David James Thouless brit fizikus 1934-ben született a skóciai Bearsdenben (Egyesült Királyság).
1955-ben a Cambridge-i Egyetemen (Egyesült Királyság) szerzett bachelor fokozatot. 1958-ban szerzett PhD fokozatot a Cornell Egyetemen (USA).
Doktori disszertációjának megvédése után a berkeleyi és a birminghami egyetemen dolgozott.
1965 és 1978 között a matematikai fizika professzora volt a Birminghami Egyetemen, ahol Michael Kosterlitz fizikussal dolgozott együtt.
Thawless és Kosterlitz az 1970-es évek elején megdöntötték azokat a létező elméleteket, amelyek azt sugallták, hogy a szupravezetés és a szuperfolyékonyság jelenségei nem figyelhetők meg vékony rétegekben. Bebizonyították, hogy alacsony hőmérsékleten szupravezetés is előfordulhat, és elmagyarázták azokat a fázisátalakulásokat, amelyek miatt a szupravezetés eltűnik magasabb hőmérsékleten.
1980 óta Towless a Seattle-i Washington Egyetem (USA) fizikaprofesszora. Jelenleg a Washingtoni Állami Egyetem professzor emeritusa.
Dr. Thouless a Royal Society, az Amerikai Fizikai Társaság, az Amerikai Művészeti és Tudományos Akadémia, valamint az Amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia munkatársa.
A British Institute of Physics által odaítélt Maxwell- és Paul Dirac-érem kitüntetettje; Holweck-érem a Francia Fizikai Társaságtól és a Fizikai Intézettől. A Fritz London-díj nyertese, amelyet olyan tudósoknak ítélnek oda, akik kiemelkedően hozzájárultak az alacsony hőmérsékletű fizika területén; az Amerikai Fizikai Társaság Lars Onsager-díját és a Wolf-díjat.
2016. október 4. David Thouless az anyag topológiai átmeneteinek és topológiai fázisainak felfedezéséért dolgozott.
Kosterlitz Michael
John Michael Kosterlitz brit fizikus 1942-ben született Aberdeenben, Skóciában (Egyesült Királyság).
1965-ben alapdiplomát, 1966-ban mesterdiplomát szerzett a Cambridge-i Egyetemen (Egyesült Királyság), 1969-ben pedig doktori fokozatot nagyenergiájú fizikából az Oxfordi Egyetemen (Egyesült Királyság).
Michael Kosterlitz megkapta a Brit Fizikai Intézet Maxwell-éremét (1981), és az Amerikai Fizikai Társaság Lars Onsager-díjának kitüntetettje (2000).
Haldane Duncan
Duncan Haldane brit fizikus 1951. szeptember 14-én született Londonban (Egyesült Királyság).
1973-ban a Cambridge-i Egyetemen (Egyesült Királyság) szerzett bachelor fokozatot, 1978-ban pedig doktori fokozatot fizikából.
1977-1981 között a franciaországi Grenoble-ban, a Nemzetközi Laue-Langevin Intézetben dolgozott.
1981-1985 között a fizika docense a Dél-Kaliforniai Egyetemen, USA-ban.
1985-1987 között a Bell Laboratories francia-amerikai kutatóközpontban dolgozott.
1987 és 1990 között a Kaliforniai Egyetem San Diego-i Eugene Higgins Fizikai Tanszékének professzora volt.
1990 óta az USA-beli Princeton Egyetem Eugene Higgins Fizikai Tanszékének professzora.
Részt vett a törtkvantum Hall-effektus új geometriai leírásának kidolgozásában. Haldane kutatási területei közé tartozott a kvantumösszefonódás hatása, a topológiai szigetelők.
1986 óta az Amerikai Fizikai Társaság tagja.
1992 óta az Amerikai Művészeti és Tudományos Akadémia (Boston) tagja.
1996 óta a Londoni Királyi Társaság tagja.
2001 óta tagja az Amerikai Tudományfejlesztési Szövetségnek.
1993-ban Duncan megkapta az Oliver E. Buckley Condensed Matter Physics Prize-t az Amerikai Fizikai Társaságtól. 2012-ben az Abdus Salam Nemzetközi Elméleti Fizikai Központ Dirac-éremmel tüntette ki.
2016-ban Duncan Haldane (David Towless-szel és Michael Kosterlitzzel együtt) fizikadíjat kapott az anyag topológiai átmeneteinek és topológiai fázisainak felfedezéséért. Amint azt a Nobel-bizottság sajtóközleménye is megjegyzi, a jelenlegi díjazottak „egy ismeretlen világ felé nyitották meg az ajtót”, amelyben az anyag szokatlan állapotban lehet. Először is a szupravezetőkről és a vékony mágneses filmekről beszélünk.
