نیلز بوهر

نیلز بور

نیلز هنریک داوید بور (به دانمارکی: Niels Henrik David Bohr) (۷ اکتبر ۱۸۸۵ - ۱۸ نوامبر ۱۹۶۲، کوپنهاگ، دانمارک) دانشمندی دانمارکی بود که شهرت او بیشتر به علت ردکردن مدل اتمی ارنست رادرفورد و ابداع مدل اتمی خود است.

زندگی

دوران جوانی

نیلز هنریک دیوید بور در هفتم اکتبر سال ۱۸۸۵ میلادی در كپنهاگ دانمارك به دنیا آمد. پدر او كریستیان بور، استاد فیزیولوژی دانشگاه كپنهاگ و مادرش اِلن آلدر بور دختر یك خانوادهٔ یهودی دانماركی و سرشناس در مراكز بانكی و پارلمانی بود. خانوادهٔ بور كلیسا نمی‌رفتند ولی مادر خانواده برخلاف اینکه یهودی بود توافق كرده بود كه بچه‌ها مسیحی بار‌آورده شوند. بور در سال ۱۹۰۳ در رشتهٔ‌ فیزیك دانشگاه كپنهاگ نام‌نویسی كرد. در دانشگاه نیلز با انجام آزمایشهایی دربارهٔ‌ نیروی کشش سطحی آب و اندازه‌گیری آن نیرو، توانست خود را برتر از دیگران نشان دهد و به پاس انجام آن كار، مدال طلای آكادمی علوم و ادبیات دانمارك را به‌دست آورد. وی در سال ۱۹۱۱ با نوشتن پایان‌نامه‌ای دربارهٔ نظریهٔ الكترونی فلزات كه تأكید آن بر نارسایی‌های فیزیك كلاسیك درتوضیح رفتار ماده در سطح اتمی بود درجهٔ دكترای خود را دریافت كرد. نوشتن آن پایان‌نامه آغازی بر تحقیقات بعدی او بود.

آشنایی با رادرفورد

بور در انگلستان پس از همكاری مختصری با جوزف جان تامسون در كمبریج رهسپار آزمایشگاه رادرفورد در منچستر شد. داشتن رابطه با رادرفورد سرمشق حیات علمی بعدی او شد. آن دو از همان نخستین ملاقات با یكدیگر دوست شدند و تا پایان عمر دوستانی نزدیك باقی ماندند. در واقع رادرفورد بود كه بور را به بالاترین طراز پژوهش در زمینهٔ فیزیک آورد. بور از الگوی هسته‌ای اتم كه در سال ۱۹۱۰ توسط رادرفورد عرضه شده بود استفاده كرد تا نكات زیر را روشن سازد:

1. خواص شیمیایی یك اتم از جمله جای آن در جدول تناوبی بستگی به آرایش الكترونهای آن دارد.
2. خواص پرتوزایی با هسته مرتبط است.
3. ایزوتوپها متناظرند با اتمهایی كه دارای الكترونهای یكسان اما هسته‌های جرمی متفاوت‌اند.
4. فروپاشی پرتوزا، بار هسته و در نتیجه تعداد الكترون‌ها و هویت شیمیایی اتم را تغییر می‌دهد.

وی پس از آن توانست به رابطهٔ میان عدد اتمی یك عنصر، كه فشرده و خلاصه‌ای از رفتار شیمیایی آن به‌شمار می‌رود و تعداد الكترون‌های موجود در اتم پی‌برد. بور در سال ۱۹۱۲ به دانمارك بازگشت و به سمت دانشیاری فیزیك دانشگاه كپنهاك منصوب شد. او پس از شكل‌گیری حرفهٔ آینده‌اش در كپنهاك با مارگارت نورلند ازدواج كرد. نتیجه این ازدواج شش فرزند پسر بود كه چهارتن از آنها به سن بلوغ و بالاتر از آن رسیدند. در سال ۱۹۱۳ پس از آنکه مدل اتمی بور با استقبال روبرو شد و با حمایت رادرفورد به عنوان نظریهٔ جدید پذیرفته شد. وی توانست سه مقاله دربارهٔ ساختار اتم منتشر كند كه یكی از آنها مقالهٔ «دربارهٔ ساختمان اتم و مولكول» بود. بور سال‌های ۱۹۱۴ تا ۱۹۱۶ را در منچستر گذرانید و یكبار دیگر در آنجا تحت حمایت رادرفورد به كار پرداخت. پس از آن در سال ۱۹۱۶ تصدی كرسی استادی فیزیك دانشگاه كپنهاك به او پیشنهاد شد. وی به قصد قبول آن به دانمارك بازگشت و تا پایان عمر مدیر آن مؤسسه باقی ماند.

فعالیت‌های بین‌المللی: فرهنگستان علوم سوئد در نوامبر سال ۱۹۲۲ جایزهٔ نوبل فیزیك را به نیلز بور اعطاء كرد. او ششمین دانماركی و نخستین فیزیكدان دانماركی بود كه به آن نشان افتخار دست می‌یافت. بور در دههٔ ۱۹۳۰ ضمن ادامهٔ كار برروی نظریهٔ كوانتومی، سهمی نیز در پیش‌برد زمینهٔ جدید فیزیك هسته ای داشت. برداشت او از هستهٔ اتم كه وی آن را به "قطره‌ای مایع" تشبیه كرد، قدم مهمی در راه درك پدیده‌های هسته‌ای بسیاری شد. مدل او به‌ویژه در درك نحوهٔ شكافت هستهٔ اتم كه در سال ۱۹۳۹ مشاهده شد نقشی كلیدی داشت. پس از جنگ جهانی دوم، بور به منظور محدود ساختن خطرات جنگ هسته‌ای در ماه ژوئن ۱۹۵۰ نامهٔ سرگشاده‌ای خطاب به سازمان ملل متحد نوشت و درخواست خویش مبنی بر ایجاد یك «دنیای آزاد» را به عنوان پیش‌شرط صلح تكرار كرد وی پیش از این نیز در زمینهٔ صلح بین‌الملی تلاش کرده بود. از جمله فعالیت‌های علمی بعدی او می‌توان به نقش رهبرانهٔ او در سال ۱۹۵۵ در سامان دادن به مؤسسه‌ای دانماركی برای استفادهٔ سازنده از كار‌مایهٔ هسته‌ای اشاره کرد.

