揭开原子核的奥秘
聪明好学的小伙子
公元1885年10月7日,丹麦哥本哈根维德海滨14号一所古老的大厦中,尼尔斯·玻尔呱呱坠地了。玻尔的父亲是哥本哈根大学的一位有才华的生理学教授,曾被提名为诺贝尔奖候选人,他有一帮科学家朋友,每个星期五都要搞一次家庭聚会,大家在一起讨论学术问题。小玻尔每次都跟着老爸参加,自然受到了许多科学熏陶。
18岁那年,玻尔轻松考入哥本哈根大学,主修物理学,成绩始终名列前茅。某次,物理学教授出了一道试题:“如何用一只气压计测量摩天大楼的高度?”玻尔给出的答案是:“把一根绳子系在气压计上,将气压计从大楼的天台放到地面,绳子的长度加上气压计的长度就是大楼的高度。”
这是属于典型的脑筋急转弯式的回答,非常超前。一向严谨的教授则非常恼火,他认为玻尔在故意捣蛋,判定玻尔不及格。玻尔当然不服气,于是学校派了一个独立仲裁员来处理这事。
仲裁员想了半天,终于裁定玻尔的答案是正确的,但是答案没有用到任何物理学知识,他要求玻尔在5分钟内给出一个明确的、充分利用了物理学原理的答案。
5分钟后,玻尔表示已经有了好几个答案:“第一,可以将气压计从房顶上扔下去,计算气压计到达地面的时间,然后用自由落体公式计算出大楼的高度;第二,如果天气晴朗,先测量气压计的长度,再测量其直立时影子的长度以及大楼影子的长度,然后通过比例就能得出大楼的高度;第三,在气压计上系上一小段绳子,先在地面、然后在房顶上做单摆运动,大楼的高度就可以通过一系列复杂的计算得到;第四,用气压计分别测量地面和房顶的气压,通过气压差算出大楼的高度。”
显然,最后一个才是教授希望得到的答案,仲裁员听了表示满意。但玻尔马上又补充道:“不过,最好的办法就是直接去找大楼的看门人,对他说:‘告诉我这座大楼的高度,我就把这个气压计送给你。’”此话一出,把在场的人全都“雷”倒了。
从此事上看出,玻尔思考问题的方法是灵活而不拘一格的,对他以后的科学研究大有帮助。
创建哥本哈根学派
1912年,玻尔来到英国曼彻斯特大学,在著名物理学家卢瑟福的实验室工作。一年后,玻尔在英国《哲学研究》杂志上发表一篇论文——《论原子和分子的构造》。在这篇论文中,玻尔完美地解释了氢原子光谱,确定了原子和电子轨道的大小。原子核的奥秘,就这样被玻尔轻松揭开了。
可以说,这是一篇惊天动地的文章,把原子物理的研究向前推进了一大步。后来原子弹的研制成功,也是依据这篇论文中提到的基本原理。
1916年,玻尔回到家乡哥本哈根任教,在他的倡议下,哥本哈根大学建立了理论物理学研究所,由玻尔担任研究所的负责人。
玻尔虽然当了官,但他从来不以权压人,也就是说,没有一点官架子。在担任所长的40年中,玻尔十分注重培养年轻人,先后有600多名物理学家从这里成长起来,其中有十多人获得诺贝尔物理学奖,如海森堡、薛定锷、狄拉克、玻恩、泡利等。这些科学家组成著名的哥本哈根学派,不但创建和解释了量子力学的基础理论,还使这一理论得到许多新应用,如原子辐射、化学键、晶体结构、金属态等。
玻尔与他的同事在开展科研活动的同时,还创造了著名的“哥本哈根精神”——在完全不拘形式的情况下,在自由的学术气氛之中,平等探究物理学最为前沿、最为迫切的问题。直到今天,哥本哈根精神在国际物理学界仍然是独一无二的。
不耻下问的学习精神
二战爆发后,丹麦被德军占领,有着犹太人血统的玻尔被迫带领全家逃到英国。不久,他和儿子奥格来到美国新墨西哥州,在著名的洛斯阿拉莫斯实验室进行原子弹的研制工作。