Albert Einstein . Fizikai Nobel-díj, 1921
A 20. század leghíresebb tudósa. és minden idők egyik legnagyobb tudósa, Einstein egyedülálló belátási erejével és felülmúlhatatlan fantáziájával gazdagította a fizikát. Igyekezett magyarázatot találni a természetre egy olyan egyenletrendszer segítségével, amely nagy szépséggel és egyszerűséggel bír. Díjjal jutalmazták a fotoelektromos hatás törvényének felfedezéséért.
Edward Appleton. Fizikai Nobel-díj, 1947
Edward Appletont a felső légkör fizikájának kutatásáért, különösen az úgynevezett Appleton-réteg felfedezéséért ítélték oda. Az ionoszféra magasságának mérésével Appleton felfedezett egy második nem vezető réteget, amelynek ellenállása lehetővé teszi a rövidhullámú rádiójelek visszaverését. Ezzel a felfedezéssel Appleton megteremtette a közvetlen rádióadás lehetőségét az egész világ számára.
Leo ESAKI. Fizikai Nobel-díj, 1973
Leo Esaki Ivor Jayeverrel együtt kapta a díjat a félvezetők és szupravezetők alagúttal kapcsolatos jelenségeinek kísérleti felfedezéséért. Az alagúthatás lehetővé tette a félvezetőkben és szupravezetőkben lévő elektronok viselkedésének, valamint a szupravezetőkben előforduló makroszkopikus kvantumjelenségeknek a mélyebb megértését.
Hideki YUKAWA. Fizikai Nobel-díj, 1949
Hideki Yukawa a díjat a mezonok létezésének előrejelzéséért kapta a nukleáris erőkkel kapcsolatos elméleti munkák alapján. Yukawa részecskéje pi mezon, majd egyszerűen pion néven vált ismertté. Yukawa hipotézisét elfogadták, amikor Cecil F. Powell egy nagy magasságban elhelyezett ionizációs kamra segítségével felfedezte a Yu-részecskét, majd a laboratóriumban mesterségesen állítottak elő mezonokat.
Zhenning YANG. Fizikai Nobel-díj, 1957
Az úgynevezett paritási törvények tanulmányozásában tanúsított előrelátásáért, amely fontos felfedezésekhez vezetett az elemi részecskék területén, Zhenning Yang megkapta a díjat. Az elemi részecskefizika területén a legzsákutcásabb problémát sikerült megoldani, ezután már javában folyt a kísérleti és elméleti munka.
Ma, 2018. október 2-án került sor a fizikai Nobel-díj nyerteseinek kihirdetésére Stockholmban. A díjat „a lézerfizika területén végzett áttörést jelentő felfedezésekért” ítélték oda. A megfogalmazás megjegyzi, hogy a díj felét Arthur Ashkin kapja az „optikai csipeszekért és biológiai rendszerekben való felhasználásukért”, a másik felét pedig Gérard Mourou és Donna Strickland „nagy intenzitású ultrarövid optikai impulzusok generálására szolgáló módszerükért”.
HÍREK⁰A Svéd Királyi Tudományos Akadémia úgy döntött, hogy odaítéli a #Nóbel díj a Fizika 2018-ban „a lézerfizika úttörő találmányaiért”, amelynek egyik felét Arthur Ashkin, másik felét pedig Gérard Mourou és Donna Strickland közösen. pic.twitter.com/PK08SnUslK
Arthur Ashkin feltalálta az optikai csipeszt, amely képes befogni és mozgatni az egyes atomokat, vírusokat és élő sejteket anélkül, hogy károsítaná őket. Ezt a lézersugárzás fókuszálásával és gradiens erők alkalmazásával éri el, amelyek a részecskéket olyan területre vonják, ahol az elektromágneses tér nagyobb intenzitású. Ashkin csoportjának először 1987-ben sikerült ilyen módon élő sejtet elfognia. Jelenleg ezt a módszert széles körben alkalmazzák vírusok, baktériumok, emberi szövetsejtek tanulmányozására, valamint az egyes atomok manipulálására (nano méretű rendszerek létrehozására).
Gerard Moore-nak és Donna Stricklandnek 1985-ben sikerült először ultrarövid, nagy intenzitású lézerimpulzusok forrását létrehozni a lézeres munkakörnyezet tönkretétele nélkül. Kutatásuk előtt a rövid impulzusú lézerek jelentős felerősítése lehetetlen volt: egyetlen impulzus az erősítőn keresztül a rendszer tönkretételéhez vezetett a túl nagy intenzitás miatt.
