1955年,玻爾(er)參加創建北歐理論(lun)原子物理學(xue)研究所,擔任(ren)管委會主任(ren)。同年丹麥(mai)成(cheng)立(li)原子能委員會,玻爾(er)被(bei)任(ren)命為主席。
1962年11月18日,玻爾(er)因(yin)心(xin)臟(zang)病突(tu)發在(zai)丹麥的(de)卡爾(er)斯(si)堡寓(yu)所(suo)逝世,享年77歲。去(qu)世前一天,他還(huan)在(zai)工作室(shi)的(de)黑(hei)板(ban)上(shang)畫了當年愛因(yin)斯(si)坦那個光(guang)子盒的(de)草圖。
1965年玻(bo)爾(er)去(qu)世三周年時,哥本(ben)哈(ha)根大學物理研究所被命名(ming)為(wei)尼爾(er)斯·玻(bo)爾(er)研究所。1997年IUPAC正式通過(guo)將(jiang)第107號元素(su)命名(ming)為(wei)Bohrium,以(yi)紀念(nian)玻(bo)爾(er)。
其子奧格·尼爾(er)(er)斯·玻(bo)爾(er)(er)也是(shi)物理(li)學家,于1975年獲得諾貝爾(er)(er)物理(li)學獎。
原子輻射理論
1922年,玻爾(er)因對研究原子的(de)(de)結構和原子的(de)(de)輻(fu)射(she)所做得重大(da)貢獻而獲(huo)得諾貝爾(er)物理學獎。為(wei)此,整(zheng)個(ge)丹(dan)麥都(dou)沉浸在喜悅之中,舉國(guo)上(shang)下都(dou)為(wei)之慶賀,玻爾(er)成了(le)最著名的(de)(de)丹(dan)麥公(gong)民。為(wei)了(le)支(zhi)持正(zheng)義與和平,玻爾(er)將自己的(de)(de)諾貝爾(er)金質獎章(zhang)捐給了(le)芬蘭戰(zhan)爭。后來,人們又(you)為(wei)他(ta)募(mu)集黃金重鑄了(le)一枚,永遠陳列在丹(dan)麥博物館(guan)里(li)。
1924年6月,玻(bo)爾被英(ying)國劍(jian)橋(qiao)大(da)學(xue)和曼徹斯特大(da)學(xue)授予科學(xue)博士名譽(yu)學(xue)位,劍(jian)橋(qiao)哲學(xue)學(xue)會接受他(ta)為(wei)正式會員,12月又被選為(wei)俄羅斯科學(xue)院的外國通訊(xun)院士。
1927年初(chu),海森堡(bao)、玻(bo)爾(er)(er)(er)、約(yue)爾(er)(er)(er)丹(dan)、薛定(ding)諤(e)、狄(di)拉克(ke)等(deng)成功地創立了(le)原(yuan)子內(nei)部(bu)過程的(de)(de)全(quan)新(xin)(xin)理(li)論(lun)量子力(li)(li)學(xue),玻(bo)爾(er)(er)(er)對(dui)量子力(li)(li)學(xue)的(de)(de)創立起(qi)了(le)巨大的(de)(de)促進(jin)作(zuo)用(yong)。 1927年9月(yue),玻(bo)爾(er)(er)(er)首次提(ti)出了(le)"互(hu)補(bu)原(yuan)理(li)",奠定(ding)了(le)哥本哈(ha)根學(xue)派對(dui)量子力(li)(li)學(xue)解(jie)釋的(de)(de)基礎(chu),并從(cong)此開(kai)始了(le)與愛(ai)因斯坦(tan)持續多年的(de)(de)關于量子力(li)(li)學(xue)意義的(de)(de)論(lun)戰。愛(ai)因斯坦(tan)提(ti)出一(yi)個(ge)又一(yi)個(ge)的(de)(de)想像實驗,力(li)(li)求證明新(xin)(xin)理(li)論(lun)的(de)(de)矛盾(dun)和錯誤,但玻(bo)爾(er)(er)(er)每次都巧妙地反(fan)駁了(le)愛(ai)因斯坦(tan)的(de)(de)反(fan)對(dui)意見。這場長期的(de)(de)論(lun)戰從(cong)許多方(fang)面促進(jin)了(le)玻(bo)爾(er)(er)(er)觀點的(de)(de)完善,使他(ta)在(zai)以后對(dui)互(hu)補(bu)原(yuan)理(li)的(de)(de)研究中(zhong),不僅運(yun)用(yong)到(dao)(dao)物理(li)學(xue),而且運(yun)用(yong)到(dao)(dao)其他(ta)學(xue)科。
