Бор, Нильс

gigatos | 23 февраля, 2022

Post Views: 31

Суммури

Нильс Хенрик Давид Бор (7 октября 1885 — 18 ноября 1962) был датским физиком, который внес основополагающий вклад в понимание атомной структуры и квантовой теории, за что в 1922 году получил Нобелевскую премию по физике. Бор также был философом и популяризатором научных исследований.

Бор разработал модель атома Бора, в которой он предложил, что энергетические уровни электронов дискретны и что электроны вращаются по стабильным орбитам вокруг атомного ядра, но могут переходить с одного энергетического уровня (или орбиты) на другой. Хотя модель Бора была вытеснена другими моделями, лежащие в ее основе принципы остаются актуальными. Он придумал принцип дополнительности: предметы могут быть отдельно проанализированы с точки зрения противоречивых свойств, например, вести себя как волна или как поток частиц. Понятие дополнительности доминировало в мышлении Бора как в науке, так и в философии.

Бор основал Институт теоретической физики при Копенгагенском университете, ныне известный как Институт Нильса Бора, который был открыт в 1920 году. Бор был наставником и сотрудничал с такими физиками, как Ганс Крамерс, Оскар Клейн, Джордж де Хевези и Вернер Гейзенберг. Он предсказал существование нового элемента, подобного цирконию, который был назван гафнием, по латинскому названию Копенгагена, где он был обнаружен. Позже в его честь был назван элемент бориум.

В 1930-е годы Бор помогал беженцам от нацизма. После того как Дания была оккупирована немцами, у него состоялась знаменитая встреча с Гейзенбергом, который стал руководителем немецкого проекта по созданию ядерного оружия. В сентябре 1943 года Бор узнал, что его собираются арестовать немцы, и бежал в Швецию. Оттуда его переправили в Великобританию, где он присоединился к британскому проекту по созданию ядерного оружия из трубчатых сплавов и был частью британской миссии в Манхэттенском проекте. После войны Бор призывал к международному сотрудничеству в области ядерной энергии. Он участвовал в создании ЦЕРН и Исследовательского института Рисё Датской комиссии по атомной энергии и стал первым председателем Северного института теоретической физики в 1957 году.

Бор родился в Копенгагене, Дания, 7 октября 1885 года, вторым из трех детей Кристиана Бора, профессора физиологии Копенгагенского университета, и Эллен Бор (урожденной Адлер), которая была дочерью Давида Б. Адлера из богатой датской еврейской банковской семьи Адлеров. У него была старшая сестра Дженни и младший брат Харальд. Харальд стал математиком и футболистом, игравшим за сборную Дании на летних Олимпийских играх 1908 года в Лондоне. Нильс тоже был страстным футболистом, и братья провели несколько матчей за копенгагенский Академический футбольный клуб (Akademisk Boldklub), причем Нильс был вратарем.

Бор получил образование в латинской школе Гаммельхольм, начав учиться в семь лет. В 1903 году Бор поступил в Копенгагенский университет в качестве бакалавра. Его специальностью была физика, которую он изучал у профессора Кристиана Кристиансена, единственного профессора физики в университете в то время. Он также изучал астрономию и математику у профессора Торвальда Тиле и философию у профессора Харальда Хёффдинга, друга его отца.

В 1905 году Королевская датская академия наук и литературы спонсировала конкурс на получение золотой медали за исследование метода измерения поверхностного натяжения жидкостей, предложенного лордом Рэлеем в 1879 году. Он заключался в измерении частоты колебаний радиуса струи воды. Бор провел серию экспериментов, используя лабораторию своего отца в университете; в самом университете не было лаборатории физики. Чтобы завершить эксперименты, ему пришлось самостоятельно изготовить стеклянную посуду, создав пробирки с нужными эллиптическими сечениями. Он вышел за рамки первоначальной задачи, включив усовершенствования как в теорию Рэлея, так и в свой метод, приняв во внимание вязкость воды и работая с конечными амплитудами вместо бесконечно малых. Его эссе, которое он представил в последнюю минуту, получило премию. Позже он представил улучшенную версию работы в Королевское общество в Лондоне для публикации в Philosophical Transactions of the Royal Society.

Харальд стал первым из двух братьев Бор, получившим степень магистра, которую он получил по математике в апреле 1909 года. Нильсу потребовалось еще девять месяцев, чтобы получить степень по электронной теории металлов — теме, заданной его научным руководителем Кристиансеном. Впоследствии Бор переработал свою магистерскую диссертацию в более объемную диссертацию на степень доктора философии (Dr. Phil.). Он изучил литературу по этому вопросу и остановился на модели, постулированной Полем Друде и развитой Хендриком Лоренцем, в которой электроны в металле ведут себя как газ. Бор расширил модель Лоренца, но все равно не смог объяснить такие явления, как эффект Холла, и пришел к выводу, что электронная теория не может полностью объяснить магнитные свойства металлов. Диссертация была принята в апреле 1911 года, а 13 мая Бор провел официальную защиту. Харальд получил докторскую степень в предыдущем году. Диссертация Бора была новаторской, но не вызвала большого интереса за пределами Скандинавии, поскольку была написана на датском языке, что в то время было обязательным требованием Копенгагенского университета. В 1921 году голландский физик Хендрика Йоханна ван Левен независимо вывела теорему из диссертации Бора, которая сегодня известна как теорема Бора-ван Левена.