A Moore és Strickland által kifejlesztett impulzusgenerálási módszert ma csiripelt impulzuserősítésnek nevezik: minél rövidebb a lézerimpulzus, annál szélesebb a spektruma, és az összes spektrális komponens együtt terjed. Azonban egy pár prizma (vagy diffrakciós rács) használatával az impulzus spektrális komponensei egymáshoz képest késleltethetők, mielőtt belépnének az erősítőbe, és ezáltal minden pillanatban csökkenthető a sugárzás intenzitása. Ezt a csiripelt impulzust ezután egy optikai rendszer felerősíti, majd egy inverz diszperziós optikai rendszer (általában diffrakciós rács) segítségével ismét rövid impulzussá tömöríti.
Az ultraéles lézersugarak rendkívül precíz lyukak vágását vagy fúrását teszik lehetővé különféle anyagokban – még élő anyagban is. Évente milliónyi szemműtétet hajtanak végre a legélesebb lézersugárral. #Nóbel díj pic.twitter.com/MiYb4i8AHw
A Nobel-díj (@NobelPrize) 2018. október 2
A csipogó impulzusok erősítése lehetővé tette hatékony, észrevehető teljesítményű femtoszekundumos lézerek létrehozását. Képesek erőteljes impulzusok leadására, amelyek a másodperc kvadrilliod részeiig tartanak. Ezek alapján ma már számos ígéretes rendszert hoztak létre mind az elektronikában, mind a laboratóriumi berendezésekben, amelyek a fizika számos területén fontosak. Ugyanakkor folyamatosan találnak új, gyakran váratlan gyakorlati alkalmazási területeket.
Például a femtoszekundumos lézeres látásjavítás (SMall Incision Lenticula Extraction) módszere lehetővé teszi egy személy szem szaruhártyájának egy részének eltávolítását és ezáltal a rövidlátás korrekcióját. Bár magát a lézeres korrekciós megközelítést már az 1960-as években javasolták, a femtoszekundumos lézerek megjelenése előtt az impulzusok ereje és rövidsége nem volt elegendő a hatékony és biztonságos szemműködéshez: a hosszú impulzusok túlmelegítették a szemszövetet és károsították azokat, ill. a rövid impulzusok túl gyengék voltak ahhoz, hogy elérjék a kívánt vágást a szemen. Ma világszerte emberek milliói estek át hasonló lézerekkel végzett műtéteken.
Emellett a femtoszekundumos lézerek rövid impulzustartamuk miatt lehetővé tették olyan eszközök létrehozását, amelyek ultragyors folyamatokat figyelnek és vezérelnek mind a szilárdtestfizikában, mind az optikai rendszerekben. Ez azért rendkívül fontos, mert az ilyen sebességű folyamatok rögzítésére szolgáló eszköz megszerzése előtt szinte lehetetlen volt számos rendszer viselkedését tanulmányozni, amelyek alapján a feltételezések szerint ígéretes elektronikát lehet létrehozni. a jövőről.
Alekszej Scserbakov, a MIPT Nanoptikai és Plazmonikus Laboratóriumának vezető kutatója a következőt kommentálta az Atticnak: „Gerard Mourou-nak a femtoszekundumos lézerek fejlesztéséhez való hozzájárulásáért kapott Nobel-díj hosszú ideje, tíz éve, vagy talán még tovább. A kapcsolódó munkák szerepe valóban alapvető, és az ilyen típusú lézereket világszerte egyre gyakrabban alkalmazzák. Ma már nehéz felsorolni az összes olyan területet, ahol használják őket. Igaz, nehéz megmondani, mi okozta a Nobel-bizottság azon döntését, hogy Murát és Ashkint, akiknek a fejleményei nem kapcsolódnak közvetlenül, egy díjban egyesítették. Valóban nem ez a legkézenfekvőbb döntés a bizottság részéről. Talán úgy döntöttek, hogy lehetetlen csak Moore-nak vagy csak Ashkinnek adni a díjat, de ha a díj felét az egyik irányért, a másik felét a másikért adnák, akkor ez teljesen indokoltnak tűnik..
A Svéd Királyi Tudományos Akadémia a stockholmi Svéd Királyi Tudományos Akadémia évente ítéli oda a fizikai Nobel-díjat, amely az adott tudomány legmagasabb tudományos teljesítményéért járó elismerés. Alfred Nobel svéd kémikus és vállalkozó akarata alapján hozták létre. A díjat egyszerre legfeljebb három tudós kaphatja meg. A pénzjutalom egyenlően osztható el közöttük, vagy fele és két negyedre osztható. 2017-ben a készpénzbónuszt nyolcaddal – nyolcról kilencmillió koronára (körülbelül 1,12 millió dollárra) – emelték.
Minden díjazott érmet, oklevelet és pénzjutalmat kap. Az érmeket és pénzdíjakat hagyományosan a december 10-én, Nobel halálának évfordulóján megrendezésre kerülő stockholmi ünnepségen adják át a díjazottaknak.