1933年,希(xi)特勒奪取了政權,德國成了法西斯國家(jia),這對于丹麥來說是一個危險的(de)鄰邦。玻(bo)爾不是一個對什么都不關(guan)心的(de)人,他既關(guan)心政治時(shi)事(shi)、國家(jia)生活,也關(guan)心國際事(shi)件。他對當時(shi)法西斯政權實(shi)行的(de)種族迫(po)害和政治迫(po)害深感憂愁和憤(fen)怒,積(ji)極創立和參加了丹麥救援移民委(wei)員會,對從德國逃難到(dao)哥本哈根的(de)科學(xue)家(jia)及其他難民,給予(yu)了盡力的(de)支(zhi)持相幫(bang)助(zhu)。
1940年4月(yue),德(de)國(guo)侵占了丹麥(mai),丹麥(mai)政(zheng)府(fu)宣布投(tou)降。美國(guo)、英國(guo)等許多國(guo)家的(de)大學打電報給(gei)玻爾,邀請玻爾全家到他們那(nei)里去避難和工作。玻爾非常不安,友好的(de)關(guan)心(xin)(xin)(xin)和對自己命運的(de)焦(jiao)慮打動著(zhu)他的(de)心(xin)(xin)(xin)。但是,這一(yi)切都沒(mei)能動搖他留在自己的(de)崗位哥本哈根(gen)理論(lun)物理研究所的(de)決心(xin)(xin)(xin)。
玻爾(er)(er)相信,這(zhe)一切都是暫時的(de),不(bu)久都會(hui)過去。因此,不(bu)應該陷(xian)入苦悶,要(yao)堅持(chi)下(xia)去繼續工作,抵抗(kang)侵略(lve)者,為共(gong)同的(de)斗爭做出(chu)貢(gong)獻。在(zai)以(yi)后的(de)一段(duan)時間里,玻爾(er)(er)日(ri)見消瘦,然而他卻(que)勇敢(gan)地(di)和毫不(bu)妥協(xie)地(di)堅持(chi)著(zhu)。玻爾(er)(er)不(bu)隱瞞自己的(de)好惡(e)愛憎,拒絕與(yu)侵略(lve)者合作并不(bu)與(yu)支(zhi)持(chi)侵略(lve)者的(de)人來往。
1943年(nian)9月,希特(te)勒政權準(zhun)備逮捕玻(bo)(bo)(bo)爾,為了(le)(le)避免遭(zao)到迫害,玻(bo)(bo)(bo)爾在(zai)反抗運動(dong)參加(jia)者的(de)(de)(de)幫助下冒(mao)著極(ji)大的(de)(de)(de)危險逃到了(le)(le)瑞典。在(zai)瑞典,他幫助安排(pai)了(le)(le)幾(ji)乎(hu)所有的(de)(de)(de)丹麥籍猶太(tai)人逃出了(le)(le)希特(te)勒毒氣室(shi)的(de)(de)(de)虎(hu)口。過了(le)(le)不久,林(lin)德(de)曼來電報邀(yao)請玻(bo)(bo)(bo)爾到英(ying)國(guo)(guo)工(gong)作,玻(bo)(bo)(bo)爾在(zai)乘坐一架(jia)小(xiao)型飛(fei)機飛(fei)往英(ying)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)途中幾(ji)乎(hu)因缺氧而喪(sang)生。在(zai)英(ying)國(guo)(guo)待了(le)(le)兩個月后(hou),根據美國(guo)(guo)總(zong)統(tong)羅斯(si)福和英(ying)國(guo)(guo)首相丘吉爾簽署(shu)的(de)(de)(de)魁(kui)北克協(xie)議,美國(guo)(guo)和英(ying)國(guo)(guo)物理(li)學(xue)家(jia)(jia)應密切合作共同工(gong)作。