Нобелевские лауреаты: Нильс Бор. Физик и футболист

Почему у сына и внука нобелевских лауреатов нет шансов на премию, измерял ли Нильс Бор высоту здания барометром на самом деле, играл ли он за сборную Дании по футболу и какой российский нобелиат может сказать ему спасибо за свою премию, читайте в рубрике «Как получить Нобелевку».

Как-то товарищ автора статьи по учебе, ставший известным физиком-гидродинамиком, рассказывал о своем коллеге: «Знаешь, Томас мне как-то пожаловался, что уже то, что его отцу дали Нобелевскую премию, практически ставит крест на его собственных шансах на Нобелевку. А уж то, что в семье есть знаменитый дед, делает эти шансы строго нулевыми». И действительно, и отец, и дед Томаса Бора стали нобелевскими лауреатами. А ведь, как мы знаем теперь, и прадед его номинировался на Нобелевскую премию по физиологии или медицине. Так что, если бы судьбе было угодно, в семье Боров было бы четыре поколения нобелевских лауреатов. Сегодня наша рубрика дошла до первого из увенчанных Боров.

Нильс Хендрик Давид Бор

Родился 7 октября 1885 года, Копенгаген, Дания

Умер 18 ноября 1962 года, Копенгаген, Дания.

Нобелевская премия по физике 1922 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За заслуги в исследовании строения атомов и испускаемого ими излучения».

Нильс Бор родился в семье очень талантливого ученого Христиана Харальда Лаурица Петера Эмиля Бора — крупного физиолога и специалиста по химии дыхания. Христиан открыл так называемый эффект Бора, суть которого заключается в том, что кривая насыщения крови гемоглобином зависит от кислотности крови. За свои исследования отец Нильса трижды номинировался на Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Нужно сказать, что семья Боров вообще была исключительно талантлива и одарена во всем. Взять хотя бы брата Нильса, Харальда. Он не только стал математиком, но и был очень сильным датским футболистом. Впрочем, Нильс в юности тоже был приличным вратарем: в одно время Харальд и Нильс оба играли за датский футбольный клуб Akademisk Boldklub Gladsaxe (этот профессиональный футбольный клуб и поныне выступает во втором дивизионе Датской футбольной лиги). А вот байка о том, что будущий нобелиат играл за сборную Данию по футболу — неправда. Не играл, в отличие от Харальда, который с датской командой на олимпиаде 1908 года в Лондоне дошел до полуфинала.

Нильс Бор был неординарным ребенком. Уже в школе он активно интересовался физикой, математикой и философией: гости и друзья отца были соответствующие. Например, известный датский философ Харальд Геффтинг или специалист по скандинавско-славянским связям, лингвист Вильгельм Томсен.

В 1903 году он поступил в Копенгагенский университет, и первая же его крупная исследовательская работа по измерению поверхностного натяжения воды по колебанию водной струи удостоилась Золотой медали Датской королевской академии наук (1905). Это была чисто теоретическая работа, но в последующие два года Бор оккупировал физиологическую лабораторию отца и дополнил работу экспериментальной частью.

Пользуясь случаем, хочется развеять давно гуляющую по Интернету байку о том, как студент-Бор поставил на место профессора физики в университете (видимо, Кристиана Кристиансена, в 1884 году подтвердившего закон Стефана-Больцмана – в те годы он был единственным профессором физики), и как его поддержал Резерфорд, к которому Бор со своим профессором обратились в качестве третейского судьи.

В истории рассказывается, как студент Бор отказывался решать «скучную» физическую задачу о том, как измерить высоту башни при помощи барометра стандартным методом (измерить давление у подножия и на вершине), а предлагал другие, «издевательские» — бросить барометр с башни и замерить время падения, измерить тень, отбрасываемую барометром и тень, отбрасываемую башней, и сам барометр – и по пропорции узнать высоту башни, и даже обменять барометр на информацию о высоте башни у смотрителя здания.

Доверимся словам самого Бора – он в 1953 году опубликовал статью памяти друга: «Впервые мне посчастливилось видеть и слышать Резерфорда осенью 1911 г., когда, закончив университет в Копенгагене, я работал в Кэмбридже у Дж. Дж. Томсона, а Резерфорд приехал из Манчестера, чтобы выступить на ежегодном Кавендишском обеде». При этом даже тогда Бор с Резерфордом не познакомились, а «дружить семьями» они начали двумя годами позже.

В 1910 году Бор стал магистром. Одновременно с получением последней «учебной» степени, в жизни будущего нобелиата случилось и еще одно важное событие: он познакомился с Маргрет Норлунд, сестрой математика Нильса Норлунда. В 1912 году они зарегистрируют свой брак.

В 1911 году Бор защитил докторскую диссертацию – и снова блестяще, и снова его работа представляла самостоятельный и очень сильный труд, на сей раз – по электронной теории металлов. Попутно он доказал теорему статистической механики, из которой следовало, что суммарный магнитный момент любой совокупности электрических зарядов, которые движутся в электрическом поле по законам классической механики, равен нулю (в 1919 году эту теорему независимо от Бора докажет датская же женщина физик, Хендрика Йоханна ван Левен, и теорема получит название теоремы Бора – ван Левен).

Из теоремы Бора-ван Левен следовал один важный вывод: в рамках классической физики объяснить магнитные свойства металлов не получится. Так что диссертация Бора стала первым шагом великого физика к «квантовому откровению».