Az első fizikai Nobel-díjat 1901-ben Wilhelm Conrad Roentgen kapta a később róla elnevezett sugarak tulajdonságainak felfedezéséért és tanulmányozásáért. Érdekes módon a tudós elfogadta a díjat, de nem volt hajlandó eljönni az átadási ceremóniára, mondván, hogy nagyon elfoglalt. Ezért a jutalmat postán küldték el neki. Amikor a német kormány az első világháború idején arra kérte a lakosságot, hogy pénzzel és értéktárgyakkal segítsék az államot, Roentgen minden megtakarítását odaadta, beleértve a Nobel-díjat is.
Tavaly, 2017-ben a fizikai Nobel-díjat Rainer Weiss, Barry Barish és Kip Thorne kapta. Ez a három fizikus döntő mértékben hozzájárult a gravitációs hullámokat észlelő LIGO detektorhoz. Segítségükkel most lehetővé vált a neutroncsillagok és a teleszkópok számára láthatatlan fekete lyukak egyesülésének nyomon követése.
Érdekes módon a jövő évtől jelentősen megváltozhat a helyzet a Nobel-díjak kiadásával kapcsolatban. A Nobel-bizottság javasolni fogja, hogy a díjak döntéshozói a nemek alapján válasszák ki a jelölteket, több nőt vonjanak be, valamint etnikai hovatartozás szerint, hogy növeljék a nem nyugatiak számát. Ez azonban valószínűleg nem érinti a fizikát – eddig csak két díjazott volt nő. És éppen idén Donna Strickland lett a harmadik.
A következő szöveggel: " az anyag topológiai fázisátalakulásának és topológiai fázisainak elméleti felfedezéséhez" E mögött kissé homályos és a nagyközönség számára érthetetlen kifejezés mögött a fizikusok számára is nem triviális és meglepő hatások egész világa húzódik meg, amelyek elméleti feltárásában az 1970-es és 1980-as években kulcsszerepet játszottak a díjazottak. Természetesen nem ők voltak az egyetlenek, akik akkoriban felismerték a topológia jelentőségét a fizikában. Így Vadim Berezinszkij szovjet fizikus, egy évvel Kosterlitz és Thouless előtt, megtette az első fontos lépést a topológiai fázisátmenetek felé. Sok más név is szerepelhet Haldane neve mellé. De akárhogy is legyen, mindhárom díjazott minden bizonnyal ikonikus figura a fizika ezen részében.
Lírai bevezetés a sűrített anyag fizikába
Közérthető szavakkal elmagyarázni annak a munkának a lényegét és fontosságát, amelyért a 2016-os fizikai Nobel-díjat elnyerték, nem könnyű feladat. Nemcsak maguk a jelenségek összetettek, ráadásul kvantuálisak, de sokfélék is. A díjat nem egy konkrét felfedezésért ítélték oda, hanem azoknak az úttörő munkáknak a teljes listájáért, amelyek az 1970–1980-as években ösztönözték a kondenzáltanyag-fizika új irányvonalának kialakulását. Ebben a hírben egy szerényebb célt próbálok elérni: pár példával megmagyarázni lényeg mi az a topológiai fázisátmenet, és azt az érzést közvetíti, hogy ez egy igazán szép és fontos fizikai hatás. A történet a díjnak csak az egyik feléről szól majd, arról, amelyben Kosterlitz és Thouless megmutatta magát. Haldane munkája ugyanolyan lenyűgöző, de még kevésbé vizuális, és nagyon hosszú történetet igényelne a magyarázat.
Kezdjük egy gyors bevezetéssel a fizika legfenomenálisabb szakaszába - a sűrített anyag fizikába.
A kondenzált anyag a köznapi nyelven az, amikor sok azonos típusú részecske találkozik, és erősen befolyásolja egymást. Itt szinte minden szó kulcsfontosságú. Maguknak a részecskéknek és a köztük lévő kölcsönhatás törvényének azonos típusúaknak kell lenniük. Kérem, vegyen több különböző atomot, de a lényeg az, hogy ez a rögzített halmaz ismétlődik újra és újra. Sok részecske legyen; egy-két tucat még nem sűrített közeg. És végül erősen befolyásolniuk kell egymást: lökdösni, húzni, zavarni egymást, esetleg cserélni valamit egymással. A ritkított gáz nem tekinthető kondenzált közegnek.
A sűrített anyag fizikájának fő kinyilatkoztatása: ilyen nagyon egyszerű „játékszabályokkal” a jelenségek és hatások végtelen tárházát tárta fel. A jelenségek ilyen sokfélesége egyáltalán nem a tarka összetétel miatt jön létre - a részecskék azonos típusúak -, hanem spontán módon, dinamikusan, ennek hatására. kollektív hatások. Valójában, mivel a kölcsönhatás erős, nincs értelme az egyes atomok vagy elektronok mozgását nézni, mert az azonnal hatással van az összes legközelebbi szomszéd viselkedésére, sőt talán a távoli részecskékre is. Amikor egy könyvet olvasol, az nem az egyes betűk szórásával „szól” hozzád, hanem egymáshoz kapcsolódó szavak halmazával, a betűk „kollektív hatása” formájában közvetít egy gondolatot. Hasonlóképpen, a sűrített anyag a szinkron kollektív mozgások nyelvén „beszél”, és egyáltalán nem az egyes részecskék. És kiderül, hogy ezeknek a kollektív mozgalmaknak nagyon sokféle változata létezik.
