Нобелевские лауреаты: Нильс Бор. Физик и футболист

Почему у сына и внука нобелевских лауреатов нет шансов на премию, измерял ли Нильс Бор высоту здания барометром на самом деле, играл ли он за сборную Дании по футболу и какой российский нобелиат может сказать ему спасибо за свою премию, читайте в рубрике «Как получить Нобелевку». Как-то товарищ автора статьи по учебе, ставший известным физиком-гидродинамиком, рассказывал о своем коллеге: «Знаешь, Томас мне как-то пожаловался, что уже то, что его отцу дали Нобелевскую премию, уже 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 номинировался на Нобелевскую премию – по физиологии или медицине. Так что, если бы судьбе было угодно, в семье Боров было бы четыре поколения нобелевских лауреатов. Сегодня наша рубрика дошла до первого из увенчанных Боров. Нильс Хендрик Давид Бор Родился 7 октября 1885 года, Копенгаген, Дания Умер 18 ноября 1962 года, Копенгаген, Дания. Нобелевская премия по физике 1922 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За заслуги в исследовании строения атомов и испускаемого ими излучения». Нильс Бор родился в семье очень талантливого ученого Христиана Харальда Лаурица Петера Эмиля Бора, крупного физиолога и специалиста по химии дыхания. Христиан открыл так называемый эффект Бора, суть которого заключается в том, что кривая насыщения крови гемоглобином зависит от кислотности крови. За свои исследования отец Нильса трижды номинировался на Нобелевскую премию по физиологии или медицине. Нужно сказать, что семья Боров вообще была исключительно талантлива и одарена во всем. Взять хотя бы брата Нильса, Харальда. Он не только стал математиком, но и был очень сильным датским футболистом. Впрочем, Нильс в юности тоже был приличным вратарем: в одно время Харальд и Нильс оба играли за датский футбольный клуб Akademisk Boldklub Gladsaxe (этот профессиональный футбольный клуб и поныне выступает во втором дивизионе Датской футбольной лиги). А вот байка о том, что будущий нобелиат играл за сборную Данию по футболу — неправда. Не играл, в отличие от Харальда, который с датской командой на олимпиаде 1908 года в Лондоне дошел до полуфинала. Нильс Бор был неординарным ребенком. Уже в школе он активно интересовался физикой, математикой и философией: гости и друзья отца были соответствующие. Например, известный датский философ Харальд Геффтинг или специалист по скандинавско-славянским связям, лингвист Вильгельм Томсен. В 1903 году он поступил в Копенгагенский университет, и первая же его крупная исследовательская работа по измерению поверхностного натяжения воды по колебанию водной струи удостоилась Золотой медали Датской королевской академии наук (1905). Это была чисто теоретическая работа, но в последующие два года Бор оккупировал физиологическую лабораторию отца и дополнил работу экспериментальной частью. Пользуясь случаем, хочется развеять давно гуляющую по Интернету байку о том, как студент-Бор поставил на место профессора физики в университете (видимо, Кристиана Кристиансена, в 1884 году подтвердившего закон Стефана-Больцмана – в те годы он был единственным профессором физики), и как его поддержал Резерфорд, к которому Бор со своим профессором обратились в качестве третейского судьи. В истории рассказывается, как студент Бор отказывался решать «скучную» физическую задачу о том, как измерить высоту башни при помощи барометра стандартным методом (измерить давление у подножия и на вершине), а предлагал другие, «издевательские» — бросить барометр с башни и замерить время падения, измерить тень, отбрасываемую барометром и тень, отбрасываемую башней, и сам барометр – и по пропорции узнать высоту башни, и даже обменять барометр на информацию о высоте башни у смотрителя здания. Доверимся словам самого Бора – он в 1953 году опубликовал статью памяти друга: «Впервые мне посчастливилось видеть и слышать Резерфорда осенью 1911 г., когда, закончив университет в Копенгагене, я работал в Кэмбридже у Дж. Дж. Томсона, а Резерфорд приехал из Манчестера, чтобы выступить на ежегодном Кавендишском обеде». При этом даже тогда Бор с Резерфордом не познакомились, а «дружить семьями» они начали двумя годами позже. В 1910 году Бор стал магистром. Одновременно с получением последней «учебной» степени, в жизни будущего нобелиата случилось и еще одно важное событие: он познакомился с Маргрет Норлунд, сестрой математика Нильса Норлунда. В 1912 году они зарегистрируют свой брак. В 1911 году Бор защитил докторскую диссертацию – и снова блестяще, и снова его работа представляла самостоятельный и очень сильный труд, на сей раз – по электронной теории металлов. Попутно он доказал теорему статистической механики, из которой следовало, что суммарный магнитный момент любой совокупности электрических зарядов, которые движутся в электрическом поле по законам классической механики, равен нулю (в 1919 году эту теорему независимо от Бора докажет датская же женщина физик, Хендрика Йоханна ван Левен, и теорема получит название теоремы Бора – ван Левен). Из теоремы Бора-ван Левен следовал один важный вывод: в рамках классической физики объяснить магнитные свойства металлов не получится. Так что диссертация Бора стала первым шагом великого физика к «квантовому откровению». В том же 1911 году Бор получает стипендию в 2500 крон для стажировки за границей. И, естественно, едет в столицу мировой физики – Великобританию, в Кавендишскую лабораторию. Работать под руководством учителя и воспитателя многих нобелевских лауреатов, сэра Джозефа Джона Томсона. И получает жестокий удар – приехав, молодой ученый «с колес» находит ошибку в вычислениях своего наставника, сообщает ему и… «Я был разочарован, Томсона не заинтересовало то, что его вычисления