Нильс Бор, пионер

Нильс Бор известен как один из пионеров особой области физики, а именно квантовой механики. Неутомимый датчанин обладал невиданным упорством и очень острым и живым умом, как в научном, так и в политическом плане. Кеннислинк дал «вымышленное интервью» влиятельному мыслителю из Копенгагена.

Нильс Бор был первым, кто глубоко разобрался в мельчайших частицах:он понял, что для описания мельчайших строительных блоков природы – частиц, образующих внутреннюю структуру атомов – должны применяться совершенно иные законы природы, чем для хорошо известного, «большой» мир вокруг нас.

Помимо своей новаторской научной работы, он был заядлым спортсменом и, особенно в конце своей жизни, посвятил себя миру без ядерного оружия.

Господин Бор, вас назвали одним из самых влиятельных учёных двадцатого века. Когда вы впервые соприкоснулись с миром науки? «Я обязан этим еженедельному чат-клубу моего отца, который был профессором медицины в Копенгагенском университете.

Каждую пятницу вечером к нам приходили самые разные друзья-ученые, и происходила дискуссия на высоком уровне по всем аспектам науки. Мне и моему брату Харальду разрешили там находиться. Не то чтобы мы все поняли, но было безумно интересно! Более того, нас еще воспитывали со всевозможными прогрессивными идеями о политике, за что я до сих пор благодарен своему отцу."

Ваш брат Харальд был на полтора года моложе вас, но закончил учебу быстрее (по математике) и получил докторскую степень раньше, чем вы. Но после вашего повышения ваша карьера внезапно пошла в гору, как это произошло?" «В 1912 году я встретил блестящего экспериментатора Эрнеста Резерфорда. После экспериментов с альфа-частицами он предположил, что атом должен состоять из положительно заряженного ядра, вокруг которого кружатся электроны. На самом деле это крошечная солнечная система. Но с этой моделью была большая проблема. Частица, движущаяся вокруг ядра, почти сразу потеряла бы всю свою энергию и столкнулась бы с ядром. Атом, как предположил Резерфорд, был нестабильным. Кроме того, модель не объяснила, почему каждый элемент имеет уникальный световой спектр. Мне удалось решить эту проблему два года спустя!»

В вашей диссертации Исследования по электронной теории металлов В 1911 году вы писали, что больше не считаете классическую физику подходящей для атомного уровня. Вы искали решение совсем в другом направлении? «Действительно. Представьте себе это так:электроны не могут находиться на всех возможных орбитах вокруг атомного ядра, а только на фиксированных энергетических уровнях. Когда электрон поглощает энергию, он может временно перейти на более высокий энергетический уровень. Когда он отскакивает назад, он излучает энергию в форме легкой частицы (фотона). Этот переход называется квантовым скачком. Проверить мою теорию экспериментально было невозможно, но он объяснил уникальные световые спектры атомов и объяснил, почему атомы действительно стабильны».

Теория, не подтвержденная экспериментами? Это было смело в начале двадцатого века… «Надежно! И я могу говорить об этом часами. У меня не было экспериментальных данных, но моя теория могла объяснить все виды явлений, которые иначе были бы необъяснимы. Мое решение сработало, и это главное! Но скоро состоится важный футбольный матч. по телевидению, которое я не хочу пропустить, так что давайте продолжим интервью».

Вы такой спортсмен? «Я прежде всего фанатичный футболист. Я много лет был в воротах «Академиска Болдклуба», одного из лучших клубов моей родной Дании. К сожалению, мне так и не удалось сыграть в сборной. Мой брат Харальд знает. Он играл в составе сборной Дании, завоевавшей серебро на Олимпийских играх 1908 года.

Кстати, в хорошую погоду я тоже люблю посидеть на Чите. парусник нашей семьи. Те дни с моей женой Маргартой и нашими сыновьями на воде были замечательными… Я предпочитаю не говорить об этом слишком долго, потому что тогда я становлюсь очень эмоциональным. Мой старший сын погиб в катастрофе. Итак, давайте вместо этого вернемся к науке. К счастью, другим моим сыновьям повезло лучше. Знаете ли вы, что другой мой сын, Оге Бор, тоже успешный физик? Иногда я вижу, как он получает Нобелевскую премию…

Ну, вполне возможно. Вы сами получили Нобелевскую премию в 1922 году за исследования структуры атомов и излучения. Можете ли вы рассказать нам об этом подробнее? «Посмотрите, простой атом водорода состоит из ядра и только одного электрона вокруг него. В этом случае идея фиксированных энергетических уровней и квантовых скачков все еще осуществима. С атомами с большим количеством электронов все быстро становится чрезвычайно сложным».