A jelenlegi Nobel-díj elismeri a teoretikusok munkáját egy másik „nyelv” megfejtésében, amelyet a sűrített anyag képes „beszélni” – a nyelvet. topológiailag nemtriviális gerjesztések(az alábbiakban látható). Jó néhány olyan konkrét fizikai rendszert találtak már, amelyekben ilyen gerjesztések keletkeznek, és ezekben a díjazottak sokakban közreműködtek. De itt nem a konkrét példák a legjelentősebbek, hanem maga az a tény, hogy ez a természetben is előfordul.
A kondenzált anyag sok topológiai jelenségét először a teoretikusok találták ki, és úgy tűnt, hogy csak matematikai csínytevések voltak, amelyek nem relevánsak a világunk számára. De aztán a kísérletezők valódi környezetet fedeztek fel, amelyben ezeket a jelenségeket megfigyelték – és a matematikai csínytevés hirtelen új, egzotikus tulajdonságokkal rendelkező anyagok osztályát szülte. A fizika ezen ágának kísérleti oldala jelenleg felfelé ível, és ez a rohamos fejlődés a jövőben is folytatódni fog, új, programozott tulajdonságú anyagokat és ezekre épülő eszközöket ígérve számunkra.
Topológiai gerjesztések
Először tisztázzuk a „topológiai” szót. Ne ijedjen meg attól, hogy a magyarázat tiszta matematikának hangzik; a fizikával való kapcsolat felbukkan majd, ahogy haladunk.
Van a matematikának egy ilyen ága - a geometria, az alakok tudománya. Ha egy alak alakja simán deformálódik, akkor a közönséges geometria szempontjából maga az alak változik. De az ábráknak vannak közös jellemzői, amelyek sima deformációval, szakadás vagy ragasztás nélkül változatlanok maradnak. Ez az ábra topológiai jellemzője. A topológiai jellemzők leghíresebb példája a lyukak száma egy háromdimenziós testben. A teásbögre és a fánk topológiailag egyenértékűek, mindkettőn pontosan egy lyuk van, ezért az egyik forma sima deformációval a másikká alakítható. A bögre és a pohár topológiailag különbözik, mivel az üvegen nincs lyuk. Az anyag megszilárdítása érdekében azt javaslom, hogy ismerkedjen meg a női fürdőruhák kiváló topológiai osztályozásával.
Tehát a következtetés: topológiailag egyenértékűnek tekintjük mindazt, ami sima deformációval egymásra redukálható. Topológiailag különbözőnek tekintjük azt a két alakzatot, amely semmilyen sima változtatással nem alakítható át egymásba.
A második magyarázandó szó az „izgalom”. A kondenzált anyag fizikában a gerjesztés bármely kollektív eltérés egy „halott” álló állapottól, vagyis a legalacsonyabb energiájú állapottól. Például, amikor egy kristályt eltaláltak, hanghullám futott át rajta - ez a kristályrács vibrációs gerjesztése. A gerjesztést nem kell erőltetni, a nem nulla hőmérséklet miatt spontán módon keletkezhetnek. A kristályrács szokásos hőrezgése valójában sok különböző hullámhosszú rezgésgerjesztés (fonon), amelyek egymásra vannak rakva. Ha a fononkoncentráció magas, fázisátalakulás következik be, és a kristály megolvad. Általánosságban elmondható, hogy amint megértjük, hogy egy adott kondenzált közeget milyen gerjesztésekkel kell leírni, megkapjuk a termodinamikai és egyéb tulajdonságainak kulcsát.
Most kössünk össze két szót. A hanghullám topológiailag egy példa jelentéktelen izgalom. Ez okosan hangzik, de fizikai lényegét tekintve egyszerűen azt jelenti, hogy a hang tetszőlegesen halkítható, akár teljesen el is tűnik. A hangos hang erős atomi rezgéseket, a halk hang gyenge rezgéseket jelent. A rezgések amplitúdója simán lecsökkenthető nullára (pontosabban kvantumhatárra, de ez itt lényegtelen), és akkor is hanggerjesztés, fonon lesz. Ügyeljen a legfontosabb matematikai tényre: van egy művelet, amely az oszcillációkat simán nullára változtatja - ez egyszerűen az amplitúdó csökkenése. Ez pontosan azt jelenti, hogy a fonon topológiailag triviális perturbáció.
