Britanski fizičar David James Thouless rođen je 1934. godine u Bearsdenu u Škotskoj (UK).
Godine 1955. diplomirao je na Univerzitetu u Kembridžu (UK). Godine 1958. doktorirao je na Univerzitetu Cornell (SAD).
Nakon što je odbranio doktorsku disertaciju, radio je na univerzitetima Berkeley i Birmingham.
Od 1965. do 1978. bio je profesor matematičke fizike na Univerzitetu u Birminghamu, gdje je sarađivao sa fizičarem Michaelom Kosterlitzom.
Thawless i Kosterlitz su početkom 1970-ih poništili postojeće teorije koje su sugerirale da se fenomeni supravodljivosti i superfluidnosti ne mogu promatrati u tankim slojevima. Oni su pokazali da se supravodljivost može pojaviti na niskim temperaturama i objasnili fazne prijelaze koje uzrokuju da supravodljivost nestane na višim temperaturama.
Od 1980. Towless je profesor fizike na Univerzitetu Washington u Sijetlu (SAD). Trenutno je profesor emeritus na Univerzitetu Washington State.
Dr Thouless je član Kraljevskog društva, član Američkog fizičkog društva, član Američke akademije umjetnosti i nauka i član Američke nacionalne akademije nauka.
Dobitnik Maksvelove medalje i medalje Paul Dirac, koju dodeljuje Britanski institut za fiziku; Holweck medalja Francuskog fizičkog društva i Instituta za fiziku. Dobitnik nagrade Fritz London, koja se dodeljuje naučnicima koji su dali izuzetan doprinos u oblasti fizike niskih temperatura; nagradu Lars Onsager od Američkog fizičkog društva i Wolfovu nagradu.
4. oktobar 2016. David Thouless bio je za otkriće topoloških prijelaza i topoloških faza materije.
Kosterlitz Michael
Britanski fizičar John Michael Kosterlitz rođen je 1942. godine u Aberdeenu u Škotskoj (UK).
Godine 1965. diplomirao je, 1966. magistrirao na Univerzitetu u Kembridžu (UK), a 1969. doktorirao fiziku visokih energija na Univerzitetu u Oksfordu (UK).
Michael Kosterlitz je nagrađen Maksvelovom medaljom Britanskog instituta za fiziku (1981.), a dobitnik je nagrade Lars Onsager Američkog fizičkog društva (2000.).
Haldane Duncan
Britanski fizičar Duncan Haldane rođen je 14. septembra 1951. godine u Londonu (UK).
Godine 1973. diplomirao je, a 1978. doktorirao fiziku na Univerzitetu u Kembridžu (UK).
Od 1977-1981 radio je na Međunarodnom institutu Laue-Langevin u Grenobleu, Francuska.
1981-1985 - vanredni profesor fizike na Univerzitetu Južne Kalifornije, SAD.
1985-1987 radio je u francusko-američkom istraživačkom centru Bell Laboratories.
Od 1987. do 1990. bio je profesor na Odsjeku za fiziku Eugene Higgins na Kalifornijskom univerzitetu u San Dijegu, SAD.
Od 1990. godine je profesor na Odsjeku za fiziku Eugene Higgins na Univerzitetu Princeton, SAD.
Bio je uključen u razvoj novog geometrijskog opisa frakcionog kvantnog Holovog efekta. Haldaneova područja istraživanja uključivala su efekat kvantnog zapleta, topološke izolatore.
Od 1986. - član Američkog fizičkog društva.
Od 1992. član je Američke akademije umjetnosti i znanosti (Boston).
Od 1996. godine - član Kraljevskog društva u Londonu.
Od 2001. član je Američkog udruženja za unapređenje nauke.
Godine 1993. Duncan je dobio nagradu za fiziku kondenzirane materije Oliver E. Buckley od Američkog društva za fiziku. Godine 2012. dobio je Diracovu medalju od Međunarodnog centra za teorijsku fiziku Abdus Salam.
Godine 2016. Duncan Haldane (zajedno sa Davidom Towlessom i Michaelom Kosterlitzom) nagrađen je za fiziku za otkriće topoloških prijelaza i topoloških faza materije. Kako se navodi u saopštenju za štampu Nobelovog komiteta, sadašnji laureati su „otvorili vrata nepoznatom svetu“ u kojem je materija možda u neobičnom stanju. Riječ je, prije svega, o supravodnicima i tankim magnetnim filmovima.
Albert Einstein . Nobelova nagrada za fiziku, 1921
Najpoznatiji naučnik 20. veka. i jedan od najvećih naučnika svih vremena, Ajnštajn je obogatio fiziku svojom jedinstvenom snagom uvida i nenadmašnom igrom mašte. Pokušao je da pronađe objašnjenje prirode koristeći sistem jednačina koji bi imao veliku lepotu i jednostavnost. Dobio je nagradu za otkriće zakona fotoelektričnog efekta.
Edward Appleton. Nobelova nagrada za fiziku, 1947
Edward Appleton je dobio nagradu za svoje istraživanje fizike gornje atmosfere, posebno za otkriće takozvanog Appletonovog sloja. Mjereći visinu jonosfere, Appleton je otkrio drugi neprovodni sloj, čija otpornost omogućava da se kratkotalasni radio signali reflektuju. Ovim otkrićem Appleton je uspostavio mogućnost direktnog radio emitovanja na cijeli svijet.
Leo ESAKI. Nobelova nagrada za fiziku, 1973
Leo Esaki je dobio nagradu zajedno sa Ivorom Jayeverom za svoja eksperimentalna otkrića tunelskih fenomena u poluvodičima i supravodnicima. Efekt tuneliranja je omogućio da se postigne dublje razumijevanje ponašanja elektrona u poluvodičima i supravodičima i makroskopskih kvantnih fenomena u supravodičima.
Hideki YUKAWA. Nobelova nagrada za fiziku, 1949
Hideki Yukawa je dobio nagradu za predviđanje postojanja mezona na osnovu teorijskog rada o nuklearnim silama. Jukavina čestica postala je poznata kao pi mezon, a zatim jednostavno pion. Yukawa hipoteza je prihvaćena kada je Cecil F. Powell otkrio Yu česticu koristeći jonizacijsku komoru postavljenu na velikim visinama, a zatim su mezoni umjetno proizvedeni u laboratoriji.
Zhenning YANG. Nobelova nagrada za fiziku, 1957
Za svoju dalekovidnost u proučavanju takozvanih zakona pariteta, koji su doveli do važnih otkrića u oblasti elementarnih čestica, Džening Jang je dobio nagradu. Najveći ćorsokak problem iz oblasti fizike elementarnih čestica je riješen, nakon čega je eksperimentalni i teorijski rad bio u punom jeku.
