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| | 玻尔
| | | | 76．哥本哈根学派的领袖
[丹麦1玻尔(1885—1962)
1927年10月，第五届索尔维代表大会在布鲁塞尔召开。会上，
一位物理学家提出的对量子力学的诠释，遭到了爱因斯坦的强烈驳
难。作为一代科学宗师的爱因斯坦，对这位物理学家提出的量子力
学的相关理论表示不能容忍、爱因斯坦批评他对统计解释是“掷骰
子”，抨击“测不准原理”和“互补原理”是“绥靖哲学”。这位科学家没
有就此放弃自己的观点，而是坚持“是真是假，自己干千再说”。从此
以后，他在各个阶段的工作都是以对于爱因斯坦敏感的反对和驳斥
为特征的。这位科学家就是丹麦的大物理学家玻尔。他和爱因斯坦
的学术论战也成为著名的科学史话。
雏鹰初展翅
尼尔斯·玻尔(NielsHeniikDavidBohr)是丹麦原子物理奠基人。
1885年l0月7日玻尔生于哥本哈根一个富裕的知识分子家庭。他
的父亲克里斯坦·玻尔是哥本哈根大学的一位才华横溢的生理学教
授．思想开明；母亲艾伦·艾德勒则出身于一个在银行界、政治界、古
典语言学及进步教育事业中享有声望的富裕的犹太人家族，温柔谦
和：夫妻俩允许孩子的天赋充分地发展。还在玻尔上中学时，父亲
发现了这个行动缓慢、做事专心的孩子在物理学上的天赋，就尽力启
发他对物理学的兴趣。并且，还经常和朋友们就科学、哲学、文学和
政治问题进行有趣的多方面讨论，并允许孩子们旁听。在这种氛围
下，玻尔和弟弟海拉德·玻尔自由地发展自己的个性，一天天地茁壮
成长起来。
7岁时，玻尔进了伽莫霍姆学校(中小学一贯制)。他在学校里
各门功课都学得很好，只有作文是例外。按照学校的要求，一篇文章
总要先有一段引子，最后还要专门有个结尾，这可一点也不合玻尔的
口味。玻尔的文章总是以综述开始，一直发展到文章结束，没有什么
正式的起承转合。有一次，老师叫他写一篇题为“自然力在家庭中的
应用”的文章，这个题目对于这位未来的科学家来说，分量未免太重
了?他在文中做了这样反抗式的结尾：“我们家里不用自然力。”
当玻尔升到高年级，开始学习数学和物理时，他的才能开始被大
众所瞩目。1903年，立志献身于物理学的玻尔考入哥本哈根大学数
学和自然科学系。尽管有哲学、认识沦和足球的诱惑，玻尔的主要兴
趣还是在物理学上，在不搞哲学和看足球时，他总喜欢呆在实验室，
很快就以理解力不一般而出众。1906年，他用自己研制的实验装
置，通过对实验结果的深入分析，完成了论文《用液流振动法测定水
的表面张力》，并获得哥本哈根科学院颁发的金质奖章。当时，他还
是个在校大学生。两年以后，他提交的论文发表在伦敦皇家学会的
《哲学学报》上，更显示了玻尔这项工作的成就。
正当玻尔学习物理的时候，科学正经历着迅速的变化和发展。
19世纪末，剑桥大学的J．J．汤姆逊发现一细束阴极射线能在电场和
磁场中弯曲。看起来，这束射线是由迄今人们所不知道的质量比最
轻的原子还小的微粒组成的。尽管这一发现在当时被认为只有理论
上的意义，但全世界已开始研究起这一后来被荷兰人洛伦兹称为“电
子”的微粒来。玻尔跟上了时代科研的潮流，他的硕士论文以及后来
的博士论文都是研究洛伦兹的电子论。1911年，玻尔写成了题为
《金属电子论研究》的博士论文，详细地分析了金属的导电性、传热性
和磁性。当时，玻尔的博士论文答辩会引起了广泛关注。一家报纸
报道说：“尼尔斯·玻尔所写的内容，所提出的问题都太新颖，太不寻
常了，以至于没有人能够对他提出问题。”
