书城自然科学站在巨人肩上-从汤姆生谈粒子物理学
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第10章 玻尔简介

我坚持奋战五十余年,致力于科学的发展。用一个词可以道出我最艰辛的工作特点,这个词就是“失败”。

谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂。

——玻尔

1922年11月,丹麦首都哥本哈根显得格外喧闹。从国王到普通市民,都是兴高采烈,喜气洋洋。街头巷尾,人们议论纷纷……

原来,人们得知从瑞典斯德哥尔摩传来的特大新闻:哥本哈根大学教授尼尔斯·玻尔荣获1922年度的诺贝尔物理学奖。

玻尔是丹麦第一个诺贝尔奖获得者。一个小小的国家,能在科学研究的某一领域达到世界最先进的水平,获得举世瞩目的奖赏,这怎么能不使人高兴呢?

12月10日,颁发诺贝尔奖的日子到了。斯德哥尔摩的大街上积雪很深,寒冷异常,天空阴云低垂,日光暗淡。但是,恶劣的天气并没有冲淡喜庆,飘扬在斯德哥尔摩上空的蓝色国旗,装点着科学历史上的伟大的一天。

授奖仪式在欢快的乐曲中开始了。下午4时30分,在庄严的旋律声中服饰鲜明的与会者闻声起立。玻尔跟在瑞典国王及皇室成员慢慢步入会场。国王和皇室成员在第一排的金色扶手椅上就座;玻尔则走上一道台阶,坐到簇拥着鲜花的台上。一位著名的瑞典科学家一板一眼地宣读:尼尔斯·玻尔因对原子结构和原子放射性问题的研究做出重大贡献,荣获诺贝尔物理学奖。玻尔走下台来,沿着富丽的东方地毯走到国王面前,从国王手中接过一份皮制证书、一枚装在皮夹里的金质奖章和一个装着奖金的信封。从这时起,玻尔成了名副其实的诺贝尔奖获得者、举世公认的大科学家,这时玻尔教授只有37岁。

1885年10月7日,玻尔出生在丹麦首都哥本哈根的一个知识分子家庭。他的父亲克利斯提安·玻尔是位著名的科学家,在哥本哈根大学担任生理学教授;母亲是一位有知识的犹太人。他从小就生活在学术气氛浓厚的家庭环境中。父亲身为丹麦皇家科学院文学院的院士,首都知识界的中心人物,家里常常聚集着一批著名的科学家、学者以及各方面的权威人士。他们常常讨论重要的科学和哲学话题。聚会时,玻尔和弟弟哈拉尔德·玻尔总在旁边静静的聆听,他们哥俩从小就接触到了丹麦乃至欧洲的最优秀的哲学和科学思想,因而使他从小就形成了一套最佳的科学思维方法。弟弟哈拉尔德·玻尔后来也成了一位著名的数学家。

玻尔在父亲的影响和教育下,从小就对自然科学产生了浓厚的兴趣。在学校里,他一直是位成绩优秀的学生,读中学时,他的父亲就开始指导他做一些物理小实验,使他养成了善于观察和思考的性格。高中时,他所学的东西就超出了课本的范围。因此,使他在哥本哈根大学学习期间,表现出超群的才华和出众的科学研究能力,因此,他大学二年级时,就被任用为教授的助手。

1905年,丹麦皇家科学院贴出的一张告示引来了很多人在住足观看。

“这个题目实在太难了。”大家在纷纷议论后,一个一个地离开了这里。

的确,这是个几乎没有人着手进行研究的课题。玻尔上前一看,这个告示的内容是:悬赏征求有关液体表面张力的论文,要求通过实验证明英国著名物理学家瑞利勋爵提出的关于液体表面张力的计算方法。作为哥本哈根大学二年级学生,这个问题当然是极其困难的。然而,玻尔却决定参加这场科学研究的争夺战。

他征得父亲的同意,利用父亲的实验室进行了这一具有重要意义的实验。没有实验设备,他就亲自制作,克服了许多困难,不知度过了多少个不眠之夜,实验、计算……

经过无数次实验后,玻尔终于得出了结论,写成了论文“用液流振动法测定水的表面张力”。他指出:为了定量测出液流的表面张力,只考虑液流的流速、横截面积和波长是不够的,还要考虑液流的黏滞性和周围空气的作用等一系列的因素。从而发展了瑞利的理论,荣获科学院颁发的金质奖章。当时,人们怎么也没想到,这篇论文竟为35年后的原子结构的研究提供了重要线索,同时还为原子弹和核能的发展奠定了基础。

1910年,25岁的玻尔完成了“金属电子理论的研究”的论文,获得博士学位。他改进了汤姆生和洛伦兹的研究方法,并且第一次接触到普朗克的量子假设。

大学毕业后,为了继续深造,年轻的玻尔带着关于电子理论的学位论文来到剑桥大学,希望拜电子发现者约翰·汤姆生为师。但一到剑桥,玻尔的希望顷刻变成了泡影,因为老汤姆生对这一课题早已失去了兴趣,不愿意收他做徒弟。于是,他就来到曼彻斯特,投奔当时最伟大的物理学家卢瑟福。

卢瑟福凭着自己敏锐的判断力,很快觉察到这个腼腆谦虚的青年,是一个非同凡响的人才。他十分愉快地把玻尔留在了自己的身边。正是因为有卢瑟福的指导,玻尔很快在科学的光明大道上驰骋。