В 1910 году Бор познакомился с Маргретой Нёрлунд, сестрой математика Нильса Эрика Нёрлунда. Бор отказался от членства в Церкви Дании 16 апреля 1912 года, и они с Маргретой поженились на гражданской церемонии в ратуше в Слагельсе 1 августа. Спустя годы его брат Харальд также покинул церковь, не успев жениться. Старший из них, Кристиан, погиб в 1934 году в результате несчастного случая на лодке, а другой, Харальд, умер от детского менингита. Ааге Бор стал успешным физиком и в 1975 году, как и его отец, был удостоен Нобелевской премии по физике. Ханс, инженер-химик, и Эрнест, юрист. Как и его дядя Харальд, Эрнест Бор стал олимпийским спортсменом, играя в хоккей на траве за Данию на летних Олимпийских играх 1948 года в Лондоне.

Читайте также, биографии — Мур, Бобби

модель Бора

В сентябре 1911 года Бор, получив стипендию от Фонда Карлсберга, отправился в Англию, где проводилась большая часть теоретической работы по изучению структуры атомов и молекул. Он встретился с Дж. Дж. Томсоном из Кавендишской лаборатории и Тринити-колледжа в Кембридже. Он посещал лекции по электромагнетизму Джеймса Джинса и Джозефа Лармора и провел некоторые исследования катодных лучей, но не смог произвести впечатление на Томсона. Он имел больший успех у более молодых физиков, таких как австралиец Уильям Лоуренс Брэгг и новозеландец Эрнест Резерфорд, чья модель атома с маленьким центральным ядром, предложенная Резерфордом в 1911 году, опровергла модель сливового пудинга Томсона 1904 года. Бор получил приглашение от Резерфорда провести постдокторскую работу в Манчестерском университете Виктории, где Бор познакомился с Джорджем де Хевези и Чарльзом Гальтоном Дарвином (которого Бор называл «внуком настоящего Дарвина»).

Бор вернулся в Данию в июле 1912 года на свою свадьбу, а во время медового месяца путешествовал по Англии и Шотландии. По возвращении он стал приват-доцентом Копенгагенского университета, читая лекции по термодинамике. Мартин Кнудсен выдвинул кандидатуру Бора на должность доцента, которая была утверждена в июле 1913 года, после чего Бор начал преподавать студентам-медикам. Три его работы, которые позже стали известны как «трилогия», были опубликованы в «Философском журнале» в июле, сентябре и ноябре того же года. Он адаптировал ядерную структуру Резерфорда к квантовой теории Макса Планка и таким образом создал свою боровскую модель атома.

Планетарные модели атомов не были новинкой, но обработка Бором была новой. Взяв за отправную точку статью Дарвина 1912 года о роли электронов во взаимодействии альфа-частиц с ядром, он развил теорию движения электронов по орбитам квантованных «стационарных состояний» вокруг ядра атома, чтобы стабилизировать атом, но только в своей работе 1921 года он показал, что химические свойства каждого элемента в значительной степени определяются количеством электронов на внешних орбитах его атомов. Он выдвинул идею о том, что электрон может переходить с более высокоэнергетической орбиты на более низкую, излучая при этом квант дискретной энергии. Это стало основой для того, что сегодня известно как старая квантовая теория.

В 1885 году Иоганн Бальмер придумал серию Бальмера для описания видимых спектральных линий атома водорода:

где λ — длина волны поглощенного или испущенного света, а RH — постоянная Ридберга. Формула Бальмера была подтверждена открытием дополнительных спектральных линий, но в течение тридцати лет никто не мог объяснить, почему она работает. В первой работе своей трилогии Бор смог вывести ее из своей модели:

где me — масса электрона, e — его заряд, h — постоянная Планка и Z — атомный номер атома (1 для водорода).

Первым препятствием для модели стала серия Пикеринга — линии, которые не вписывались в формулу Бальмера. Когда Альфред Фаулер возразил на это, Бор ответил, что они вызваны ионизированным гелием — атомами гелия с одним электроном. Было установлено, что модель Бора работает для таких ионов. Многим физикам старшего поколения, таким как Томсон, Рэлей и Хендрик Лоренц, трилогия не понравилась, но молодое поколение, включая Резерфорда, Дэвида Гильберта, Альберта Эйнштейна, Энрико Ферми, Макса Борна и Арнольда Зоммерфельда, восприняло ее как прорыв. Признание трилогии было полностью обусловлено ее способностью объяснять явления, которые ставили в тупик другие модели, и предсказывать результаты, которые впоследствии были подтверждены экспериментами. Сегодня модель атома Бора вытеснена, но по-прежнему является самой известной моделью атома, так как она часто встречается в учебниках по физике и химии для средней школы.