Danas, 2. oktobra 2018. godine, u Stokholmu je održana ceremonija proglašenja dobitnika Nobelove nagrade za fiziku. Nagrada je dodijeljena “za revolucionarna otkrića u području laserske fizike”. U formulaciji se navodi da polovina nagrade ide Arthuru Ashkinu za "optičke pincete i njihovu upotrebu u biološkim sistemima", a druga polovina Gérard Mourou i Donna Strickland "za njihovu metodu generiranja ultrakratkih optičkih impulsa visokog intenziteta".
NAJNOVIJE VIJESTI⁰Kraljevska švedska akademija nauka odlučila je dodijeliti nagradu #Nobelova nagrada na Physics 2018. „za revolucionarne izume u oblasti laserske fizike“, s jednom polovinom za Arthur Ashkin, a drugu polovinu zajedno sa Gérard Mourou i Donna Strickland. pic.twitter.com/PK08SnUslK
Arthur Ashkin izumio je optičku pincetu koja može uhvatiti i pomjeriti pojedinačne atome, viruse i žive stanice bez njihovog oštećenja. To radi fokusiranjem laserskog zračenja i upotrebom gradijentnih sila koje uvlače čestice u područje s većim intenzitetom elektromagnetnog polja. Aškinova grupa je prvi put uspela da uhvati živu ćeliju na ovaj način 1987. Trenutno se ova metoda široko koristi za proučavanje virusa, bakterija, ćelija ljudskog tkiva, kao i za manipulaciju pojedinačnim atomima (za stvaranje sistema nano veličine).
Gerard Moore i Donna Strickland prvi su 1985. uspjeli stvoriti izvor ultrakratkih laserskih impulsa visokog intenziteta bez uništavanja radnog okruženja lasera. Prije njihovog istraživanja, značajno pojačanje kratkopulsnih lasera bilo je nemoguće: jedan impuls kroz pojačalo dovodio je do uništenja sistema zbog prevelikog intenziteta.
Metoda generiranja impulsa koju su razvili Moore i Strickland sada se naziva pojačanje čirpovanog impulsa: što je laserski impuls kraći, širi je njegov spektar, a sve spektralne komponente se šire zajedno. Međutim, korištenjem para prizmi (ili difrakcijskih rešetki), spektralne komponente impulsa mogu se odgoditi jedna u odnosu na drugu prije ulaska u pojačalo i na taj način smanjiti intenzitet zračenja u svakom trenutku. Ovaj čirpirani impuls se zatim pojačava optičkim sistemom, a zatim ponovo kompresuje u kratak impuls koristeći optički sistem inverzne disperzije (obično difrakcione rešetke).
Ultra-oštre laserske zrake omogućavaju izuzetno precizno rezanje ili bušenje rupa u različitim materijalima – čak iu živoj materiji. Milioni operacija oka izvode se svake godine najoštrijim laserskim zrakama. #Nobelova nagrada pic.twitter.com/MiYb4i8AHw
Nobelova nagrada (@NobelPrize) 2. oktobar 2018
Pojačavanje čirpiranih impulsa omogućilo je stvaranje efikasnih femtosekundnih lasera primjetne snage. Oni su u stanju da isporuče moćne impulse u trajanju od kvadriliontinke sekunde. Na njihovoj osnovi danas je stvoren niz perspektivnih sistema kako u elektronici tako iu laboratorijskim instalacijama, važnim za niz oblasti fizike. Istovremeno, stalno pronalaze nova, često neočekivana područja praktične primjene.
Na primjer, metoda femtosekundne laserske korekcije vida (SMall Incision Lenticula Extraction) omogućava vam da uklonite dio rožnice oka osobe i time ispravite miopiju. Iako je sam pristup laserske korekcije predložen još 1960-ih, prije pojave femtosekundnih lasera, snaga i kratkoća impulsa nisu bili dovoljni za efikasan i siguran rad s okom: dugi impulsi su pregrijavali očno tkivo i oštetili ga, a kratki impulsi su bili preslabi da bi se postigao željeni rez u oku.rožnjača. Danas su milioni ljudi širom svijeta podvrgnuti operaciji korištenjem sličnih lasera.
Osim toga, femtosekundni laseri su, zbog kratkog trajanja impulsa, omogućili stvaranje uređaja koji prate i kontroliraju ultrabrze procese kako u fizici čvrstog stanja tako iu optičkim sistemima. Ovo je izuzetno važno, jer prije dobijanja sredstva za snimanje procesa koji se odvijaju pri takvim brzinama, bilo je gotovo nemoguće proučiti ponašanje niza sistema, na osnovu kojih će, pretpostavlja se, biti moguće kreirati obećavajuću elektroniku. budućnosti.
Aleksej Ščerbakov, viši istraživač u Laboratoriji za nanopticu i plazmoniku na MIPT-u, komentirao je za Attic: “Do Nobelove nagrade za Gerarda Mouroua za njegov doprinos razvoju femtosekundnih lasera čekalo se dugo, deset godina ili možda više. Uloga srodnog rada je zaista fundamentalna, a laseri ove vrste se sve više koriste širom svijeta. Danas je teško i nabrojati sve oblasti u kojima se koriste. Istina, teško mi je reći šta je uzrokovalo odluku Nobelovog komiteta da i Muru i Aškina, čiji razvoji nisu direktno povezani, spoje u jednu nagradu. Ovo zaista nije najočiglednija odluka komisije. Možda su odlučili da je nemoguće dati nagradu samo Mooreu ili samo Aškinu, ali ako je polovina nagrade data za jedan smjer, a druga polovina za drugi, onda bi to izgledalo sasvim opravdano.”.
Nobelovu nagradu za fiziku, najvišu nagradu za naučno dostignuće u relevantnoj nauci, svake godine dodeljuje Kraljevska švedska akademija nauka u Stokholmu. Osnovan je voljom švedskog hemičara i preduzetnika Alfreda Nobela. Nagrada se može dodijeliti za najviše tri naučnika istovremeno. Novčana nagrada se može podijeliti između njih podjednako ili podijeliti na polovinu i dvije četvrtine. U 2017. gotovinski bonus je povećan za jednu osminu - sa osam na devet miliona kruna (otprilike 1,12 miliona dolara).
Svaki laureat dobija medalju, diplomu i novčanu nagradu. Medalje i novčane nagrade tradicionalno će biti uručene laureatima na godišnjoj svečanosti u Stokholmu 10. decembra, na godišnjicu Nobelove smrti.
Prva Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena je 1901. Wilhelmu Conradu Roentgenu za njegovo otkriće i proučavanje svojstava zraka, koje su kasnije nazvane po njemu. Zanimljivo je da je naučnik prihvatio nagradu, ali je odbio da dođe na ceremoniju uručenja, rekavši da je veoma zauzet. Stoga mu je nagrada poslana poštom. Kada je njemačka vlada tokom Prvog svjetskog rata tražila od stanovništva da pomogne državi novcem i dragocjenostima, Rentgen je dao svu svoju ušteđevinu, uključujući i Nobelovu nagradu.