年轻好学的玻尔没有停留于此。当他得知他将得到特别奖学
金、到剑桥大学跟当时最有权威的物理学家汤姆逊见习一年的消息
时，玻尔欣喜若狂。因为，科学的未来在那里，自己的未来也应在那
里。然而，现实的情况不容他乐观：汤姆逊对玻尔所提出的课题已不
感兴趣，并且鉴别不了玻尔沦文的重要性!尽管如此，留在卡文迪许
实验室的他仍竭力进行实验工作，同时从事自己的理论研究。
量子物理体系的总设计师
1912年春，玻尔移居曼彻斯特，来到卢瑟福建立的生机勃勃的
实验室。在这里，玻尔专心致志，为他在物理学上取得的最伟大成就
——原子结构理论奠定了基础。
此时的卢瑟福用a粒子轰击原子内部，确证了原子核的存在。
接着又按哥白尼行星运动规律解释原子模型，认为原子中心是原子
核，电子在不停地绕核旋转。这个发现是划时代的，但按此理论，原
子结构问题和天体力学问题就很相似了，而实际上二者之间是存在
根本区别的，卢瑟福模型遭遇到了困难。这种困难对于勤奋好学的
玻尔来说，既是一种挑战，更是一次机遇。经过一段时间的深入思考
后，波尔利用古典力学和普朗克——爱因斯坦量子概念，成功地解释
了一系列实验事实，并分别于1913年7月、9月和11月在《哲学杂
志》上分3次发表《论原子和分子的结构》这一长篇论文，阐述他的研
究结果。在这篇划时代的论文中，玻尔抛弃了经典的辐射理论，引进
了普朗克的量子概念，提出定态假设、频率法则两条假设，从而奠定
了原子结构理论的基础。
玻尔的论文物理学界，也引起了广泛关注，对一些物理学家来
说，“辐射并不来自原子内部的运动”的说法大有亵渎和疯狂的意味。
一些古典物理学的杰出代表，如汤姆逊和瑞利，甚至认为文章内容显
然是错误的。但许多年轻一代的物理学家却热烈地支持玻尔的论
文，爱因斯坦也盛赞这是“一个伟大的发现”。其实，不管人们支持还
是反对，喜欢还是不喜欢，玻尔的这篇论文出色地解释了原子的稳定
性与原子光谱的分立性，第一次提出了原子体系与行星体系的本质
区别，确立了被后人称之为卢瑟福一玻尔模型的原子结构模型。从
此，原子核物理学诞生了，原子物理学出现了。
玻尔没有沉醉于一时的成功，而是和他的学生一起，不断完善自
己的原子论，努力解释多电子原子的性状。为了解决原子内部电子
跃迁中所放出的辐射强度问题，玻尔于1923年发表“对应原理”，说
明原子物理学与古典物理学之间的对应关系。他认为，量子论对任
何物理系统行径的预测，当叙述系统状态的量子数非常大时，即与古
典物理学的预测相符；当系统的行径在古典力学行径的极限时，显然
量子论应与古典理沦对应相合。玻尔根据当时可资利用的证据，假
设古典极限就是量子数大时的极限。他还认为，选择定则适用于量
子数的全部范围，故在占典极限(n甚大)所获得的任何选择定则，仍
适用于量子极限(n甚小)。借助这一理论，玻尔成功地创立了正常
塞曼效应理论。但他同时发现，这一理论对反常塞曼效应、门捷列夫
周期表理论无济于事?在苦苦思索中，玻尔意识到必须“对自然的描
述来一次深刻的革命”。
革命其实已在悄悄发生。早在1919年，由丹麦当局为玻尔建造
了一所实验室，这就是著名的理论物理研究所。从1920年起，玻尔
一直领导着哥本哈根大学的这个研究所，直到1962年逝世。在玻尔
看来，实验室是来自世界各处的最有能力的青年学生聚在一位科学
家周围，并由这位科学家鼓励他们达到可能的最大高度的所在。同
时，实验室又是通过最自由的研究讨论以及最严格的对事实的尊重
来发现真理的地方。当然，这里还可以有玩笑，有笑声。正因为有着
良好的氛围，这个研究所成了吸引年轻而又富有天才的理论物理学
家和实验物理学家研究原子和微观世界问题的中心。海森堡、狄拉