Бору не нравилось преподавать студентам-медикам. Он решил вернуться в Манчестер, где Резерфорд предложил ему работу в качестве читателя вместо Дарвина, срок полномочий которого истек. Бор согласился. Он взял отпуск в Копенгагенском университете, который начал с отдыха в Тироле со своим братом Харальдом и тетей Ханной Адлер. Там он посетил Геттингенский университет и Мюнхенский университет имени Людвига Максимилиана, где встретился с Зоммерфельдом и провел семинары по трилогии. Во время их пребывания в Тироле началась Первая мировая война, что значительно осложнило обратный путь в Данию и последующее путешествие Бора с Маргретой в Англию, куда он прибыл в октябре 1914 года. Они оставались здесь до июля 1916 года, к этому времени он был назначен на кафедру теоретической физики в Копенгагенском университете, должность, созданную специально для него. В то же время его доцентство было упразднено, поэтому ему по-прежнему приходилось преподавать физику студентам-медикам. Новые профессора были официально представлены королю Кристиану X, который выразил свой восторг от встречи с таким известным футболистом.

Институт физики

В апреле 1917 года Бор начал кампанию по созданию Института теоретической физики. Он заручился поддержкой датского правительства и Фонда Карлсберга, значительные взносы также сделали промышленные предприятия и частные доноры, многие из которых были евреями. Законодательство о создании института было принято в ноябре 1918 года. Теперь он известен как Институт Нильса Бора и был открыт 3 марта 1921 года, а Бор стал его директором. Его семья поселилась в квартире на первом этаже. Институт Бора служил центром для исследователей квантовой механики и смежных дисциплин в 1920-х и 1930-х годах, когда большинство самых известных в мире физиков-теоретиков провели некоторое время в его компании. В числе первых были Ханс Крамерс из Нидерландов, Оскар Клейн из Швеции, Георг де Хевеши из Венгрии, Войцех Рубинович из Польши и Свейн Росселанд из Норвегии. Бор стал широко известен как их доброжелательный хозяин и выдающийся коллега. Клейн и Росселанд подготовили первую публикацию института еще до его открытия.

Модель Бора хорошо работала для водорода и ионизированного одноэлектронного гелия, что впечатлило Эйнштейна, но не могла объяснить более сложные элементы. К 1919 году Бор отошел от идеи, что электроны вращаются вокруг ядра, и разработал эвристику для их описания. Редкоземельные элементы представляли особую проблему классификации для химиков, поскольку они были химически схожи. Важное событие произошло в 1924 году с открытием Вольфгангом Паули принципа исключения Паули, который поставил модели Бора на прочную теоретическую основу. Бор смог заявить, что еще не открытый элемент 72 не является редкоземельным элементом, а представляет собой элемент с химическими свойствами, аналогичными цирконию. (Элементы предсказывались и открывались по химическим свойствам с 1871 года), и Бор был немедленно оспорен французским химиком Жоржем Урбеном, который утверждал, что открыл редкоземельный элемент 72, который он назвал «цельтием». В Институте в Копенгагене Дирк Костер и Джордж де Хевези взялись доказать, что Бор прав, а Урбен ошибается. Начало работы с четким представлением о химических свойствах неизвестного элемента значительно упростило процесс поиска. Они просмотрели образцы из Минералогического музея Копенгагена в поисках элемента, похожего на цирконий, и вскоре нашли его. Элемент, который они назвали гафнием (Hafnia — латинское название Копенгагена), оказался более распространенным, чем золото.

В 1922 году Бор был удостоен Нобелевской премии по физике «за заслуги в исследовании структуры атомов и излучения, исходящего от них». Таким образом, премия была присуждена как «Трилогии», так и его ранним ведущим работам в зарождающейся области квантовой механики. В своей Нобелевской лекции Бор представил аудитории полный обзор того, что было известно о структуре атома, включая сформулированный им принцип соответствия. Он гласит, что поведение систем, описываемых квантовой теорией, воспроизводит классическую физику в пределе больших квантовых чисел.

Открытие комптоновского рассеяния Артуром Холли Комптоном в 1923 году убедило большинство физиков в том, что свет состоит из фотонов, и что энергия и импульс сохраняются при столкновениях между электронами и фотонами. В 1924 году Бор, Крамерс и Джон К. Слейтер, американский физик, работавший в Институте в Копенгагене, предложили теорию Бора-Крамерса-Слейтера (БКС). Это была скорее программа, чем полноценная физическая теория, поскольку идеи, развитые в ней, не были проработаны количественно. Теория БКС стала последней попыткой понять взаимодействие материи и электромагнитного излучения на основе старой квантовой теории, в которой квантовые явления рассматривались путем наложения квантовых ограничений на классическое волновое описание электромагнитного поля.

Моделирование поведения атомов в условиях падающего электромагнитного излучения с помощью «виртуальных осцилляторов» на частотах поглощения и испускания, а не на (различных) кажущихся частотах боровских орбит, привело Макса Борна, Вернера Гейзенберга и Крамерса к исследованию различных математических моделей. Они привели к разработке матричной механики, первой формы современной квантовой механики. Теория БКС также вызвала обсуждение трудностей в фундаменте старой квантовой теории и привлекла к ним новое внимание. Самый провокационный элемент БКС — то, что импульс и энергия не обязательно сохраняются в каждом взаимодействии, а только статистически — вскоре был показан в противоречии с экспериментами, проведенными Вальтером Боте и Гансом Гейгером. В свете этих результатов Бор сообщил Дарвину, что «не остается ничего другого, как дать нашим революционным усилиям как можно более почетные похороны».