Prošle, 2017. godine Nobelovu nagradu za fiziku dobili su Rainer Weiss, Barry Barish i Kip Thorne. Ova tri fizičara dala su ključni doprinos LIGO detektoru koji je detektovao gravitacione talase. Sada je uz njihovu pomoć postalo moguće pratiti spajanja neutronskih zvijezda i crnih rupa nevidljivih teleskopima.
Zanimljivo je da bi se od sljedeće godine situacija sa dodjelom Nobelovih nagrada mogla značajno promijeniti. Nobelov komitet će preporučiti donosiocima odluka da biraju kandidate na osnovu spola, kako bi uključili više žena i po etničkoj pripadnosti, kako bi se povećao broj nezapadnjaka). Međutim, to vjerovatno neće utjecati na fiziku - do sada su samo dvije laureate ove nagrade bile žene. I upravo ove godine Donna Strickland je postala treća.
Sa formulacijom " za teorijska otkrića topoloških faznih prelaza i topoloških faza materije" Iza ove pomalo nejasne i široj javnosti nerazumljive fraze krije se čitav svijet netrivijalnih i iznenađujućih efekata čak i za same fizičare, u čijem su teorijskom otkriću laureati odigrali ključnu ulogu 1970-ih i 1980-ih. Oni, naravno, nisu bili jedini koji su u to vrijeme shvatili važnost topologije u fizici. Tako je sovjetski fizičar Vadim Berezinski, godinu dana prije Kosterlitza i Thoulessa, napravio, zapravo, prvi važan korak ka topološkim faznim prijelazima. Postoji mnogo drugih imena koja bi se mogla staviti uz Haldaneovo ime. Ali kako god bilo, sva tri laureata su svakako ikone u ovom dijelu fizike.
Lirski uvod u fiziku kondenzovane materije
Objasniti pristupačnim riječima suštinu i značaj rada za koji je dodijeljen Nobel za fiziku 2016. nije lak zadatak. Ne samo da su sami fenomeni složeni i, osim toga, kvantni, već su i raznoliki. Nagrada nije dodijeljena za jedno konkretno otkriće, već za čitav spisak pionirskih radova koji su 1970-1980-ih potaknuli razvoj novog smjera u fizici kondenzirane materije. U ovoj vijesti pokušat ću postići skromniji cilj: objasniti na par primjera esencijašto je topološki fazni prijelaz, i prenijeti osjećaj da se radi o zaista lijepom i važnom fizičkom efektu. Priča će biti samo o jednoj polovini nagrade, onoj u kojoj su se pokazali Kosterlitz i Thouless. Haldaneov rad je jednako fascinantan, ali je još manje vizualan i zahtijevalo bi vrlo dugu priču za objašnjenje.
Počnimo s kratkim uvodom u najfenomenalniji dio fizike - fiziku kondenzirane materije.
Kondenzirana materija je, u svakodnevnom jeziku, kada se mnoge čestice istog tipa spoje i snažno utiču jedna na drugu. Gotovo svaka riječ ovdje je ključna. Same čestice i zakon interakcije između njih moraju biti istog tipa. Možete uzeti nekoliko različitih atoma, molim, ali glavna stvar je da se ovaj fiksni skup ponavlja iznova i iznova. Trebalo bi biti puno čestica; desetak ili dva još nije kondenzovani medij. I, konačno, moraju snažno uticati jedni na druge: gurati, vući, ometati jedni druge, možda nešto međusobno razmijeniti. Razrijeđeni plin se ne smatra kondenziranim medijem.
Glavno otkriće fizike kondenzirane materije: sa tako vrlo jednostavnim "pravilima igre" otkrila je beskrajno bogatstvo fenomena i efekata. Takva raznolikost pojava uopće ne nastaje zbog šarolike kompozicije - čestice su iste vrste - već spontano, dinamično, kao rezultat kolektivni efekti. U stvari, budući da je interakcija jaka, nema smisla gledati na kretanje svakog pojedinačnog atoma ili elektrona, jer to odmah utiče na ponašanje svih najbližih susjeda, a možda čak i udaljenih čestica. Kada čitate knjigu, ona vam ne "govori" rasipanjem pojedinačnih slova, već skupom riječi povezanih jedna s drugom; prenosi vam misao u obliku "kolektivnog efekta" slova. Isto tako, kondenzovana materija „govori“ jezikom sinhronih kolektivnih kretanja, a nikako pojedinačnih čestica. I ispostavilo se da postoji ogromna raznolikost ovih kolektivnih pokreta.
Trenutna Nobelova nagrada priznaje rad teoretičara da dešifruju još jedan „jezik“ kojim kondenzovana materija može „govoriti“ – jezik topološki netrivijalne pobude(šta je to je ispod). Već je pronađeno dosta specifičnih fizičkih sistema u kojima nastaju takve ekscitacije, a u mnogima od njih su laureati imali svoje ruke. Ali ono što je najvažnije ovdje nisu konkretni primjeri, već sama činjenica da se to dešava iu prirodi.
Mnoge topološke pojave u kondenziranoj materiji prvi su izmislili teoretičari i činilo se da su to samo matematičke šale koje nisu relevantne za naš svijet. Ali tada su eksperimentatori otkrili stvarna okruženja u kojima su ovi fenomeni opaženi - i matematička šala je iznenada rodila novu klasu materijala s egzotičnim svojstvima. Eksperimentalna strana ove grane fizike je sada u usponu, a ovaj brzi razvoj će se nastaviti i u budućnosti, obećavajući nam nove materijale sa programiranim svojstvima i uređaje zasnovane na njima.
Topološke pobude
Prvo, razjasnimo riječ “topološki”. Nemojte se plašiti da će objašnjenje zvučati kao čista matematika; veza sa fizikom će se pojaviti kako budemo napredovali.
Postoji takva grana matematike - geometrija, nauka o figurama. Ako je oblik figure glatko deformiran, tada se, sa stanovišta obične geometrije, mijenja sama figura. Ali figure imaju zajedničke karakteristike koje, uz glatku deformaciju, bez trganja ili lijepljenja, ostaju nepromijenjene. Ovo je topološka karakteristika figure. Najpoznatiji primjer topološke karakteristike je broj rupa u trodimenzionalnom tijelu. Šolja za čaj i krofna su topološki ekvivalentni, oboje imaju tačno jednu rupu, pa se stoga jedan oblik može glatkim deformisanjem transformisati u drugi. Šolja i čaša su topološki različite jer staklo nema rupa. Da biste konsolidirali materijal, predlažem vam da se upoznate s izvrsnom topološkom klasifikacijom ženskih kupaćih kostima.
Dakle, zaključak: sve što se jedno na drugo može svesti glatkom deformacijom smatra se topološki ekvivalentnim. Dvije figure koje se ne mogu transformirati jedna u drugu glatkim promjenama smatraju se topološki različitim.