És most be van kapcsolva a sűrített anyag gazdagsága. Egyes rendszerekben vannak olyan gerjesztések, amelyek nem lehet simán nullára redukálni. Fizikailag nem lehetetlen, de alapvetően – a forma nem engedi. Egyszerűen nincs mindenütt olyan zökkenőmentes működés, amely egy gerjesztésű rendszert a legalacsonyabb energiájú rendszerre ad át. A gerjesztés formája topológiailag különbözik az azonos fononoktól.
Nézze meg, hogyan alakul. Tekintsünk egy egyszerű rendszert (ezt XY-modellnek hívják) - egy közönséges négyzetrácsot, amelynek csomópontjaiban saját spinű részecskék vannak, amelyek ebben a síkban bármilyen módon orientálhatók. A hátoldalakat nyilakkal fogjuk ábrázolni; A nyíl iránya tetszőleges, de a hossza rögzített. Azt is feltételezzük, hogy a szomszédos részecskék spinjei úgy lépnek kölcsönhatásba egymással, hogy energetikailag a legkedvezőbb konfiguráció az, ha minden csomóponton minden spin ugyanabba az irányba mutat, mint egy ferromágnesnél. Ez a konfiguráció az ábrán látható. 2 bal. Forgáshullámok futhatnak végig rajta – a forgások kis hullámszerű eltérései a szigorú sorrendtől (2. ábra, jobbra). De ezek mind hétköznapi, topológiailag triviális gerjesztések.
Most nézze meg az ábrát. 3. Itt látható két szokatlan alakú zavar: egy örvény és egy antivortex. Mentálisan válassz ki egy pontot a képen, és kövess egy körpályát az óramutató járásával ellentétes irányban a középpont körül, ügyelve arra, hogy mi történik a nyilakkal. Látni fogja, hogy az örvény nyila ugyanabba az irányba, az óramutató járásával ellentétes irányba, az antiörvényé pedig ellenkező irányba, az óramutató járásával megegyezően. Most tegye ugyanezt a rendszer alapállapotában (a nyíl általában mozdulatlan) és spinhullámos állapotban (ahol a nyíl enyhén oszcillál az átlagérték körül). Elképzelhető ezeknek a képeknek deformált változatai is, mondjuk egy forgóhullám terhelésben egy örvény felé: ott a nyíl szintén teljes kört fog tenni, enyhén billegve.
Ezen gyakorlatok után világossá válik, hogy az összes lehetséges gerjesztés fel van osztva alapvetően különböző osztályok: csinál-e egy teljes fordulatot a nyíl a középpont megkerülésekor vagy sem, és ha igen, akkor melyik irányba. Ezeknek a helyzeteknek különböző topológiájuk van. Semmilyen sima változás nem változtatja az örvényt közönséges hullámmá: ha elfordítja a nyilakat, akkor hirtelen, az egész rácson keresztül egyszerre és egyszerre nagy szögben. Az örvény, valamint az anti-örvény, topológiailag védett: a hanghullámmal ellentétben nem tudnak egyszerűen feloldódni.
Utolsó fontos pont. Egy örvény topológiailag csak akkor különbözik az egyszerű hullámtól és az antiörvénytől, ha a nyilak szigorúan az ábra síkjában helyezkednek el. Ha megengedjük, hogy a harmadik dimenzióba vigyük őket, akkor az örvény simán kiküszöbölhető. A gerjesztések topológiai osztályozása radikálisan függ a rendszer dimenziójától!
Topológiai fázisátmenetek
Ezeknek a tisztán geometriai megfontolásoknak nagyon kézzelfogható fizikai következményei vannak. Egy közönséges rezgés energiája, ugyanaz a fonon tetszőlegesen kicsi lehet. Ezért ezek az oszcillációk bármilyen hőmérsékleten, bármilyen alacsony is, spontán módon keletkeznek, és befolyásolják a közeg termodinamikai tulajdonságait. Egy topológiailag védett gerjesztés, egy örvény energiája nem lehet egy bizonyos határ alatt. Ezért alacsony hőmérsékleten nem keletkeznek egyedi örvények, és ezért nem befolyásolják a rendszer termodinamikai tulajdonságait - legalábbis az 1970-es évek elejéig ezt gondolták.