Квантовая механика

Введение спина Джорджем Уленбеком и Самуэлем Гаудсмитом в ноябре 1925 года стало важной вехой. В следующем месяце Бор отправился в Лейден, чтобы принять участие в праздновании 50-летия получения Хендриком Лоренцем докторской степени. Когда его поезд остановился в Гамбурге, его встретили Вольфганг Паули и Отто Штерн, которые спросили его мнение о теории спина. Бор отметил, что его беспокоит взаимодействие между электронами и магнитными полями. Когда он приехал в Лейден, Пауль Эренфест и Альберт Эйнштейн сообщили Бору, что Эйнштейн решил эту проблему с помощью теории относительности. Бор попросил Уленбека и Гаудсмита включить это в свою работу. Таким образом, когда на обратном пути он встретил Вернера Гейзенберга и Паскуаля Джордана в Геттингене, он стал, по его собственным словам, «пророком евангелия электронного магнита».

Гейзенберг впервые приехал в Копенгаген в 1924 году, затем вернулся в Геттинген в июне 1925 года и вскоре после этого разработал математические основы квантовой механики. Когда он показал свои результаты Максу Борну в Геттингене, Борн понял, что они могут быть лучше всего выражены с помощью матриц. Эта работа привлекла внимание британского физика Поля Дирака, который приехал в Копенгаген на шесть месяцев в сентябре 1926 года. Австрийский физик Эрвин Шредингер также посетил Копенгаген в 1926 году. Его попытка объяснить квантовую физику в классических терминах с помощью волновой механики произвела впечатление на Бора, который считал, что она внесла «такой большой вклад в математическую ясность и простоту, что представляет собой гигантский прогресс по сравнению со всеми предыдущими формами квантовой механики».

Когда Крамерс покинул институт в 1926 году, чтобы занять кафедру профессора теоретической физики в Утрехтском университете, Бор организовал возвращение Гейзенберга и занял место Крамерса в качестве лектора в Копенгагенском университете. Гейзенберг работал в Копенгагене в качестве преподавателя университета и ассистента Бора с 1926 по 1927 год.

Бор убедился, что свет ведет себя и как волны, и как частицы, а в 1927 году эксперименты подтвердили гипотезу де Бройля о том, что материя (например, электроны) также ведет себя как волны. Он придумал философский принцип дополнительности: предметы могут обладать, казалось бы, взаимоисключающими свойствами, например, быть волной или потоком частиц, в зависимости от экспериментальных рамок. Он чувствовал, что этот принцип не был полностью понят профессиональными философами.

В феврале 1927 года Гейзенберг разработал первую версию принципа неопределенности, представив ее с помощью мысленного эксперимента, в котором электрон наблюдался через гамма-микроскоп. Бор был недоволен аргументами Гейзенберга, поскольку они требовали только того, чтобы измерение нарушало уже существующие свойства, а не более радикальной идеи о том, что свойства электрона вообще не могут обсуждаться в отрыве от контекста, в котором они были измерены. В работе, представленной на конференции Вольта в Комо в сентябре 1927 года, Бор подчеркнул, что соотношения неопределенности Гейзенберга могут быть выведены из классических соображений о разрешающей способности оптических инструментов. Понимание истинного значения комплементарности, по мнению Бора, потребует «более тщательного исследования». Эйнштейн предпочитал детерминизм классической физики вероятностной новой квантовой физике, в развитие которой он сам внес свой вклад. Философские вопросы, возникшие в связи с новыми аспектами квантовой механики, стали широко известными предметами обсуждения. Эйнштейн и Бор добродушно спорили по этим вопросам на протяжении всей своей жизни.

В 1914 году Карл Якобсен, наследник пивоваренной компании Carlsberg, завещал свой особняк в качестве почетной резиденции (датск. Æresbolig), которая будет пожизненно использоваться датчанином, внесшим наиболее значительный вклад в науку, литературу или искусство. Первым жильцом был Харальд Хёффдинг, а после его смерти в июле 1931 года Королевская датская академия наук и литературы предоставила резиденцию Бору. Он и его семья переехали туда в 1932 году. Он был избран президентом Академии 17 марта 1939 года.

К 1929 году явление бета-распада побудило Бора вновь предложить отказаться от закона сохранения энергии, но гипотетическое нейтрино Энрико Ферми и последующее открытие нейтрона в 1932 году дали другое объяснение. Это побудило Бора в 1936 году создать новую теорию составного ядра, которая объясняла, как нейтроны могут быть захвачены ядром. В этой модели ядро могло деформироваться подобно капле жидкости. Он работал над этим с новым сотрудником, датским физиком Фрицем Калькаром, который внезапно умер в 1938 году.