Druga riječ koju treba objasniti je "uzbuđenje". U fizici kondenzirane materije, ekscitacija je svako kolektivno odstupanje od "mrtvog" stacionarnog stanja, odnosno od stanja s najnižom energijom. Na primjer, kada je kristal pogođen, zvučni val je prošao kroz njega - to je vibracijska pobuda kristalne rešetke. Ekscitacije ne moraju biti forsirane, mogu nastati spontano zbog temperature različite od nule. Uobičajena termička vibracija kristalne rešetke je, u stvari, mnogo vibracionih pobuđivanja (fonona) različitih talasnih dužina koji su superponirani jedni na druge. Kada je koncentracija fonona visoka, dolazi do faznog prijelaza i kristal se topi. Općenito, čim shvatimo u smislu kakvih pobuda treba opisati dati kondenzirani medij, imat ćemo ključ za njegova termodinamička i druga svojstva.
Sada povežimo dvije riječi. Zvučni val je topološki primjer trivijalan uzbuđenje. Ovo zvuči pametno, ali u svojoj fizičkoj suštini jednostavno znači da se zvuk može učiniti tihim koliko god želite, čak do tačke da potpuno nestane. Glasan zvuk znači jake atomske vibracije, tihi zvuk slabe vibracije. Amplituda vibracija se može glatko svesti na nulu (tačnije, na kvantnu granicu, ali to je ovdje nevažno), a to će i dalje biti zvučna pobuda, fonon. Obratite pažnju na ključnu matematičku činjenicu: postoji operacija za glatku promjenu oscilacija na nulu - to je jednostavno smanjenje amplitude. Upravo to znači da je fonon topološki trivijalna perturbacija.
A sada je uključeno bogatstvo kondenzovane materije. U nekim sistemima postoje pobude koje ne može se glatko svesti na nulu. Nije fizički nemoguće, ali suštinski – forma to ne dozvoljava. Jednostavno ne postoji takav posvuda nesmetan rad koji prenosi sistem sa pobudom na sistem sa najnižom energijom. Ekscitacija u svom obliku topološki se razlikuje od istih fonona.
Pogledajte kako će ispasti. Razmotrimo jednostavan sistem (naziva se XY-model) - običnu četvrtastu rešetku, na čijim čvorovima se nalaze čestice s vlastitim spinom, koje se mogu orijentirati na bilo koji način u ovoj ravnini. Leđa ćemo prikazati strelicama; Orijentacija strelice je proizvoljna, ali je dužina fiksna. Također ćemo pretpostaviti da spinovi susjednih čestica međusobno djeluju na takav način da je energetski najpovoljnija konfiguracija kada su svi spinovi u svim čvorovima usmjereni u istom smjeru, kao u feromagnetu. Ova konfiguracija je prikazana na sl. 2, lijevo. Duž njega mogu teći spinovi talasi - mala talasna odstupanja spinova od strogog uređenja (slika 2, desno). Ali to su sve obične, topološki trivijalne pobude.
Sada pogledajte sl. 3. Ovdje su prikazana dva poremećaja neobičnog oblika: vrtlog i antivorteks. Mentalno odaberite tačku na slici i pratite kružnu putanju u smjeru suprotnom od kazaljke na satu oko centra, obraćajući pažnju na to što se dešava sa strelicama. Vidjet ćete da se strelica vrtloga okreće u istom smjeru, suprotno od kazaljke na satu, a strelica antivortexa okreće se u suprotnom smjeru, u smjeru kazaljke na satu. Sada uradite isto u osnovnom stanju sistema (strelica je uglavnom nepomična) iu stanju sa spin talasom (gde strelica lagano osciluje oko prosečne vrednosti). Možete zamisliti i deformisane verzije ovih slika, recimo okretni val u teretu prema vrtlogu: tamo će strelica također napraviti punu revoluciju, lagano se ljuljajući.
Nakon ovih vježbi postaje jasno da su sva moguća uzbuđenja podijeljena na fundamentalno različite klase: da li strelica napravi punu revoluciju kada ide oko centra ili ne, i ako to čini, u kom smjeru. Ove situacije imaju različite topologije. Nijedna količina glatkih promjena ne može pretvoriti vrtlog u običan val: ako okrenete strelice, onda naglo, preko cijele rešetke odjednom i pod velikim kutom odjednom. Vrtlog, kao i anti-vorteks, topološki zaštićeno: oni se, za razliku od zvučnog talasa, ne mogu jednostavno rastvoriti.
Poslednja važna tačka. Vrtlog se topološki razlikuje od jednostavnog vala i od antivorteksa samo ako strelice leže striktno u ravnini figure. Ako nam se dozvoli da ih dovedemo u treću dimenziju, onda se vrtlog može glatko eliminisati. Topološka klasifikacija pobuda radikalno zavisi od dimenzije sistema!
Topološki fazni prijelazi
Ova čisto geometrijska razmatranja imaju vrlo opipljive fizičke posljedice. Energija obične vibracije, istog fonona, može biti proizvoljno mala. Stoga, na bilo kojoj temperaturi, ma koliko niskoj, ove oscilacije nastaju spontano i utiču na termodinamička svojstva medija. Energija topološki zaštićene pobude, vrtloga, ne može biti ispod određene granice. Stoga, na niskim temperaturama, pojedinačni vrtlozi ne nastaju, pa stoga ne utiču na termodinamička svojstva sistema - barem se tako mislilo do ranih 1970-ih.
U međuvremenu, 1960-ih, kroz napore mnogih teoretičara, otkriven je problem sa razumijevanjem onoga što se događa u XY modelu sa fizičke tačke gledišta. U uobičajenom trodimenzionalnom slučaju, sve je jednostavno i intuitivno. Na niskim temperaturama sistem izgleda uređeno, kao na sl. 2. Ako uzmete dva proizvoljna čvora rešetke, čak i vrlo udaljena, tada će spinovi u njima lagano oscilirati oko istog smjera. Ovo je, relativno govoreći, spin kristal. Na visokim temperaturama, spinovi se "tope": dva udaljena mjesta rešetke više nisu u korelaciji jedno s drugim. Postoji jasna temperatura faznog prijelaza između dva stanja. Ako temperaturu postavite tačno na ovu vrijednost, tada će sistem biti u posebnom kritičnom stanju, kada korelacije i dalje postoje, ali se postepeno, na način stepena, smanjuju s rastojanjem.
U dvodimenzionalnoj rešetki na visokim temperaturama postoji i neuređeno stanje. Ali na niskim temperaturama sve je izgledalo veoma, veoma čudno. Dokazana je stroga teorema (vidi Mermin-Wagnerova teorema) da u dvodimenzionalnoj verziji ne postoji kristalni red. Pažljivi proračuni su pokazali da nije da ga uopće nema, već se jednostavno smanjuje s rastojanjem prema zakonu moći - baš kao u kritičnom stanju. Ali ako je u trodimenzionalnom slučaju kritično stanje bilo samo na jednoj temperaturi, onda ovdje kritično stanje zauzima cijelo područje niskih temperatura. Ispostavilo se da u dvodimenzionalnom slučaju dolaze u igru neke druge pobude koje ne postoje u trodimenzionalnoj verziji (slika 4)!