Eközben az 1960-as években számos teoretikus erőfeszítése révén feltárult az a probléma, hogy az XY modellben mi történik fizikai szempontból. A szokásos háromdimenziós esetben minden egyszerű és intuitív. Alacsony hőmérsékleten a rendszer rendezettnek tűnik, mint az ábra. 2. Ha veszünk két tetszőleges rácscsomópontot, akár nagyon távoliakat is, akkor a bennük lévő spinek enyhén ugyanabba az irányba oszcillálnak. Ez viszonylagosan egy spin kristály. Magas hőmérsékleten a spinek „olvadnak”: két távoli rácshely már nem korrelál egymással. A két állapot között világos fázisátalakulási hőmérséklet van. Ha pontosan erre az értékre állítja be a hőmérsékletet, akkor a rendszer speciális kritikus állapotba kerül, amikor még fennállnak az összefüggések, de fokozatosan, hatványtörvényes módon csökken a távolsággal.
A kétdimenziós rácsban magas hőmérsékleten is van rendezetlen állapot. De alacsony hőmérsékleten minden nagyon-nagyon furcsának tűnt. Egy szigorú tétel bizonyítást nyert (lásd Mermin-Wagner tétel), hogy a kétdimenziós változatban nincs kristályos rend. A gondos számítások azt mutatták, hogy nem arról van szó, hogy egyáltalán nincs, egyszerűen egy hatványtörvény szerint csökken a távolsággal - pontosan úgy, mint egy kritikus állapotban. De ha a háromdimenziós esetben a kritikus állapot csak egy hőmérsékleten volt, akkor itt a kritikus állapot a teljes alacsony hőmérsékletű tartományt elfoglalja. Kiderül, hogy a kétdimenziós esetben néhány egyéb gerjesztés lép működésbe, amelyek a háromdimenziós változatban nem léteznek (4. ábra)!
A Nobel-bizottság kísérő anyagai számos példát írnak le a különböző kvantumrendszerekben előforduló topológiai jelenségekre, valamint az ezek megvalósítására irányuló közelmúltbeli kísérleti munkákat és a jövőbeli kilátásokat. Ez a történet Haldane 1988-as cikkéből vett idézettel zárul. Ebben, mintha kifogásokat keresne, azt mondja: „ Bár az itt bemutatott konkrét modell fizikailag valószínűleg nem valósítható meg, ennek ellenére...". 25 évvel később magazin Természet közzéteszi, amely Haldane modelljének kísérleti megvalósításáról számol be. Talán a kondenzált anyag topológiailag nem triviális jelenségei az egyik legszembetűnőbb megerősítése a kondenzált anyag fizika kimondatlan mottójának: egy megfelelő rendszerben minden önkonzisztens elméleti elképzelést megtestesítünk, bármennyire is egzotikusnak tűnik.
Fizikai Nobel-díjasok - absztrakt
BEVEZETÉS 2
1. NOBEL-DÍJASOK 4
Alfred Nobel 4
Zhores Alferov 5
Heinrich Rudolf Hertz 16
Kapitsa Péter 18
Marie Curie 28
Lev Landau 32
Wilhelm Conrad Roentgen 38
Albert Einstein 41
KÖVETKEZTETÉS 50
IRODALOM 51
A tudományban nincs kinyilatkoztatás, nincsenek állandó dogmák; ellenkezőleg, minden benne mozog és javul.
A. I. Herzen
BEVEZETÉS
Napjainkban a fizika alapjainak ismerete mindenki számára szükséges ahhoz, hogy helyesen megértsük a minket körülvevő világot - az elemi részecskék tulajdonságaitól az Univerzum evolúciójáig. Azok számára, akik úgy döntöttek, hogy jövőbeni szakmájukat a fizikával kapcsolják össze, ennek a tudománynak a tanulmányozása segít megtenni az első lépéseket a szakma elsajátítása felé. Megismerhetjük, hogy az absztraktnak tűnő fizikai kutatások is hogyan szülték meg a technológia új területeit, adott lendületet az ipar fejlődésének, és hogyan vezetett az úgynevezett tudományos és technológiai forradalomhoz.
A magfizika, a szilárdtestelmélet, az elektrodinamika, a statisztikus fizika és a kvantummechanika sikerei határozták meg a huszadik század végén a technológia megjelenését, olyan területeket, mint a lézertechnika, az atomenergia és az elektronika. Elképzelhető-e korunkban a tudomány és a technológia bármely területe elektronikus számítógépek nélkül? Sokunknak az iskola elvégzése után lesz lehetőségünk ezen területek valamelyikén dolgozni, és bárkivé válunk - szakmunkások, laboránsok, technikusok, mérnökök, orvosok, űrhajósok, biológusok, régészek -, a fizika ismerete a segítségünkre lesz. jobban elsajátítani a szakmánkat.
A fizikai jelenségeket kétféleképpen vizsgálják: elméletileg és kísérletileg. Az első esetben (elméleti fizika) új összefüggéseket vezetnek le matematikai apparátussal és a fizika korábban ismert törvényei alapján. A fő eszközök itt a papír és a ceruza. A második esetben (kísérleti fizika) fizikai mérések segítségével új összefüggéseket kapunk a jelenségek között. Itt a műszerek sokkal változatosabbak - számos mérőműszer, gyorsító, buborékkamra stb.