В том же 1911 году Бор получает стипендию в 2500 крон для стажировки за границей. И, естественно, едет в столицу мировой физики – Великобританию, в Кавендишскую лабораторию. Работать под руководством учителя и воспитателя многих нобелевских лауреатов, сэра Джозефа Джона Томсона. И получает жестокий удар – приехав, молодой ученый «с колес» находит ошибку в вычислениях своего наставника, сообщает ему и…

«Я был разочарован, Томсона не заинтересовало то, что его вычисления оказались неверными. В этом была и моя вина. Я недостаточно хорошо знал английский и потому не мог объясниться… Томсон был гением, который, на самом деле, указал путь всем… В целом, работать в Кембридже было очень интересно, но это было абсолютно бесполезным занятием», — так пишет Бор о своем начальнике.

Ученому стало ясно, что сейчас самое интересное происходит в Манчестере, где творит другой ученик Томсона – Резерфорд. Нужно сказать, что за два года до приезда Бора в Англию Резерфорд, уже нобелевский лауреат, делает свое знаменитое открытие – строение ядра атома. В лаборатории только о том и говорили: какие последствия для физики повлечет за собой это открытие.

Собственно, первые последствия случились уже в том же, знаковом для Бора, 1911 году: Резерфорд опубликовал статью о своей планетарной модели атома, согласно которой вокруг крошечного ядра, подобно планетам вокруг Солнца, вращались электроны. Но поскольку ядро в модели Резерфорда заряжено положительно, а электроны – отрицательно, то возникал вопрос: как электроны не падают на него. По всем правилам классической механики и законам электромагнитного взаимодействия должно было происходить именно так.

Работа у Резерфорда в Манчестере заставила Бора работать над разрешением сложившегося противоречия. Вообще, наставничество «Крокодила» (так прозвали новозеландца физики) стало для Бора очень важным толчком к развитию. Впоследствии Бор даже писал, что Резерфорд стал для него вторым отцом.

Поработав с Резерфордом, Бор вернулся в Копенгаген – преподавать в университете и жениться. Во время свадебного путешествия молодая семья заехала в гости к Резерфордам, и с тех пор научное сотрудничество дополнилось семейной дружбой.

Свою гениальную догадку Бор сделал в 1913 году, когда познакомился с формулой Бальмера, описывающей серию спектральных линий атома водорода. Бор понял: существуют орбиты, на которых электроны не теряют энергию. И таких орбит строго определенное количество, переходя с орбиты на орбиту электрон излучает или поглощает энергию, равную разнице энергий орбит, то есть – квантованно.

В 1913 году увидели свет три части статьи Бора «О строении атомов и молекул», которые описывали объединенную квантовую модель атома Бора-Резерфорда. Что любопытно – статья вышла в философском журнале, Philosophical Magazine. С той поры и началось триумфальное шествие Бора по миру физики. Достаточно вспомнить две цитаты о его теории, ставшие классическими.

«Все мои попытки приспособить теоретические основы физики к этим результатам [то есть следствиям закона Планка для излучения черного тела] потерпели полную неудачу. Это было так, точно из-под ног ушла земля и нигде не было видно твердой почвы, на которой можно было бы строить. Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточным, чтобы позволить Бору — человеку с гениальной интуицией и тонким чутьем — найти главные законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, включая их значение для химии. Это мне кажется чудом и теперь. Это наивысшая музыкальность в области мысли».

Угадали автора? Правильно, кто еще мог говорить о музыкальности мысли, как не великий Альберт Эйнштейн.

Неудивительно, что Нобелевская премия Бору досталась сравнительно быстро – через девять лет после создания его теории. Любопытно, что одним из тех, кто номинировал Бора на Нобеля в том самом 1922 году, был первый нобелевский лауреат по физике, Вильгельм Конрад Рентген. Сам Бор тоже активно номинировал физиков на премию. Среди его кандидатов — Эйнштейн, Петр Капица (целых четыре раза, и все безуспешно), и именно в заслугу Бору можно поставить нобелевскую премию другому нашему выдающемуся физику – Льву Ландау, его Бор номинировал трижды.

Еще один любопытный факт: как раз во время получения Нобелевской премии Бор был занят очень важной работой – объяснял периодическую таблицу Менделеева с позиций своей модели атома. Именно за этот труд в 1929 году Бора номинировали и на Нобелевскую премию по химии, но не судьба.

Бор прожил после Нобелевской премии сорок лет. Сорок лет активной научной деятельности (он работал на высочайшем уровне все годы жизни) – и сорок лет активной общественной деятельности. Можно много рассказывать о его борьбе с нацизмом (в том числе и то, что он отверг предложение Гейзенберга помочь Германии с разработкой атомного оружия), о том, как он устраивал жизни бежавших из Третьего Рейха ученых, о том, как он едва ли не первым из ученых (еще в 1944 году!) призывал президента Рузвельта добиваться полного запрета еще не созданного ядерного оружия…

Можно рассказать о его сыне (впрочем, об Оге Боре мы расскажем в свое время). Можно написать статью о введенном Бором принципе соответствия, согласно которому наличие переходов между стационарными состояниями, которые сопровождаются излучением, связано с гармоническими компонентами колебания в движении атома, определяющими в классической теории свойства излучения, испускаемого вследствие движения частицы и о том, как он пытался распространить этот принцип и на другие науки, включая биологию.

А можно рассказать историю синтеза химических элементов за номерами 105, который предварительно назывался нильсборием, а затем стал дубнием, и 107, в названии которого – «борий» — все-таки увековечили память создателя теории строения атома. Пожалуй, это третий герой нашей рубрики, после Макса Планка и Альберта Эйнштейна, о котором невозможно рассказать удовлетворительно, даже написав о нем книгу.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.