Propratni materijali Nobelovog komiteta opisuju nekoliko primjera topoloških fenomena u različitim kvantnim sistemima, kao i nedavni eksperimentalni rad na njihovom ostvarenju i izglede za budućnost. Ova priča završava citatom iz Haldaneovog članka iz 1988. U njemu, kao da se pravda, kaže: “ Iako je malo vjerovatno da će specifičan model koji je ovdje predstavljen, ipak biti fizički ostvariv...". 25 godina kasnije magazin Priroda objavljuje , koji izvještava o eksperimentalnoj implementaciji Haldaneovog modela. Možda su topološki netrivijalne pojave u kondenziranoj materiji jedna od najupečatljivijih potvrda neizrečenog mota fizike kondenzirane materije: u odgovarajućem sistemu utjelovit ćemo svaku samodosljednu teorijsku ideju, ma koliko ona izgledala egzotično.
Nobelovci za fiziku - apstrakt
UVOD 2
1. NOBELOVI LAUREATI 4
Alfred Nobel 4
Žores Alferov 5
Heinrich Rudolf Hertz 16
Petar Kapica 18
Marija Kiri 28
Lev Landau 32
Vilhelm Konrad Rentgen 38
Albert Ajnštajn 41
ZAKLJUČAK 50
LITERATURA 51
U nauci nema otkrivenja, nema trajnih dogmi; sve se u njemu, naprotiv, kreće i poboljšava.
A. I. Herzen
UVOD
U današnje vrijeme, poznavanje osnova fizike je neophodno svima da bi imali ispravno razumijevanje svijeta oko nas - od svojstava elementarnih čestica do evolucije Univerzuma. Za one koji su svoju buduću profesiju odlučili da povežu sa fizikom, proučavanje ove nauke pomoći će im da naprave prve korake ka savladavanju profesije. Možemo naučiti kako su čak i naizgled apstraktna fizička istraživanja iznjedrila nova područja tehnologije, dala poticaj razvoju industrije i dovela do onoga što se obično naziva naučno-tehnološka revolucija.
Uspjesi nuklearne fizike, teorije čvrstog stanja, elektrodinamike, statističke fizike i kvantne mehanike odredili su pojavu tehnologije na kraju dvadesetog stoljeća, kao što su laserska tehnologija, nuklearna energija i elektronika. Da li je u naše vrijeme moguće zamisliti bilo koju oblast nauke i tehnologije bez elektronskih kompjutera? Mnogi od nas će nakon završene škole imati priliku da rade u nekoj od ovih oblasti, a ko god da budemo - KV radnici, laboratorijski asistenti, tehničari, inženjeri, doktori, astronauti, biolozi, arheolozi - pomoći će nam znanje fizike bolje savladaj svoju profesiju.
Fizičke pojave se proučavaju na dva načina: teorijski i eksperimentalno. U prvom slučaju (teorijska fizika), novi odnosi se izvode pomoću matematičkog aparata i na osnovu ranije poznatih zakona fizike. Glavni alati ovdje su papir i olovka. U drugom slučaju (eksperimentalna fizika), nove veze između pojava dobijaju se fizičkim merenjima. Ovdje su instrumenti mnogo raznovrsniji - brojni mjerni instrumenti, akceleratori, mjehuraste komore itd.
Koje od brojnih oblasti fizike biste trebali preferirati? Svi su usko povezani. Ne možete biti dobar eksperimentator ili teoretičar u oblasti, recimo, fizike visokih energija bez poznavanja fizike niskih temperatura ili fizike čvrstog stanja. Nove metode i odnosi koji su se pojavili u jednom području često daju poticaj za razumijevanje druge, na prvi pogled, udaljene grane fizike. Tako su teorijske metode razvijene u kvantnoj teoriji polja revolucionirale teoriju faznih prijelaza, i obrnuto, na primjer, fenomen spontanog narušavanja simetrije, dobro poznat u klasičnoj fizici, ponovo je otkriven u teoriji elementarnih čestica, pa čak i pristup ovome. teorija. I naravno, prije nego što konačno odaberete bilo koji smjer, morate dovoljno dobro proučiti sve oblasti fizike. Osim toga, s vremena na vrijeme, iz raznih razloga, morate se seliti iz jednog područja u drugo. Ovo se posebno odnosi na fizičare teoretske koji nisu uključeni u svoj rad sa glomaznom opremom.
Većina teoretskih fizičara mora da radi u različitim oblastima nauke: atomska fizika, kosmičko zračenje, teorija metala, atomsko jezgro, kvantna teorija polja, astrofizika - sve oblasti fizike su zanimljive.
Sada se najosnovniji problemi rješavaju u teoriji elementarnih čestica i u kvantnoj teoriji polja. Ali u drugim područjima fizike ima mnogo zanimljivih neriješenih problema. I naravno, ima ih mnogo u primijenjenoj fizici.
Stoga je potrebno ne samo bolje upoznati različite grane fizike, već, što je najvažnije, osjetiti njihovu međusobnu povezanost.
Nisam slučajno odabrao temu “Nobelovci”, jer da bismo naučili nove oblasti fizike, da bismo razumjeli suštinu modernih otkrića, potrebno je temeljno razumjeti već utvrđene istine. Bilo mi je veoma interesantno da u procesu mog rada na apstraktu naučim nešto novo ne samo o velikim otkrićima, već i o samim naučnicima, o njihovim životima, radnim stazama i sudbini. U stvari, tako je zanimljivo i uzbudljivo saznati kako su se otkrića dogodila. I još jednom sam se uvjerio da se mnoga otkrića događaju sasvim slučajno, u roku od sat vremena čak iu procesu potpuno drugačijeg rada. Ali uprkos tome, otkrića ne postaju manje zanimljiva. Čini mi se da sam u potpunosti ostvario svoj cilj - da za sebe otkrijem neke tajne iz oblasti fizike. I mislim da je proučavanje otkrića kroz životni put velikih naučnika, dobitnika Nobelove nagrade, najbolja opcija. Uostalom, uvijek bolje naučite gradivo kada znate koje je ciljeve naučnik sebi postavio, šta je želio i šta je na kraju postigao.
