Юбилеи круглые и не очень
Создатель квантовой теории атома
140 лет назад, 7 октября 1885 года, родился выдающийся датский физик Нильс Бор. Отец будущего ученого, профессор физиологии, преподавал в Копенгагенском университете, результаты его исследований выдвигались на Нобелевскую премию. Другом семьи был философ Харальд Гёффдинг, и они вместе с Кристианом Кристиансеном (в будущем преподававшим Нильсу физику) и филологом Вильхельмом Томсеном часто собирались для обсуждения новостей естественных наук и философии. Эти встречи оказали значительное влияние на формирование интересов юного Бора.
В 1908 году он окончил университет в Копенгагене, где выполнил свои первые исследования колебаний струй жидкости и классической электронной теории металлов. В 1911— 1912 годах работал в Кембридже у Дж. Дж. Томсона и в Манчестере у Эрнеста Резерфорда. С 1920 года и до конца жизни Бор руководил созданным им институтом теоретической физики в столице Дании, который теперь носит его имя.
В 1943 году, когда стало известно о готовящейся фашистами, оккупировавшими Данию, расправе над физиком (мать его была еврейкой), организации Сопротивления удалось вывезти его на лодке в Швецию, а оттуда на британском военном самолете – в США. После войны он вернулся на родину и активно участвовал в борьбе против атомной угрозы.
Еще во время работы в Манчестере ученый воспринял сформулированное Резерфордом представление о планетарном строении атома. Однако уже в то время было очевидно, что подобное строение (ядро и вращающиеся вокруг него по орбитам электроны) противоречит классической механике и электродинамике. По законам классической электродинамики, электрон в атоме должен был бы непрерывно излучать электромагнитные волны, потерять свою энергию за ничтожно малую долю секунды и упасть на ядро. Следовательно, согласно классической физике, устойчивые движения электронов в атоме невозможны, и атом как динамическая система существовать не может. Исходя из идеи квантования энергии, выдвинутой ранее Максом Планком в теории излучения, Бор разработал в 1913 году теорию атома и показал, что планетарная структура атома и свойства его спектра излучения могут быть объяснены, если считать, что движение электрона подчинено некоторым дополнительным ограничениям – так называемым постулатам Бора. Согласно этим постулатам, для электрона существуют «разрешенные» орбиты, двигаясь по которым, он, вопреки законам классической электродинамики, не излучает энергии, но может скачком перейти на более близкую к ядру «дозволенную» орбиту и при этом испустить квант (порцию) электромагнитной энергии, пропорциональный частоте электромагнитной волны.
В 1923 году Бор сформулировал количественно принцип соответствия, указывающий, когда именно существенны эти квантовые ограничения, а когда достаточна классическая физика. В том же году ученому впервые удалось дать на основе своей модели атома объяснение периодической системы элементов таблицы Менделеева. В последние годы жизни (умер в 1962 году) он изучал проблемы взаимодействия элементарных частиц со средой.