Открытие деления ядер Отто Ханом в декабре 1938 года (и его теоретическое объяснение Лизой Мейтнер) вызвало большой интерес среди физиков. Бор привез эту новость в Соединенные Штаты, где 26 января 1939 года вместе с Ферми открыл Пятую Вашингтонскую конференцию по теоретической физике. Когда Бор сказал Джорджу Плачеку, что это разрешило все загадки трансурановых элементов, Плачек сказал ему, что осталась одна: энергия захвата нейтронов урана не соответствует энергии его распада. Бор задумался на несколько минут, а затем объявил Плачеку, Леону Розенфельду и Джону Уилеру: «Я все понял». Основываясь на своей модели ядра в виде жидкой капли, Бор пришел к выводу, что именно изотоп урана-235, а не более распространенный уран-238, несет основную ответственность за деление с помощью тепловых нейтронов. В апреле 1940 года Джон Р. Даннинг продемонстрировал, что Бор был прав. Тем временем Бор и Уилер разработали теоретическое обоснование, которое они опубликовали в сентябре 1939 года в статье «Механизм деления ядер».

Гейзенберг сказал о Боре, что тот был «прежде всего философом, а не физиком». Бор читал датского христианского философа-экзистенциалиста XIX века Сёрена Кьеркегора. Ричард Родс в книге «Создание атомной бомбы» утверждал, что Бор испытал влияние Кьеркегора через Хёффдинга. В 1909 году Бор послал своему брату «Этапы жизненного пути» Кьеркегора в качестве подарка на день рождения. В приложенном письме Бор писал: «Это единственное, что я могу послать домой; но я не верю, что было бы очень легко найти что-то лучшее… Я даже думаю, что это одна из самых восхитительных вещей, которые я когда-либо читал». Бору понравился язык и литературный стиль Кьеркегора, но он упомянул, что у него были некоторые разногласия с философией Кьеркегора. Некоторые биографы Бора предположили, что эти разногласия возникли из-за того, что Кьеркегор отстаивал христианство, в то время как Бор был атеистом.

Возникли споры о том, в какой степени Кьеркегор повлиял на философию и науку Бора. Дэвид Фаврхольдт утверждал, что Кьеркегор оказал минимальное влияние на работу Бора, принимая заявление Бора о несогласии с Кьеркегором за чистую монету, в то время как Ян Файе утверждал, что можно не соглашаться с содержанием теории, принимая ее общие предпосылки и структуру.

Читайте также, биографии — Пифагор

Квантовая физика

Впоследствии было много споров и дискуссий о взглядах Бора и философии квантовой механики. Что касается его онтологической интерпретации квантового мира, Бор считался антиреалистом, инструменталистом, феноменологическим реалистом или каким-то другим видом реализма. Кроме того, хотя некоторые считают Бора субъективистом или позитивистом, большинство философов согласны с тем, что это неверное понимание Бора, поскольку он никогда не выступал за верификационизм или за идею о том, что субъект имеет непосредственное влияние на результат измерения.

Бора часто цитируют, говоря, что «квантового мира не существует», а есть только «абстрактное квантовое физическое описание». Это было сказано не Бором, а скорее Ааге Петерсеном, пытавшимся обобщить философию Бора в воспоминаниях после смерти Бора. Н. Дэвид Мермин вспоминает, как Виктор Вайсскопф заявил, что Бор не сказал бы ничего подобного, и воскликнул: «Позор Ааге Петерсену за то, что он вложил эти нелепые слова в уста Бора!».

Многие ученые утверждают, что философия Иммануила Канта оказала сильное влияние на Бора. Как и Кант, Бор считал, что различение опыта субъекта и объекта является важным условием для достижения знания. Это может быть сделано только путем использования каузальных и пространственно-временных понятий для описания опыта субъекта. Так, по словам Яна Фая, Бор считал, что именно благодаря таким «классическим» понятиям, как «пространство», «положение», «время», «причинность» и «импульс», можно говорить об объектах и их объективном существовании. Бор считал, что такие базовые понятия, как «время», заложены в нашем обычном языке, и что понятия классической физики являются лишь их уточнением. Поэтому, по мнению Бора, мы должны использовать классические понятия для описания экспериментов, связанных с квантовым миром. Бор пишет:

Решающим является признание того, что, как бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического объяснения, изложение всех доказательств должно быть выражено в классических терминах. Аргумент прост: под словом «эксперимент» мы подразумеваем ситуацию, когда мы можем рассказать другим о том, что мы сделали и что узнали, и поэтому рассказ об организации эксперимента и результатах наблюдений должен быть выражен однозначным языком с соответствующим применением терминологии классической физики (APHK, p. 39).

Согласно Фейе, существуют различные объяснения того, почему Бор считал, что классические концепции необходимы для описания квантовых явлений. Фэй группирует объяснения в пять рамок: эмпиризм (кантианство (или неокантианские модели эпистемологии, в которых классические идеи являются априорными концепциями, которые разум навязывает чувственным впечатлениям); прагматизм (который фокусируется на том, как люди взаимодействуют с атомными системами в соответствии со своими потребностями и интересами); дарвинизм (т.е. мы приспособлены к использованию концепций классического типа, о которых Леон Розенфельд сказал, что мы эволюционировали к использованию); и экспериментализм (который фокусируется строго на функции и результатах экспериментов, которые, таким образом, должны быть описаны классически). Эти объяснения не являются взаимоисключающими, и временами кажется, что Бор подчеркивает некоторые из этих аспектов, в то время как в другое время он фокусируется на других элементах. Согласно Фейе, «Бор считал атом реальным. Атомы не являются ни эвристическими, ни логическими конструкциями». Однако, согласно Фейе, он не верил, «что квантово-механический формализм был истинным в том смысле, что он давал нам буквальное («живописное»), а не символическое представление квантового мира». Поэтому теория дополнительности Бора «является, прежде всего, семантическим и эпистемологическим прочтением квантовой механики, которое несет в себе определенные онтологические последствия». Как объясняет Фэй, тезис Бора о неопределимости заключается в том, что