实验室里有个美国小伙子叫费曼,由于他年纪轻、资历浅,每次开讨论会都是坐在最后一排。尽管如此,他还是大胆发言,陈述自己的见解。一天,费曼接到奥格打来的电话,让他第二天早上与玻尔面谈。
次日早上8点,费曼与玻尔父子在办公室相见。玻尔说:“我们一直在想怎样能使炸弹更有威力,想法是这样的……”费曼说:“不行,这个想法不行,没有效果……”“那么换一个办法如何呢?”“那要好一些,但这里也有愚蠢之处。”他们讨论了约两个小时,对于各种想法反复推敲着、争论着。
奥格后来对费曼解释,上一次开会时,父亲对他说:“记住那个坐在后面的小伙子的名字了吗?他是这里唯一不怕我的人,只有他才会指出我的想法是否疯了,所以下次我们讨论想法时,将不与那些只会说‘是的,玻尔先生,这一切都行得通’的人讨论。把那个小家伙叫来,我们先跟他讨论,”费曼于是恍然大悟,为什么玻尔单打电话叫他,不禁被玻尔的人格魅力所折服。费曼后来也成了美国著名的物理学家。
曾经有人问玻尔:“你是怎么把那么多有才华的青年人团结在身边的?”他回答说:“因为我不怕在年青人面前承认自己知识的不足,不怕承认自己是傻瓜。”玻尔晚年的时候,仍然不断向各方面学习,甚至对最年轻的共事者也抱着倾听学习的态度。
和爱因斯坦的友谊
1920年,年轻的玻尔第一次到柏林讲学,和爱因斯坦相识,从此结下了永久的友谊。正是在这次见面之后,两人围绕量子力学理论基础的解释问题,展开了长期而激烈的论战,史称爱因斯坦——玻尔论战。
两个人的第一次正面交锋是在1927年的一次物理研讨会上。玻尔在会上宣讲自己的互补原理,公开挑战爱因斯坦的连续性和因果原理。每天早上,爱因斯坦就会提出一个实验方案,试图驳倒玻尔的理论,而到了晚上,玻尔就会给出答复,证明爱因斯坦的方法行不通。此后,他们只要一见面,就要进行激烈辩论。谁也没想到,这场论战竟然持续了30年,直到爱因斯坦去世才结束。
不过,学术上的争论丝毫不影响两位科学巨人之间的友情,他们一直彼此关心,互相尊重,玻尔高度评价这场争论,认为它是自己“许多新思想产生的源泉”,而爱因斯坦则称赞玻尔“具有大胆和谨慎这两种品质,无疑是我们时代科学领域中最伟大的发现者之一”。
爱因斯坦本来早该获得诺贝尔奖,但当时科学界有不少人对相对论持有偏见,直到1922年秋,诺贝尔奖委员会才决定授予爱因斯坦上年度的诺贝尔物理奖,并把本年度的诺贝尔物理奖授予玻尔。
玻尔对爱因斯坦长期未能获得诺贝尔奖深感不安,害怕自己在爱因斯坦之前获奖,所以当获奖消息传来后,玻尔非常高兴,立即写信给爱因斯坦。他在信中谦虚地表示,自己之所以能取得一些成绩,是因为爱因斯坦做出了奠基性的贡献。能在爱因斯坦之后获奖,玻尔觉得这是“莫大的幸福”。
爱因斯坦则在回信中说:“您的来信使我感到快乐。您担心在我之前获得这项奖金,这使我觉得特别可爱——它显示了玻尔的本色。”
杰出的和平主义者
冷战期间,核武器威胁着人类的生存。玻尔觉得,必须在世界范围内禁止这类武器的生产和使用,并为此四处奔走和呼吁。1955年,在玻尔的推动下,在日内瓦召开了第一届国际和平利用原子能会议。两年后,年迈的玻尔获得了第一届“美国和平利用原子能奖”。
1962年11月18日,这是一个普通的星期日。玻尔一家在卡尔斯堡招待客人,忽然,玻尔感到有点头疼,想休息一会儿,便走开了。过了一会儿,当大家走到他那儿去时,发现他已停止了呼吸。
玻尔就这样与世长辞了,但他留下的科学遗产却非常丰富,使他成为20世纪上半叶与爱因斯坦并驾齐驱的科学大师。
摘自《少年博览》2010年12月下