1. NOBELOVI LAUREATI
Alfred Nobel
ALFRED NOBEL, švedski eksperimentalni hemičar i biznismen, pronalazač dinamita i drugih eksploziva, koji je želeo da osnuje dobrotvornu fondaciju za dodelu nagrade u njegovo ime, koja mu je donela posthumnu slavu, odlikovao se neverovatnom nedoslednošću i paradoksalnim ponašanjem. Savremenici su vjerovali da on ne odgovara slici uspješnog kapitaliste u doba brzog industrijskog razvoja u drugoj polovini 19. stoljeća. Nobel je gravitirao samoći i miru, nije mogao tolerisati gradsku vrevu, iako je veći dio života živio u urbanim uslovima, a i putovao je prilično često. Za razliku od mnogih tajkuna u poslovnom svijetu njegovog vremena, Nobel se može nazvati više
“Spartan”, pošto nikada nije pušio, nije pio alkohol, a izbegavao je karte i druge kockanje.
U svojoj vili u San Remu, sa pogledom na Sredozemno more i okružen drvećem narandže, Nobel je izgradio malu hemijsku laboratoriju u kojoj je radio čim mu je vreme dozvoljavalo. Između ostalog, eksperimentirao je u proizvodnji sintetičke gume i umjetne svile. Nobel je volio San Remo zbog njegove nevjerovatne klime, ali je zadržao topla sjećanja na zemlju svojih predaka. Godine 1894 kupio je željezaru u Värmlandu, gdje je istovremeno izgradio imanje i nabavio novu laboratoriju. Posljednje dvije ljetne sezone svog života proveo je u Värmlandu. Leto 1896 umro mu je brat Robert. Istovremeno, Nobel je počeo da pati od bolova u srcu.
Na konsultaciji sa specijalistima u Parizu upozoren je na razvoj angine pektoris povezane s nedostatkom kisika u srčanom mišiću. Savjetovano mu je da ode na odmor. Nobel se ponovo preselio u San Remo. Pokušao je da završi nedovršeni posao i ostavio je rukom ispisanu bilješku svoje samrtne želje. Posle ponoći 10. decembra
1896 preminuo je od cerebralnog krvarenja. Osim talijanskih slugu koji ga nisu razumjeli, niko od njegovih bliskih nije bio uz Nobela u trenutku njegove smrti, a njegove posljednje riječi ostale su nepoznate.
Poreklo Nobelove oporuke sa formulacijom odredbi o dodjeli nagrada za dostignuća u različitim oblastima ljudske djelatnosti ostavlja mnogo nejasnoća. Dokument u konačnom obliku predstavlja jedno od izdanja njegovih prethodnih testamenta. Njegov samrtni dar za dodjelu nagrada u oblasti književnosti i nauke i tehnologije logično proizlazi iz interesovanja samog Nobela, koji je došao u dodir sa naznačenim aspektima ljudske djelatnosti: fizikom, fiziologijom, hemijom, književnošću.
Postoji i razlog za pretpostavku da je osnivanje nagrada za mirovne aktivnosti povezano sa željom pronalazača da odaje priznanje ljudima koji su se, poput njega, uporno opirali nasilju. Godine 1886., na primjer, rekao je jednom poznaniku Englezu da ima „sve ozbiljniju namjeru da vidi mirne izdanke crvene ruže u ovom svijetu koji se dijeli“.
Dakle, pronalazak dinamita donio je Nobelu ogromno bogatstvo. Dana 27. novembra 1895. godine, godinu dana prije smrti, Nobel je ostavio svoje bogatstvo od 31 milion dolara kako bi podstakao naučna istraživanja širom svijeta i podržao najtalentovanije naučnike. Prema Nobelovoj volji, Švedska akademija nauka svake jeseni imenuje laureate nakon pažljivog razmatranja kandidata koje predlažu veliki naučnici i nacionalne akademije i temeljne provjere njihovog rada. Nagrade se dodeljuju 10. decembra, na dan Nobelove smrti.
Zhores Alferov
Nisam siguran ni da će to u 21. veku biti moguće savladati
“fuziju” ili, recimo, poraz raka
Boris Strugacki,
pisac
ŽOREŠ ALFEROV je rođen 15. marta 1930. godine u Vitebsku. Godine 1952. diplomirao je sa odlikom na Lenjingradskom elektrotehničkom institutu po imenu V.I.
Uljanov (Lenjin) sa diplomom elektrovakumske tehnologije.
Na Fizičko-tehničkom institutu A.F. Ioffe Akademije nauka SSSR-a radio je kao inženjer, mlađi, viši istraživač, šef sektora, šef odjeljenja. Godine 1961. odbranio je tezu o proučavanju moćnih germanijumskih i silicijumskih ispravljača, a 1970. godine odbranio tezu na osnovu rezultata istraživanja heterospojnica u poluprovodnicima za zvanje doktora fizičko-matematičkih nauka.
Godine 1972. izabran je za dopisnog člana, a 1979. za redovnog člana Akademije nauka SSSR-a. Od 1987. - direktor Fizičko-tehničkog instituta Akademije nauka SSSR-a. Glavni i odgovorni urednik časopisa "Fizika i tehnologija poluprovodnika".
Ž.Alferov je autor fundamentalnih radova iz oblasti fizike poluprovodnika, poluprovodničkih uređaja, poluprovodnika i kvantne elektronike. Uz njegovo aktivno učešće, stvoreni su prvi domaći tranzistori i moćni germanijumski ispravljači. Osnivač novog smjera u fizici poluvodiča - poluvodička elektronika - poluvodičke heterostrukture i uređaji na njima. Na račun naučnika
50 pronalazaka, tri monografije, više od 350 naučnih članaka u domaćim i međunarodnim časopisima. Laureat je Lenjinove nagrade (1972) i Državne nagrade
(1984) Nagrade SSSR-a.
Franklin institut (SAD) dodijelio je Ž. Alferovu zlatnu medalju S.
Ballantyne, Evropsko fizičko društvo dodijelilo mu je Hewlett nagradu.
Packard." Fizičar je također nagrađen nagradom A.P. Karpinsky, zlatnom medaljom H. Welker (Njemačka) i međunarodnom nagradom simpozijuma galijum arsenida.
Od 1989. Alferov je bio predsjedavajući predsjedništva Lenjingrada - St.
Naučni centar u Sankt Peterburgu Ruske akademije nauka. Od 1990. – potpredsjednik Akademije nauka SSSR-a (RAN). Ž. Alferov – poslanik ruske Državne dume
Federacije (frakcija Komunističke partije Ruske Federacije), član Komiteta za obrazovanje i nauku.
Ž. Alferov je podelio nagradu sa dvojicom stranih kolega - Herbertom
Kremer sa Univerziteta Kalifornije u Santa Barbari i Jack S. Kilby iz Texas Instruments u Dallasu. Naučnici su nagrađivani za otkriće i razvoj opto- i mikroelektronskih elemenata, na osnovu kojih su naknadno razvijeni dijelovi savremenih elektronskih uređaja. Ovi elementi su stvoreni na bazi takozvanih poluvodičkih heterostruktura - višeslojnih komponenti brzih dioda i tranzistora.