سال‌های پایانی زندگی

بور در سالهای پایانی عمر خود در عرصهٔ دانش فیزیك بیشتر یك تماشاگر بود تا یك ایفا كنندهٔ نقش، با این حال هنوز در ایجاد یك جو اخلاقی قوی در جامعه تلاش می‌كرد. او در دورهٔ اشتغال خود به دو نسل فیزیكدان اثر گذاشت، به روش برخورد آنها با مسائل علمی شكل‌داد و برای نشان‌دادن راه درست زیستن به انسان دانش‌پژوه الگویی از شخص خود ارائه کرد. بور در ۱۸ نوامبر سال ۱۹۶۲ در سن هفتاد و هفت سالگی در كپنهاك درگذشت. وی شخصیت علمی بسیار محبوبی بود كه پس از مرگش جهان متمدن یكسر در سوگ فرو رفت. بور فردی ممتاز در زندگی حرفه‌ای و انسان‌دوست از نظر روحی بود.

نظریه اتمی

بور در پی استقرار در كپنهاك به اندیشه دربارهٔ جنبه‌های نظری مدل اتم هسته‌دار رادرفورد ادامه داد. این مدل مانند منظومهٔ شمسی بسیار كوچك بود یعنی هسته‌ای در مرکز، به مثابهٔ خورشید و الكترون‌هایی در حال گردش به گرد آن به مثابهٔ سیاره‌ها، فیزیكدانان طرح کلی آن را پذیرفته بودند اما در آن اشكال بزرگی كه امروزه آن را ناهنجاری می‌خوانند می‌دیدند. به موجب نظریهٔ الكترومغناطیس، ذرهٔ باردار و چرخانی مانند الكترون باید در هر دور گردش مقداری انرژی به صورت تابش پخش کند و در نتیجه بخشی از انرژی خود را از دست بدهد. طبق تئوری در چنین حالتی دایرهٔ مسیر باید مارپیچ‌وار تنگ و تنگ‌تر شود و الكترون سرانجام به درون هسته سقوط كند اما این وضع پیش نیامده و الكترون‌ها به داخل هسته فرو نمی‌ریزند و اتم به مدت نامحدود پایدار باقی می‌ماند. چنین ناهنجاری در رفتار الکترون مغایر با پیش‌بینی نظریهٔ الكترومغناطیس بود. بور برای یافتن توضیح مسأله شیوهٔ تازه‌ای به كار برد و گفت: تئوری بی تئوری. الكترون تا زمانی كه به چرخش ادامه می‌دهد هیچ تابشی از خود به بیرون نمی‌فرستد. او این را در حالی می‌گفت كه نظریه و شواهد آزمایشگاهی، هر دو، نشان می‌دادند كه وقتی هیدروژن حرارت ببیند از خود نور تابش می‌كند و عقیده این بود كه آن نور از الكترون اتم هم تابش می‌شود. بور در سال ۱۹۱۳ با آن روش به تجسم ساختاری برای اتم دست یافت. بور در توضیح چگونگی رفتار الكترون اظهار داشت كه الكترون در رفتن از مداری به مدار دیگر انرژی، بصورت بسته یا پیمانه‌هایی از انرژی تشعشعی جذب یا تابش می‌كند (چیزی كه امروزه فوتون یا كوانتوم نور نامیده می‌شود). هرچه طول موج تابیده كمتر باشد انرژی فوتون آن بیشتر است. هیدروژن سه خط طیفی روشن به رنگهای قرمز، سبز متمایل به آبی و آبی دارد. بور تشریح كرد كه این خطوط رنگی واضح طیف همان تابش‌های اتم هیدروژن‌اند. نور قرمز هنگامی تابش می‌شود كه الكترون از مدار سوم به مدار دوم بجهد و نور سبز متمایل به آب‌ی مربوط به جهش الكترون از مدار چهارم به دوم است. در آغاز بسیاری از فیزیكدانان مسن‌تر از جمله ج.ج تامسون دربارهٔ درستی نظریهٔ بور تردید كردند اما رادرفورد از حامیان آن شد بطوریكه نظریهٔ جدید سرانجام پذیرفته شد.

مشکلات نظریهٔ بور

سه مشکل عمدهٔ نظریهٔ بور به بیان ساده به شرح زیر می‌باشد:

1. در نظریهٔ بور توضیحی برای چگونگی پخش جمعیّت الکترون‌های اتم‌های چند الکترونی وجود نداشت. یعنی معلوم نبود که چند الکترون در هر مدار قرار می‌گیرند. این از بابت آن بود که آزمایش‌های او روی اتم هیدروژن که تک‌الکترونی است صورت گرفته بود.

2. وضعیت مدارهای مجاز(پایدار) در نظریهٔ بور مشخص نیست. به این معنا که معلوم نیست که زاویه دارند یا در یک صفحه قرار گرفته‌اند.

3. در ضمن الزامی نیست که مداری با بیشترین شعاع، دارای بیشترین انرژی هم باشد در حالی که بور عکس این مطلب را گفته بود.

منبع

ویکی بدیا