условия истинности предложений, приписывающих определенное кинематическое или динамическое значение атомарному объекту, зависят от задействованного аппарата, таким образом, что эти условия истинности должны включать ссылку на экспериментальную установку, а также на фактический результат эксперимента.

Фэй отмечает, что в интерпретации Бора нет ссылки на «коллапс волновой функции во время измерений» (и действительно, он никогда не упоминал эту идею). Вместо этого Бор «принял статистическую интерпретацию Борна, потому что он верил, что ψ-функция имеет только символическое значение и не представляет ничего реального». Поскольку для Бора ψ-функция не является буквальным изображением реальности, не может быть и реального коллапса волновой функции.

В последнее время в литературе часто обсуждается вопрос о том, что Бор считал атомами и их реальностью, и являются ли они чем-то иным, чем то, чем они кажутся. Некоторые, например Генри Фольс, утверждают, что Бор видел различие между наблюдаемыми явлениями и трансцендентной реальностью. Ян Файе не согласен с этой позицией и считает, что для Бора квантовый формализм и дополнительность были единственным, что мы могли сказать о квантовом мире, и что «в работах Бора нет никаких других свидетельств, указывающих на то, что Бор приписывал бы атомным объектам внутренние и независимые от измерения свойства состояния (хотя совершенно непонятные и недоступные нам) в дополнение к классическим, проявляющимся в измерении».

Рост нацизма в Германии заставил многих ученых бежать из своих стран, либо потому что они были евреями, либо потому что они были политическими противниками нацистского режима. В 1933 году Фонд Рокфеллера создал фонд для поддержки ученых-беженцев, и Бор обсудил эту программу с президентом Фонда Рокфеллера Максом Мейсоном в мае 1933 года во время визита в США. Бор предлагал беженцам временную работу в институте, оказывал им финансовую поддержку, организовывал для них стипендии от Фонда Рокфеллера и в конечном итоге находил им места в институтах по всему миру. Среди тех, кому он помог, были Гвидо Бек, Феликс Блох, Джеймс Франк, Джордж де Хевези, Отто Фриш, Хильде Леви, Лиза Мейтнер, Джордж Плачек, Евгений Рабинович, Стефан Розенталь, Эрих Эрнст Шнайдер, Эдвард Теллер, Артур фон Хиппель и Виктор Вайсскопф.

В апреле 1940 года, в начале Второй мировой войны, нацистская Германия вторглась в Данию и оккупировала ее. Чтобы немцы не смогли обнаружить золотые нобелевские медали Макса фон Лауэ и Джеймса Франка, Бор попросил де Хевези растворить их в воде. В таком виде они хранились на полке в Институте до окончания войны, когда золото было осаждено, а медали заново отчеканены Нобелевским фондом. Медаль самого Бора была пожертвована на аукцион в Фонд помощи Финляндии и была продана в марте 1940 года вместе с медалью Августа Крога. Покупатель позже передал эти две медали в Датский исторический музей в замке Фредериксборг, где они хранятся до сих пор.

Бор поддерживал работу Института, но все иностранные ученые уехали.

Встреча с Гейзенбергом

Бор знал о возможности использования урана-235 для создания атомной бомбы, упоминая об этом в лекциях в Великобритании и Дании незадолго до и после начала войны, но он не верил, что добыча достаточного количества урана-235 технически осуществима. В сентябре 1941 года Гейзенберг, ставший руководителем немецкого проекта по атомной энергии, посетил Бора в Копенгагене. Во время этой встречи два человека уединились на улице, содержание которой вызвало много спекуляций, так как оба дали разные показания. По словам Гейзенберга, он начал говорить о ядерной энергии, морали и войне, на что Бор, похоже, отреагировал резким прекращением разговора, не дав Гейзенбергу и намека на собственное мнение. Иван Супек, один из студентов и друзей Гейзенберга, утверждал, что главной темой встречи был Карл Фридрих фон Вайцзеккер, который предложил попытаться убедить Бора стать посредником в заключении мира между Великобританией и Германией.

В 1957 году Гейзенберг написал Роберту Юнгку, который в то время работал над книгой «Ярче тысячи солнц: A Personal History of the Atomic Scientists. Гейзенберг объяснил, что он посетил Копенгаген, чтобы донести до Бора мнение нескольких немецких ученых, что производство ядерного оружия возможно при больших усилиях, и это налагает огромную ответственность на ученых мира с обеих сторон. Когда Бор увидел изображение Юнгка в датском переводе книги, он составил (но так и не отправил) письмо Гейзенбергу, в котором заявил, что так и не понял цели визита Гейзенберга, был шокирован мнением Гейзенберга о том, что Германия выиграет войну, и что атомное оружие может стать решающим.