Jedan od "saradnika" Ž. Alferova, Amerikanac njemačkog porijekla
G. Kremer je još 1957. godine razvio heterostrukturni tranzistor.
Šest godina kasnije, on i Ž. Alferov su nezavisno predložili principe koji su bili osnova za dizajn heterostrukturnog lasera. Iste godine Žores Ivanovič je patentirao svoj poznati kvantni generator optičke injekcije. Treći laureat fizičara – Jack
S. Kilby je dao ogroman doprinos stvaranju integrisanih kola.
Fundamentalni rad ovih naučnika omogućio je u osnovi stvaranje optičkih komunikacija, uključujući internet. Laserske diode bazirane na tehnologiji heterostrukture mogu se naći u CD playerima i čitačima bar kodova.
Brzi tranzistori se koriste u satelitskim komunikacijama i mobilnim telefonima.
Iznos nagrade je 9 miliona. švedskih kruna (oko devetsto hiljada dolara). Jack S. Kilby je dobio polovinu ovog iznosa, drugi je podijelio Jaurès
Alferov i Herbert Kremer.
Kakva su predviđanja nobelovca za budućnost? On je u to uvjeren
21. vijek će biti vijek nuklearne energije. Izvori energije ugljikovodika su iscrpljivi, ali nuklearna energija ne poznaje granice. Sigurna nuklearna energija je, kako kaže Alferov, moguća.
Kvantna fizika, fizika čvrstog stanja - to je, po njegovom mišljenju, osnova napretka.Naučnici su naučili da slažu atome jedan na jedan, bukvalno grade nove materijale za jedinstvene uređaje. Već su se pojavili nevjerovatni laseri s kvantnim tačkama.
Koliko je Alferovljevo Nobelovo otkriće korisno i opasno?
Istraživanje našeg naučnika i njegovih kolega laureata iz Nemačke i SAD predstavlja veliki korak ka razvoju nanotehnologije. Njoj će, prema svjetskim autoritetima, pripadati 21. vijek. Svake godine se u nanotehnologiju ulažu stotine miliona dolara, a desetine kompanija se bave istraživanjem.
Nanoroboti - hipotetski mehanizmi veličine desetina nanometara
(ovo su milioniti dijelovi milimetra), čiji je razvoj započeo ne tako davno.
Nanorobot se ne sastavlja od dijelova i komponenti koji su nam poznati, već od pojedinačnih molekula i atoma. Poput konvencionalnih robota, nanoroboti će se moći kretati, obavljati različite operacije i kontrolirat će ih spolja ili ugrađeni kompjuter.
Glavni zadaci nanorobota su sklapanje mehanizama i stvaranje novih supstanci. Takvi uređaji se nazivaju asembler (assembler) ili replikator.
Kruna dostignuća bit će nanoroboti koji samostalno sklapaju svoje kopije, odnosno sposobni za reprodukciju. Sirovine za reprodukciju bit će najjeftiniji materijali koji doslovno leže pod nogama - opalo lišće ili morska voda, iz kojih će nanoroboti birati molekule koje su im potrebne, baš kao što lisica traži hranu u šumi.
Ideja ovog pravca pripada nobelovcu Richardu
Feynman i izražena je 1959. Već su se pojavili uređaji koji mogu raditi s jednim atomom, na primjer, preurediti ga na drugo mjesto.
Stvoreni su zasebni elementi nanorobota: mehanizam šarke zasnovan na nekoliko DNK lanaca, sposobnih da se savijaju i odmotaju kao odgovor na hemijski signal, uzorci nanotranzistora i elektronski prekidači koji se sastoje od nekoliko atoma.
Nanoroboti uvedeni u ljudski organizam moći će da ga očiste od mikroba ili novonastalih ćelija raka, a cirkulatorni sistem od naslaga holesterola. Oni će moći da ispravljaju karakteristike tkiva i ćelija.
Kao što molekule DNK, tokom rasta i reprodukcije organizama, sastavljaju svoje kopije od jednostavnih molekula, nanoroboti će moći da stvaraju različite objekte i nove vrste materije – i „mrtve“ i „žive“. Teško je zamisliti sve mogućnosti koje će se otvoriti čovječanstvu ako nauči da radi s atomima kao sa vijcima i maticama. Pravljenje vječnih dijelova mehanizama od atoma ugljika raspoređenih u dijamantsku rešetku, stvaranje molekula koje se rijetko nalaze u prirodi, novih konstruiranih spojeva, novih lijekova...
Ali što ako se uređaj dizajniran za tretiranje industrijskog otpada pokvari i počne uništavati korisne tvari u biosferi? Najneugodnije će biti to što su nanoroboti sposobni za samoreprodukciju. A onda će se pokazati kao fundamentalno novo oružje za masovno uništenje. Nije teško zamisliti nanorobote programirane za proizvodnju već poznatog oružja. Savladavši tajnu stvaranja robota ili ga nekako nabavi, čak i usamljeni terorista moći će ih proizvesti u nevjerojatnim količinama. Nesretne posljedice nanotehnologije uključuju stvaranje uređaja koji su selektivno destruktivni, na primjer ciljani na određene etničke grupe ili geografska područja.
Neki Alferova smatraju sanjarom. Pa, on voli da sanja, ali njegovi snovi su strogo naučni. Jer Žores Alferov je pravi naučnik. I nobelovac.
Amerikanci su 2000. godine dobili Nobelovu nagradu za hemiju
Alan Heeger (UC Santa Barbara) i Alan
McDiarmid (Univerzitet Pensilvanije), kao i japanski naučnik Hideki
Shirakawa (Univerzitet u Tsukubi). Najvišu naučnu čast dobili su za otkriće električne provodljivosti u plastici i razvoj električno provodljivih polimera, koji se široko koriste u proizvodnji fotografskog filma, kompjuterskih monitora, televizijskih ekrana, reflektirajućih prozora i drugih visokotehnoloških proizvoda.
Od svih teorijskih puteva, Borov put je bio najznačajniji.
P. Kapitsa
NIELS BOR (1885-1962) - najveći fizičar našeg vremena, tvorac originalne kvantne teorije atoma, zaista jedinstvena i neodoljiva ličnost. On ne samo da je nastojao razumjeti zakone prirode, proširujući granice ljudskog znanja, ne samo da je osjetio puteve razvoja fizike, već je nastojao svim sredstvima koja su mu bila dostupna da nauku učini da služi miru i napretku. Lične osobine ovog čovjeka - duboka inteligencija, najveća skromnost, poštenje, pravednost, dobrota, dar predviđanja, izuzetna istrajnost u potrazi za istinom i njenom podržavanju - nisu ništa manje privlačne od njegovih naučnih i društvenih aktivnosti.
Ove osobine učinile su ga Rutherfordovim najboljim učenikom i kolegom, Ajnštajnovim poštovanim i neizostavnim protivnikom, Čerčilovim protivnikom i smrtnim neprijateljem nemačkog fašizma. Zahvaljujući ovim osobinama, postao je učitelj i mentor velikom broju istaknutih fizičara.