克、泡利、朗道和其他许多杰出的科学家都先后在这里工作过，玻尔
亲手组建了这么一支量子物理的研究队伍。一次，一位苏联学者问
玻尔，为何能把世界上许多有才华的年轻人聚集在身边时，玻尔说：
“因为我不怕在青年人面前承认自己的不足。”
1925年，海森堡通过对“对应原理”的数学概念的研究，找到了
可以计算许多微观过程的数学式，创立了量子力学的数学形式——
矩阵力学。在随后的两年里，泡利提出“不相容原理”，玻思提出几率
解释，海森堡提出“测不准原理”，量子力学的研究有了进一步进展。
最后，玻尔根据微观粒子的波粒二象性和“测不准原理”，提出著名的
“互补原理”，认为在量子领域里总是存在互相排斥的两套经典特征，
正是它们的互补构成了量子力学的基本特征。这样，由玻尔设汁的
量子物理系终于建立起来了。在1927年10月第五届索尔维代表大
会上，玻尔对量子力学的理论注释得到了多数人的承认，标志着量子
力学理论体系的正式确立。同时，玻尔与爱因斯坦持续多年的关于
量子力学意义的争论的帷幕也从此拉开。玻尔始终坚持自己的理
论，他的“是真是假，自己千干再说”的故事，影响了一代又一代的科
学家。
亦喜亦忧原子能
进入20世纪30年代以后，人们的注意力开始转向迅速扩展的
核物理领域。在经历了1919年卢瑟福发现元素的人工嬗变以来近
l0年的“表面平静”时期之后，1930年狄拉克提出了正电子理论，预
言了正电子的存在，1932年，安德生发现了正电子，1931年泡利提出
存在中微子假设，1932年查德威克发现了中子以及中子是原子核中
不可分离的一部分的事实，在此基础上，伊凡宁科和海森堡提出原子
核结构的质子中子模型。在基本粒子方面的这一系列光辉成就的影
响下，玻尔领导下的物理研究所也把工作转到原子核结构和原子核
嬗变及衰变方面。
1936年，玻尔指出，在核转变过程中，相互作用的强度和作用距
离都很小，因此，与描述原子过程相比，核转变过程可以更多地采用
经典方法来描述。按照这个观点，原子核的图像很像液滴。为此，他
把热动力学概念引入核物理学，提出原子核“液滴模型”理论。后来，
他还与美国物理学家韦勒共同深入研究了热中子作用下重核分裂机
制的理论，并在发现链式反应后，继续完善原子核分裂理论和与链式
反应有关的分裂效应理论。丹宁在美国第一次成功地进行了核裂变
实验以后，核物理学家们认为，一种能致整个世界于死地的武器——
核武器的诞生已经指日可待了。
然而，自从1940年德国法西斯侵占丹麦后，玻尔研究所里世界
各国物理学家的富有成效的合作被中断，玻尔也面临遭逮捕的威胁。
1943年，他被盟军经瑞典转移至英国，不久又去了美国，积极地参与
了制造原子弹的曼哈顿计划。
虽然玻尔以科学顾问的身份推动了原子武器的研制工作，但他
坚决反对使用原子弹。1950年6月，他发表了《致联合国的公开
信》，重复了他建立“开放的世界”的恳求和“原子能的发展应在各国
之间完全公开”的主张。除此以外，玻尔还将他许多时间和精力献给
了原子能的和平利用上。
1962年11月18日，77岁的玻尔午睡时因心脏病猝发而逝世。
为了表示对这位天才的科学家和思想家的悼念，原苏联科学家把
1970年合成的第105号化学元素取名镦(符号Ns，即Niels的缩写)。
玻尔是20世纪世界第一流科学家，他最先把量子论用于原子结
构的研究，对量子物理学作出重大贡献。将近50年来，他一直是量
子物理学发展的主导人物，也是世界伟大的思想家。
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