Пьеса Майкла Фрейна «Копенгаген» 1998 года исследует то, что могло произойти во время встречи Гейзенберга и Бора в 1941 году. Телевизионная киноверсия пьесы была впервые показана 26 сентября 2002 года, со Стивеном Ри в роли Бора, Дэниелом Крейгом в роли Гейзенберга и Франческой Аннис в роли Маргреты Бор. Эта же встреча ранее была инсценирована в 1992 году в документальном сериале Би-би-си «Горизонт» с Энтони Бейтом в роли Бора и Филипом Энтони в роли Гейзенберга. Эта встреча также драматизирована в норвежском фильме

Манхэттенский проект

В сентябре 1943 года Бор и его брат Харальд узнали, что нацисты считают их семью еврейской, поскольку их мать была еврейкой, и что поэтому им грозит арест. Датское сопротивление помогло Бору и его жене бежать по морю в Швецию 29 сентября. На следующий день Бор убедил шведского короля Густава V обнародовать готовность Швеции предоставить убежище еврейским беженцам. 2 октября 1943 года шведское радио передало, что Швеция готова предоставить убежище, и вскоре после этого последовало массовое спасение датских евреев их соотечественниками. Некоторые историки утверждают, что действия Бора непосредственно привели к массовому спасению, в то время как другие говорят, что, хотя Бор сделал все возможное для своих соотечественников, его действия не оказали решающего влияния на более широкие события. В конце концов, более 7 000 датских евреев бежали в Швецию.

Когда новости о побеге Бора достигли Великобритании, лорд Червелл отправил телеграмму Бору с просьбой приехать в Великобританию. Бор прибыл в Шотландию 6 октября на самолете de Havilland Mosquito, которым управляла Британская корпорация заморских авиалиний (BOAC). Москито» были невооруженными скоростными бомбардировщиками, переоборудованными для перевозки небольших ценных грузов или важных пассажиров. Летая на большой скорости и на большой высоте, они могли пересекать оккупированную немцами Норвегию и при этом избегать немецких истребителей. Бор, снабженный парашютом, летным костюмом и кислородной маской, провел трехчасовой полет, лежа на матрасе в бомбовом отсеке самолета. Во время полета Бор не надел свой летный шлем, так как он был слишком мал, и поэтому не услышал по внутренней связи команду пилота включить подачу кислорода, когда самолет набрал большую высоту для пролета над Норвегией. Он потерял сознание от кислородного голодания и ожил только тогда, когда самолет опустился на меньшую высоту над Северным морем. Сын Бора Ааге последовал за отцом в Британию другим рейсом через неделю и стал его личным помощником.

Бор был тепло принят Джеймсом Чедвиком и сэром Джоном Андерсоном, но из соображений безопасности Бора держали подальше от посторонних глаз. Ему предоставили квартиру в Сент-Джеймсском дворце и офис в британской команде по разработке ядерного оружия Tube Alloys. Бор был поражен тем, какой прогресс был достигнут. Чедвик организовал для Бора поездку в США в качестве консультанта Tube Alloys, а Эйдж был его помощником. 8 декабря 1943 года Бор прибыл в Вашингтон, где встретился с директором Манхэттенского проекта бригадным генералом Лесли Р. Гровсом-младшим. Он посетил Эйнштейна и Паули в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, и отправился в Лос-Аламос в Нью-Мексико, где разрабатывалось ядерное оружие. По соображениям безопасности в США он выступал под именем «Николас Бейкер», а Ааге стал «Джеймсом Бейкером». В мае 1944 года газета датского сопротивления De frie Danske сообщила, что им стало известно, что «знаменитый сын Дании профессор Нильс Бор» в октябре предыдущего года бежал из своей страны через Швецию в Лондон, а оттуда отправился в Москву, где, как можно предположить, оказывал поддержку военным действиям.

Бор не остался в Лос-Аламосе, но нанес ряд продолжительных визитов в течение следующих двух лет. Роберт Оппенгеймер отметил, что Бор выступал «в роли научного отца для молодых людей», в частности, для Ричарда Фейнмана. Бора цитируют, говоря: «Им не нужна была моя помощь в создании атомной бомбы». Оппенгеймер отдал должное Бору за важный вклад в работу над модуляционными нейтронными инициаторами. «Это устройство оставалось упрямой загадкой», — отметил Оппенгеймер, — «но в начале февраля 1945 года Нильс Бор прояснил, что нужно сделать».

Бор рано понял, что ядерное оружие изменит международные отношения. В апреле 1944 года он получил письмо от Петра Капицы, написанное за несколько месяцев до этого, когда Бор находился в Швеции, с приглашением приехать в Советский Союз. Письмо убедило Бора в том, что Советы знают об англо-американском проекте и будут стремиться его догнать. Он послал Капице ответ без обязательств, который перед отправкой показал властям в Великобритании. Бор встретился с Черчиллем 16 мая 1944 года, но обнаружил, что «мы не говорим на одном языке». Черчилль не согласился с идеей открытости по отношению к русским настолько, что написал в письме: «Мне кажется, что Бор должен быть заключен в тюрьму или, во всяком случае, ему следует дать понять, что он находится на грани смертельного преступления».