оказались неверными. В этом была и моя вина. Я недостаточно хорошо знал английский и потому не мог объясниться… Томсон был гением, который, на самом деле, указал путь всем… В целом, работать в Кембридже было очень интересно, но это было абсолютно бесполезным занятием», — так пишет Бор о своем начальнике. Ученому стало ясно, что сейчас самое интересное происходит в Манчестере, где творит другой ученик Томсона – Резерфорд. Нужно сказать, что за два года до приезда Бора в Англию Резерфорд, уже нобелевский лауреат, делает свое знаменитое открытие – строение ядра атома. В лаборатории только о том и говорили: какие последствия для физики повлечет за собой это открытие. Собственно, первые последствия случились уже в том же, знаковом для Бора, 1911 году: Резерфорд опубликовал статью о своей планетарной модели атома, согласно которой вокруг крошечного ядра, подобно планетам вокруг Солнца, вращались электроны. Но поскольку ядро в модели Резерфорда заряжено положительно, а электроны – отрицательно, то возникал вопрос: как электроны не падают на него. По всем правилам классической механики и законам электромагнитного взаимодействия должно было происходить именно так. Работа у Резерфорда в Манчестере заставила Бора работать над разрешением сложившегося противоречия. Вообще, наставничество «Крокодила» (так прозвали новозеландца физики) стало для Бора очень важным толчком к развитию. Впоследствии Бор даже писал, что Резерфорд стал для него вторым отцом. Поработав с Резерфордом, Бор вернулся в Копенгаген – преподавать в университете и жениться. Во время свадебного путешествия молодая семья заехала в гости к Резерфордам, и с тех пор научное сотрудничество дополнилось семейной дружбой. Свою гениальную догадку Бор сделал в 1913 году, когда познакомился с формулой Бальмера, описывающей серию спектральных линий атома водорода. Бор понял: существуют орбиты, на которых электроны не теряют энергию. И таких орбит строго определенное количество, переходя с орбиты на орбиту электрон излучает или поглощает энергию, равную разнице энергий орбит, то есть – квантованно. В 1913 году увидели свет три части статьи Бора «О строении атомов и молекул», которые описывали объединенную квантовую модель атома Бора-Резерфорда. Что любопытно – статья вышла в философском журнале, Philosophical Magazine. С той поры и началось триумфальное шествие Бора по миру физики. Достаточно вспомнить две цитаты о его теории, ставшие классическими. «Я считаю первоначальную квантовую теорию спектров, выдвинутую Бором, одной из самых революционных из всех когда-либо созданных в науке; и я не знаю другой теории, которая имела бы больший успех» «Все мои попытки приспособить теоретические основы физики к этим результатам [то есть следствиям закона Планка для излучения черного тела] потерпели полную неудачу. Это было так, точно из-под ног ушла земля и нигде не было видно твердой почвы, на которой можно было бы строить. Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточным, чтобы позволить Бору — человеку с гениальной интуицией и тонким чутьем — найти главные законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, включая их значение для химии. Это мне кажется чудом и теперь. Это наивысшая музыкальность в области мысли». Угадали автора? Правильно, кто еще мог говорить о музыкальности мысли, как не великий Альберт Эйнштейн. Неудивительно, что Нобелевская премия Бору досталась сравнительно быстро – через девять лет после создания его теории. Любопытно, что одним из тех, кто номинировал Бора на Нобеля в том самом 1922 году, был первый нобелевский лауреат по физике, Вильгельм Конрад Рентген. Сам Бор тоже активно номинировал физиков на премию. Среди его кандидатов — Эйнштейн, Петр Капица (целых четыре раза, и все безуспешно), и именно в заслугу Бору можно поставить нобелевскую премию другому нашему выдающемуся физику – Льву Ландау, его Бор номинировал трижды. Еще один любопытный факт: как раз во время получения Нобелевской премии Бор был занят очень важной работой – объяснял периодическую таблицу Менделеева с позиций своей модели атома. Именно за этот труд в 1929 году Бора номинировали и на Нобелевскую премию по химии, но не судьба. Бор прожил после Нобелевской премии сорок лет. Сорок лет активной научной деятельности (он работал на высочайшем уровне все годы жизни) – и сорок лет активной общественной деятельности. Можно много рассказывать о его борьбе с нацизмом (в том числе и то, что он отверг предложение Гейзенберга помочь Германии с разработкой атомного оружия), о том, как он устраивал жизни бежавших из Третьего Рейха ученых, о том, как он едва ли не первым из ученых (еще в 1944 году!) призывал президента Рузвельта добиваться полного запрета еще не созданного ядерного оружия… Можно рассказать о его сыне (впрочем, об Оге Боре мы расскажем в свое время). Можно написать статью о введенном Бором принципе соответствия, согласно которому наличие переходов между стационарными состояниями, которые сопровождаются излучением, связано с гармоническими компонентами колебания в движении атома, определяющими в классической теории свойства излучения, испускаемого вследствие движения частицы и о том, как он пытался распространить этот принцип и на другие науки, включая биологию. А можно рассказать историю синтеза химических элементов за номерами 105, который предварительно назывался нильсборием, а затем стал дубнием, и 107, в названии которого – «борий» — все-таки увековечили память создателя теории строения атома. Пожалуй, это третий герой нашей рубрики, после Макса Планка и Альберта Эйнштейна, о котором невозможно рассказать удовлетворительно, даже написав о нем книгу. Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.