«Между 1913 и 1922 годами я в основном работал над развитием своих идей об атомах с большим количеством электронов вокруг ядра. Например, я обнаружил, что в некоторых сложных атомах самые внешние электроны имеют эллиптические орбиты. В конце концов я смог объяснить свойства элементов (согласно таблице Менделеева, ред.) с помощью моей квантовой теории».

«Теперь, когда я думаю об этом, это было хорошее время. Особенно когда в 1922 году я стал директором собственного Института Нильса Бора в Копенгагене. Там мы действительно выясняли, что именно означает квантовая теория. Странное поведение частиц на атомном уровне было в то время чем-то совершенно новым».

С какими проблемами столкнулись вы и ваши коллеги в Копенгагене? «Всевозможные проблемы, но главная проблема заключалась в том, что мы в основном понимали свет как электромагнитную волну. Несколькими годами ранее великий Альберт Эйнштейн уже осознал, что свет также обладает свойствами частиц. Фотон, высвободившийся во время квантового скачка, явно обладал свойствами частицы. Так был ли свет частицей или волной? Казалось возможным сделать и то, и другое. Мой младший коллега Вернер Гейзенберг выдвинул теорию, описывающую поведение света как частицы, а австриец Эрвин Шрёдингер дал эквивалентную формулу для волновых явлений. Две теории, обе, казалось, описывали совершенно разную реальность. Мы сначала этого не поняли!"

Правда ли, что вы регулярно будили по ночам Гейзенберга, жившего в мансарде вашего института, чтобы обсудить эту проблему? «Надежно. Мы оба не смогли этого вынести! В конце концов мы оба пришли к собственному решению. Гейзенберг придумал свой знаменитый принцип неопределенности. Это означает, что невозможно измерить все свойства квантовой частицы – например, фотона. – с одинаковой точностью, чем точнее вы измеряете положение, тем менее точно вы можете измерить скорость. Это также справедливо:если вы измеряете аспекты частицы, вся информация о волновых аспектах теряется.

Подход Гейзенберга был основан исключительно на математических принципах. Но я думаю, что квантовая механика также имела важные философские последствия. В моей интерпретации не существует независимой реальности кроме нашего восприятия. Наблюдаемое явление и средства измерения составляют как бы одно целое. Фотон или электрон – это – в зависимости от эксперимента – волна или частица. Я называю это взаимодополняемостью:свойства волн и свойств частиц дополняют друг друга, но никогда не могут наблюдаться одновременно».

«В целом можно сказать, что частица – до того, как ее измерить – имеет волну вероятности возможных свойств является. Тогда вы сможете сказать что-то о частице только с точки зрения вычисления вероятности. ».

Я могу себе представить, что впоследствии вы услышали некоторую критику по этому поводу… «Да, и что немаловажно! Альберт Эйнштейн не согласился с нашей «копенгагенской интерпретацией». То есть он не рассматривал квантовую механику как полное описание природы. Больше всего его беспокоило то, что не будет реальности, независимой от восприятия. С помощью всевозможных мысленных экспериментов он пытался показать, что квантовая механика неполна. Мне удалось опровергнуть эти эксперименты один за другим. Но вы уже говорили с ним для этой колонки, он, должно быть, уже рассказал свою точку зрения».

Да, его история теперь известна. Кстати, вам будет приятно, что ваша копенгагенская интерпретация до сих пор пользуется широкой поддержкой среди физиков в 2012 году! "Фантастика! Я знал, что моя интерпретация этого странного квантового мира была лучшей!"

Говорят, что вы участвовали в Манхэттенском проекте, американском проекте по созданию атомной бомбы. Почему ты это сделал? «Я бежал из Дании в 1943 году из-за нацистской оккупации. Затем я оказался в Англии через Швецию. Позже я поехал в Америку, потому что хотел помочь предотвратить гонку ядерных вооружений! Им действительно не нужно было, чтобы я разработал эту бомбу. Я разговаривал с президентом Рузвельтом и указал ему, что ядерное оружие создает чрезвычайно опасную ситуацию для человечества. Поскольку ядерное оружие представляет равную угрозу для всех стран, оно дает уникальную возможность достичь глобального соглашения о его неиспользовании.

Условием такого соглашения был естественный свободный доступ к научной информации. Мой идеал открытого мира мог бы предотвратить гонку вооружений. К сожалению, высокопоставленные лица – Рузвельт и, в частности, премьер-министр Великобритании Черчилль – думали иначе. Результат известен."

Хотели бы вы рассказать что-нибудь о вашей встрече с Гейзенбергом в Копенгагене в 1941 году? Ходят слухи, что он пытался уговорить вас сотрудничать в разработке ядерного оружия для немцев. «Ну, многие люди спрашивали меня об этом в последние годы, но я решил никогда больше об этом не говорить…

Тогда нам придется обойтись исторической реконструкцией еженедельника. Как вы думаете, это хорошая реконструкция? «Извините, но я действительно ничего об этом не говорю».