Živopisna biografija, istorija briljantnih otkrića, dramatična borba protiv nacizma, borba za mir i mirna upotreba atomske energije - sve je to privuklo i nastavit će privlačiti pažnju na velikog naučnika i najdivniju osobu.
N. Bohr je rođen 7. oktobra 1885. Bio je drugo dijete u porodici Kristijana Bora, profesora fiziologije na Univerzitetu u Kopenhagenu.
Sa sedam godina, Nils je krenuo u školu. Lako je učio, bio je radoznao, vredan i promišljen učenik, talentovan za oblast fizike i matematike. Jedini problem sa njegovim esejima na maternjem jeziku bio je to što su bili prekratki.
Bohr je od djetinjstva volio nešto dizajnirati, sastaviti i rastaviti.
Uvijek ga je zanimalo funkcioniranje velikih tornjevskih satova; bio je spreman da dugo posmatra rad njihovih točkova i zupčanika. Kod kuće, Nils je popravio sve što je trebalo popraviti. Ali prije nego što bilo šta rastavljam, pažljivo sam proučio funkcije svih dijelova.
Godine 1903. Niels je upisao Univerzitet u Kopenhagenu, a godinu dana kasnije i njegov brat Harald. Braća su ubrzo stekla reputaciju vrlo sposobnih učenika.
1905. godine, Danska akademija nauka raspisala je konkurs na temu:
"Upotreba vibracija mlaza za određivanje površinskog napona tečnosti." Rad, koji će trajati godinu i po dana, bio je veoma složen i zahtijevao je dobru laboratorijsku opremu. Nils je učestvovao na takmičenju. Kao rezultat napornog rada, izvojevana je njegova prva pobjeda: postao je vlasnik zlatne medalje. Godine 1907. Bohr je diplomirao na univerzitetu, a u
Godine 1909. njegov rad „Određivanje površinskog napona vode metodom oscilovanja mlaza” objavljen je u zbornicima Kraljevskog društva iz Londona.
U tom periodu N. Bor počinje da se priprema za master ispit.
Odlučio je da svoj magistarski rad posveti fizičkim svojstvima metala. Na osnovu elektronske teorije analizira električnu i toplotnu provodljivost metala, njihova magnetna i termoelektrična svojstva. Sredinom ljeta 1909. bio je gotov magistarski rad, 50 stranica rukom pisanog teksta. Ali Bor nije baš zadovoljan time: otkrio je slabosti u elektronskoj teoriji. Međutim, obrana je bila uspješna, a Bohr je magistrirao.
Nakon kratkog odmora, Bohr se vratio poslu, odlučivši da napiše doktorsku disertaciju o analizi elektronske teorije metala. U maju 1911. uspješno ga je odbranio i iste godine otišao na jednogodišnji staž u
Cambridge J. Thomsonu. Budući da je Bor imao niz nejasnih pitanja u elektronskoj teoriji, odlučio je da svoju disertaciju prevede na engleski kako bi je Thomson mogao pročitati. "Veoma sam zabrinut zbog Thomsonovog mišljenja o djelu u cjelini, kao i zbog njegovog stava prema mojoj kritici", napisao je Bohr.
Čuveni engleski fizičar ljubazno je primio mladog pripravnika iz Danske.
Predložio je Boru da radi na pozitivnim zracima i dao se na sastavljanje eksperimentalne postavke. Instalacija je ubrzo montirana, ali dalje nije išlo. I Nils odlučuje da napusti ovaj posao i počne da se priprema za objavljivanje svoje doktorske disertacije.
Međutim, Thomson nije žurio da pročita Borovu disertaciju. Ne samo zato što uopšte nije voleo da čita i što je bio strašno zauzet. Ali i zato što sam se, kao revnosni pobornik klasične fizike, osjećao u mladom Boru
"disident". Borova doktorska disertacija ostala je neobjavljena.
Teško je reći kako bi se sve ovo završilo za Bora i kakva bi bila njegova dalja sudbina da mladi, ali već laureat, nije bio u blizini
Nobelovu nagradu profesoru Ernestu Rutherfordu, kojeg je Bohr prvi put vidio u oktobru 1911. na godišnjoj večeri u Cavendishu. “Iako ovaj put nisam uspio upoznati Rutherforda, bio sam duboko impresioniran njegovim šarmom i energijom – kvalitetima s kojima je mogao postići gotovo nevjerovatne stvari gdje god da je radio”, prisjetio se Bor. Odlučuje da radi zajedno sa ovim nevjerovatnim čovjekom, koji ima gotovo natprirodnu sposobnost da precizno pronikne u suštinu naučnih problema. U novembru 1911, Bohr ga je posjetio
Manchester, sastao se sa Rutherfordom i razgovarao s njim. Rutherford je pristao da primi Bora u svoju laboratoriju, ali je problem morao biti riješen s Thomsonom. Thomson je dao svoj pristanak bez oklijevanja. Nije mogao razumjeti Borove fizičke poglede, ali očigledno nije želio da ga uznemirava.
Ovo je nesumnjivo bilo mudro i dalekovido od strane slavnih
"klasični".
U aprilu 1912. N. Bohr je stigao u Manchester, u Rutherfordovu laboratoriju.
Svoj glavni zadatak vidio je u rješavanju kontradiktornosti Rutherfordovog planetarnog modela atoma. Svoje misli je rado podijelio sa svojim učiteljem, koji ga je savjetovao da pažljivije izvede teorijsku konstrukciju na takvoj osnovi kako je smatrao svojim atomskim modelom. Bližilo se vrijeme za polazak, a Bohr je radio sa sve većim entuzijazmom. Shvatio je da protivrečnosti Rutherfordovog atomskog modela neće biti moguće riješiti u okviru čisto klasične fizike. I odlučio je primijeniti kvantne koncepte Plancka i Einsteina na planetarni model atoma. Prvi dio rada, zajedno s pismom u kojem je Bohr pitao Rutherforda kako je uspio istovremeno koristiti klasičnu mehaniku i kvantnu teoriju zračenja, poslat je
Manchester 6. marta, tražeći njegovo objavljivanje u časopisu. Suština Borove teorije bila je izražena u tri postulata:
1. Postoje neka stacionarna stanja atoma, u kojima on ne emituje niti apsorbuje energiju. Ova stacionarna stanja odgovaraju dobro definisanim (stacionarnim) orbitama.
2. Orbita je stacionarna ako je ugaoni moment elektrona (L=m v r) višestruki od b/2(= h. tj. L=m v r = n h, gdje je n=1. 2, 3, ...
- cijeli brojevi.
3. Kada atom prelazi iz jednog stacionarnog stanja u drugo, emituje se ili apsorbuje jedan kvant energije hvnm==Wn-Wm, gde je Wn, Wm energija atoma u dva stacionarna stanja, h je Plankova konstanta, vnm je frekvencija zračenja Za Wp>Wt dolazi do kvantne emisije, na Wn