Оппенгеймер предложил Бору посетить президента Франклина Д. Рузвельта, чтобы убедить его в том, что Манхэттенский проект следует разделить с Советским Союзом в надежде ускорить его результаты. Друг Бора, судья Верховного суда Феликс Франкфуртер, сообщил президенту Рузвельту о мнении Бора, и 26 августа 1944 года состоялась встреча между ними. Рузвельт предложил Бору вернуться в Великобританию, чтобы попытаться получить одобрение британцев. Когда Черчилль и Рузвельт встретились в Гайд-парке 19 сентября 1944 года, они отвергли идею информирования мира о проекте, а в памятной записке об их беседе было записано, что «следует навести справки о деятельности профессора Бора и предпринять шаги, чтобы убедиться, что он несет ответственность за отсутствие утечки информации, особенно русским».

В июне 1950 года Бор обратился с «Открытым письмом» к Организации Объединенных Наций, призывая к международному сотрудничеству в области ядерной энергии. В 1950-х годах, после первого испытания Советским Союзом ядерного оружия, по предложению Бора было создано Международное агентство по атомной энергии. В 1957 году он получил первую в истории премию «Атом за мир».

После окончания войны Бор вернулся в Копенгаген 25 августа 1945 года, а 21 сентября был переизбран президентом Датской королевской академии искусств и наук. На собрании Академии 17 октября 1947 года, посвященном памяти короля Кристиана X, который умер в апреле, новый король, Фредерик IX, объявил, что награждает Бора орденом Слона. Обычно этой награды удостаивались только члены королевской семьи и главы государств, но король сказал, что это честь не только лично для Бора, но и для датской науки. Бор разработал свой собственный герб, на котором был изображен тайджиту (символ инь и ян) и девиз на латыни: contraria sunt complementa, «Противоположности дополняют друг друга».

Вторая мировая война показала, что наука, и в частности физика, теперь требует значительных финансовых и материальных ресурсов. Чтобы избежать утечки мозгов в США, двенадцать европейских стран объединились и создали ЦЕРН — исследовательскую организацию по типу национальных лабораторий США, предназначенную для реализации проектов в области большой науки, которые были бы не под силу ни одной из них в отдельности. Вскоре возникли вопросы о том, где лучше всего разместить оборудование. Бор и Крамерс считали, что идеальным местом будет Институт в Копенгагене. Пьер Оже, который организовал предварительные обсуждения, не согласился; он чувствовал, что и Бор, и его Институт уже пережили свой расцвет, и что присутствие Бора будет затмевать других. После долгих дебатов, в феврале 1952 года Бор пообещал свою поддержку ЦЕРНу, а в октябре местом проведения работ была выбрана Женева. Теоретическая группа ЦЕРН базировалась в Копенгагене, пока в 1957 году не было готово новое помещение в Женеве. Виктор Вайсскопф, который позже стал генеральным директором ЦЕРН, подытожил роль Бора, сказав, что «были и другие личности, которые начали и задумали идею ЦЕРН. Однако энтузиазма и идей других людей было бы недостаточно, если бы человек его масштаба не поддержал их.»

Тем временем скандинавские страны в 1957 году создали Северный институт теоретической физики, председателем которого стал Бор. Он также участвовал в создании Исследовательского института Рисё Датской комиссии по атомной энергии и был его первым председателем с февраля 1956 года.

Бор умер от сердечной недостаточности в своем доме в Карлсберге 18 ноября 1962 года. Он был кремирован, и его прах был захоронен на семейном участке на кладбище Ассистенс в районе Нёрребро в Копенгагене, вместе с прахом его родителей, брата Харальда и сына Кристиана. Спустя годы там же был захоронен прах его жены. 7 октября 1965 года, в день его 80-летия, Институт теоретической физики Копенгагенского университета был официально переименован в Институт Нильса Бора, как он неофициально назывался в течение многих лет.

Бор получил множество почестей и наград. Помимо Нобелевской премии, он получил медаль Хьюза в 1921 году, медаль Маттеуччи в 1923 году, медаль Франклина в 1926 году, медаль Копли в 1938 году, орден Слона в 1947 году, премию «Атомы за мир» в 1957 году и премию Соннинга в 1961 году. В 1923 году он стал иностранным членом Королевской академии искусств и наук Нидерландов, а в 1926 году — членом Королевского общества. Полувековой юбилей модели Бора был отмечен в Дании 21 ноября 1963 года почтовой маркой с изображением Бора, атома водорода и формулы для разности любых двух энергетических уровней водорода: hν=ϵ2-ϵ1{displaystyle hu =epsilon _{2}-epsilon _{1}}. Некоторые другие страны также выпустили почтовые марки с изображением Бора. В 1997 году Национальный банк Дании начал обращение 500-кроновой банкноты с портретом Бора, курящего трубку. 7 октября 2012 года, в честь 127-летия Нильса Бора, на главной странице Google появился дудл с изображением боровской модели атома водорода. В его честь был назван астероид 3948 Бор, а также лунный кратер Бор и бориум — химический элемент с атомным номером 107.

Источники