于(yu)是玻(bo)(bo)(bo)爾被任命為英(ying)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)顧問(wen)與查德(de)威克等一批(pi)英(ying)國(guo)(guo)原子(zi)(zi)物理(li)學(xue)家(jia)(jia)遠涉重洋(yang)去了(le)(le)美國(guo)(guo),參加(jia)了(le)(le)制造原子(zi)(zi)彈的(de)(de)(de)曼哈頓(dun)計劃。玻(bo)(bo)(bo)爾由于(yu)擔心(xin)德(de)國(guo)(guo)率先造出原子(zi)(zi)彈,給世(shi)界造成更大的(de)(de)(de)威脅,所以也和愛因斯(si)坦一樣,以科學(xue)顧問(wen)的(de)(de)(de)身分(fen)積極(ji)推動(dong)了(le)(le)原子(zi)(zi)彈的(de)(de)(de)研制工(gong)作。
但他(ta)(ta)堅(jian)決(jue)(jue)反(fan)(fan)對(dui)(dui)在(zai)對(dui)(dui)日戰(zhan)爭(zheng)(zheng)中使(shi)用原(yuan)子彈,也堅(jian)決(jue)(jue)反(fan)(fan)對(dui)(dui)在(zai)今(jin)后(hou)的(de)戰(zhan)爭(zheng)(zheng)中使(shi)用原(yuan)子彈,始終(zhong)堅(jian)持(chi)和(he)平(ping)利(li)用原(yuan)子能的(de)觀(guan)點。他(ta)(ta)積極與(yu)美國和(he)英國的(de)國務活動家取(qu)得聯系,參加了禁止核(he)實驗,爭(zheng)(zheng)取(qu)和(he)平(ping)、民(min)主和(he)各民(min)族(zu)團結的(de)斗爭(zheng)(zheng)。對(dui)(dui)于原(yuan)子彈給日本造成的(de)巨大損失,他(ta)(ta)感到非常(chang)內疚,并為(wei)此發表了《科(ke)學(xue)(xue)與(yu)文明》和(he)《文明的(de)召(zhao)喚》兩篇文章,呼吁各國科(ke)學(xue)(xue)家加強合作,和(he)平(ping)利(li)用原(yuan)子能,對(dui)(dui)那些可能威脅世界安全的(de)任何步驟進行國際監督,為(wei)各民(min)族(zu)今(jin)后(hou)無憂無慮地發展自(zi)己(ji)的(de)科(ke)學(xue)(xue)文化而斗爭(zheng)(zheng)。
玻爾原子模型
玻爾于1913年(nian)在原子結構問題上邁出了革命性(xing)的(de)一步(bu),提出了定態(tai)假設和頻率法(fa)則,從而奠定了這一研究方(fang)向(xiang)的(de)基(ji)礎。玻爾指出:
在(zai)(zai)原子(zi)系統的設想的狀態中存在(zai)(zai)著所謂的"穩(wen)(wen)定(ding)(ding)態"。在(zai)(zai)這(zhe)些(xie)狀態中,粒子(zi)的運動雖(sui)然(ran)在(zai)(zai)很大程度上遵守經(jing)典力學規律(lv),但這(zhe)些(xie)狀態穩(wen)(wen)定(ding)(ding)性不能用經(jing)典力學來解(jie)釋,原子(zi)系統的每個(ge)變化只能從一個(ge)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)態完全躍遷到(dao)另一個(ge)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)態。
與電(dian)磁理(li)論相反,穩定(ding)原(yuan)子(zi)(zi)不會發生(sheng)電(dian)磁輻射,只有在兩(liang)個(ge)定(ding)態之間(jian)躍遷才會產生(sheng)電(dian)磁輻射。輻射的特性相當于以恒定(ding)頻率作(zuo)諧振動的帶電(dian)粒子(zi)(zi)按(an)經典規律(lv)產生(sheng)的輻射,但頻率u與原(yuan)子(zi)(zi)的運動并不是單一關系(xi),而是由下面的關系(xi)來決定(ding) h = E'-E"。這就是玻爾原(yuan)子(zi)(zi)模型。