Физика

Нобелевские лауреаты: Оге Нильс Бор

Сын своего отца

Датский физик Оге Нильс Бор

Royal Danish Academy of Sciences/Wikimedia Commons/SLAC National Accelerator Laboratory/Indicator.Ru

Как получить высшую физическую награду, опровергнув, а точнее, дополнив теорию своего отца, тоже нобелевского лауреата, рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Этой историей мы уже начинали один из материалов нашей рубрики, но сегодня не грех будет и повторить.

Как-то товарищ автора статьи по учебе, ставший известным физиком-гидродинамиком, рассказывал о своем коллеге: «Знаешь, Томас мне как-то пожаловался: 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, физиолог Христиан Бор, неоднократно номинировался на Нобелевскую премию по физиологии или медицине. Так что, если бы судьбе было угодно, в семье Боров было бы четыре поколения нобелевских лауреатов. Но увы, пока что всего два поколения. О знаменитом отце нашего героя мы уже рассказали, теперь пришла очередь сына, Оге Нильса Бора, получившего свою Нобелевку по физике через 53 года после триумфа собственного отца.

Оге Нильс Бор

Родился: 19 июня 1922 года, Копенгаген, Дания.

Умер: 8 сентября 2009 года, Копенганен, Дания.

Лауреат Нобелевской премии 1975 года по физике (1/3 премии, совместно с Беном Роем Моттельсоном и Лео Джеймсом Рейнуотером). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие взаимосвязи между коллективным движением и движением отдельной частицы в атомном ядре и развитие теории строения атомного ядра, основанной на этой взаимосвязи (for the discovery of the connection between collective motion and particle motion in atomic nuclei and the development of the theory of the structure of the atomic nucleus based on this connection)».

Оге Бор родился в тот год, в котором отец его, великий датский физик Нильс Бор, получит свою Нобелевскую премию. Только премии присуждают в октябре, а это знаменательное событие в семье Боров случилось в июне.

Вот как описывал свое детство Оге в собственной автобиографии: «Замечательные ученые, которые приехали, чтобы работать с отцом, стали для нас, детей, просто «дядя Крамерс», «дядя Кляйн», «дядя Нишина», «дядя Гейзенберг», «дядя Паули» и так далее. Когда мне было около десяти лет, мои родители переехали в большой особняк около Карлсберга, куда к ним приезжали в гости ученые, художники и общественные деятели».

Хотелось бы сказать: «таким образом путь нашего героя в физику был предопределен», но биограф должен быть честен. Конечно же, все эти дяди сыграли решающее значение для того, чтобы Бор-младший стал физиком, но это не совсем так. Сыновей у Нильса и Маргарет Бор было аж шесть. Двое, Кристиан и Харальд, умерли в достаточно юном возрасте — Кристиан утонул, катаясь на лодке, Харальд погиб от менингита. Физиками стали только двое: Оге и Ханс, Эрик стал инженером-химиком, а Эрнест и вовсе адвокатом и параллельно выдающимся игроком в хоккее на траве (в 1948 году он выступал за сборную Дании на Олимпиаде в Лондоне. Напомним, что спортивность была у Боров в крови. Брат Нильса Бора, Харальд, тоже выступал на Олимпиаде, тоже в Лондоне, только в 1908 году и в качестве футболиста, а сам Нильс Бор вместе с братом защищал цвета футбольного клуба АБ Гладсаксе как вратарь).

Но так или иначе, наш герой действительно заинтересовался физикой и поступил в Копенгагенский университет в год, когда Данию оккупировала Германия. К тому времени Оге уже постепенно становился ассистентом отца — помогал ему разбирать почту и отвечать на письма, постепенно втягиваясь и в научные работы.

В 1943 году, после того как угроза ареста великого физика стала совсем уж реальной (особенно после того, как Нильс Бор в 1941 году тактично отказал Гейзенбергу помочь Германии в работе над атомной бомбой), семейству пришлось бежать в Швецию. Оттуда их бомбардировщиком перевезли в Англию, а оттуда Нильс и Оге Боры уехали в США.

В США наш герой снова помогал отцу — на сей раз в работе над американской атомной бомбой. Видимо, именно тогда он особенно заинтересовался структурой атомного ядра. В те годы господствующей теорией строения ядра атома была капельная модель, которую создал отец Оге в 1936 году. Грубо говоря, в ней предполагалось, что ядро состоит из протонов и нейтронов, которые удерживаются вместе подобно молекулам воды в капле. Распад ядра теория описывала неплохо, а вот с ядерными спектрами было похуже.

В августе 1945 года семья Боров вернулась в Копенгаген. Годом позже Оге получил степень магистра и еще через три года вернулся в США — работать в Институте фундаментальных исследований в Принстоне и в Колумбийском университете. Там его интерес к ядру возрос под влиянием еще одного нобелевского лауреата — Исидора Раби. Одновременно началось сотрудничество с американцем Джеймсом Рейнуотером, с которым, как пишут биографы, «он обсуждал фундаментальные вопросы строения атомного ядра». А обсудить было что: появилась еще одна модель строения ядра, оболочечная модель Марии Гепперт-Майер (она за свою работу тоже получит Нобелевскую премию по физике).

Эта модель «описывала движение нуклонов по независимым концентрическим орбитам, или оболочкам, внутри ядра, аналогичным электронным оболочкам в атоме. Согласно оболочечной модели, именно сумма всех сил, вызванных нуклонами, определяет поведение каждого индивидуального нуклона». Однако из эксперимента выходило, что распределение зарядов по некоторым ядрам несколько не сферично.

Рейнуотер и Бор предположили, что орбиты нуклонов могут искажаться центробежными силами. Оба засели за расчеты: Рейнуотер сам, в США, а Бор — с Бенджамином Моттельсоном в Копенгагене.

Взяв за основу выкладки Рейнуотера, Бор с Моттельсоном объединили достоинства обеих предшествующих теорий — капельной и оболочечной — и постарались исключить недостатки. В результате получилась синтетическая теория строения атомного ядра, названная коллективной. Вот как пишет об этой теории биография Оге Бора:

«В коллективной модели поверхность ядра ведет себя как поверхность капли жидкости, однако оболочечная структура подвержена деформациям, которые проявляются на поверхности в форме колебаний и вращении. Если внешняя оболочка заполнена нуклонами, утверждают Бор и Моттельсон, то ядро имеет сферическую форму, если же внешняя оболочка заполнена не до конца, то форма ядра искажается и становится дынеобразной. В таком деформированном ядре, утверждают они, будут наблюдаться новые моды колебаний и вращений, включая поверхностные волны и колебания размеров ядра».

Коллективная теория принесла коллективу своих создателей Нобелевскую премию по физике, честно поделенную на троих.

Кто номинировал Оге на Нобелевку 1975 года, мы пока что не знаем: по правилам Нобелевского комитета все номинации хранятся в тайне минимум полвека. Из открытых данных по номинациям мы знаем, что с 1961 по 1966 год Бор был номинирован шесть раз и один раз номинировал сам (в 1963 году, «нашего» Льва Ландау).

После премии Оге Бор прожил еще треть века. Он много работал и особенное внимание уделял сотрудничеству и дружбе ученых разных стран, постоянно говоря об этом (он много раз подчеркнул важность дружбы в своей Нобелевской лекции).

Сотрудничество, особенно международное, Оге Бор называл «жизненным фактором развития самой науки» и «средством укрепления знаний друг о друге и взаимопонимания между народами». Что ж, хотелось бы, чтобы как можно больше людей, принимающих решения, это понимало.