A fizika számos területe közül melyiket részesítse előnyben? Mindegyik szorosan összefügg. Nem lehet jó kísérletező vagy teoretikus mondjuk a nagyenergiájú fizika területén, ha nem ismeri az alacsony hőmérsékletű fizikát vagy a szilárdtestfizikát. Az egyik területen megjelent új módszerek, összefüggések gyakran lendületet adnak a fizika egy másik, első pillantásra távoli ágának megértéséhez. Így a kvantumtérelméletben kidolgozott elméleti módszerek forradalmasították a fázisátalakulások elméletét, és fordítva, például a klasszikus fizikában jól ismert spontán szimmetriatörés jelenségét újra felfedezték az elemi részecskék elméletében, sőt ennek megközelítésében is. elmélet. És persze, mielőtt végül bármilyen irányt választana, elég alaposan meg kell tanulnia a fizika minden területét. Ráadásul időnként, különböző okok miatt, egyik területről a másikra kell költözni. Ez különösen vonatkozik az elméleti fizikusokra, akik nem vesznek részt a terjedelmes berendezésekkel végzett munkájukban.
A legtöbb elméleti fizikusnak a tudomány különböző területein kell dolgoznia: atomfizika, kozmikus sugarak, fémelmélet, atommag, kvantumtérelmélet, asztrofizika – a fizika minden területe érdekes.
Jelenleg a legalapvetőbb problémák megoldása folyik az elemi részecskék elméletében és a kvantumtérelméletben. De a fizika más területein sok érdekes megoldatlan probléma van. És persze az alkalmazott fizikában nagyon sok van belőlük.
Ezért nemcsak a fizika különböző ágait kell jobban megismerni, hanem, ami a legfontosabb, át kell érezni azok összekapcsolódását.
Nem véletlenül választottam a „Nobel-díjasok” témát, mert a fizika új területeinek megismeréséhez, a modern felfedezések lényegének megértéséhez szükséges a már kialakult igazságok alapos megértése. Nagyon érdekes volt számomra az absztrakt munkám során, hogy nem csak a nagy felfedezésekről, hanem magukról a tudósokról is megtudhattam valami újat, életükről, munkaútjukról és sorsukról. Valójában olyan érdekes és izgalmas megtudni, hogyan történtek a felfedezések. És ismét meggyőződtem arról, hogy sok felfedezés teljesen véletlenül történik, egy órán belül akár teljesen más munka során is. De ennek ellenére a felfedezések nem válnak kevésbé érdekessé. Úgy tűnik számomra, hogy teljesen elértem a célomat - felfedezni magamnak néhány titkot a fizika területéről. És úgy gondolom, hogy a felfedezések tanulmányozása nagy tudósok, Nobel-díjasok életútján keresztül a legjobb megoldás. Hiszen mindig jobban megtanulod az anyagot, ha tudod, hogy a tudós milyen célokat tűzött ki maga elé, mit akart és végül mit ért el.
1. NOBEL-DÍJASOK
Alfred Nobel
ALFRED NOBEL svéd kísérleti vegyész és üzletember, a dinamit és más robbanóanyagok feltalálója, aki jótékonysági alapítványt szeretett volna létrehozni egy díjat odaítélni a nevében, ami posztumusz hírnevet hozott neki, hihetetlen következetlenséggel és paradox viselkedéssel jellemezte. A kortársak úgy vélték, hogy nem felel meg a sikeres kapitalista képének a 19. század második felében, a gyors ipari fejlődés korszakában. Nobel a magány és a béke felé vonzódott, nem tűrte a városi nyüzsgést, bár élete nagy részét városi körülmények között élte le, és gyakran utazott is. A korabeli üzleti világ sok iparmágnásától eltérően Nobel többnek is nevezhető
„Spartan”, mivel soha nem dohányzott, nem ivott alkoholt, és kerülte a kártyákat és egyéb szerencsejátékokat.
A Földközi-tengerre néző, narancsfákkal körülvett villájában San Remóban Nobel kis kémiai laboratóriumot épített fel, ahol amint ideje engedte, dolgozott. Többek között szintetikus gumi és műselyem előállításával kísérletezett. Nobel szerette San Remót csodálatos klímája miatt, de meleg emlékeket is őriz ősei földjéről. 1894-ben vasművet szerzett Värmlandban, ahol egyszerre épített birtokot és szerzett egy új laboratóriumot. Élete utolsó két nyári szezonját Värmlandben töltötte. 1896 nyara testvére, Robert meghalt. Ugyanakkor Nobel szívfájdalmak kezdett szenvedni.
A párizsi szakemberekkel folytatott konzultáción figyelmeztették a szívizom elégtelen oxigénellátásával összefüggő angina pectoris kialakulására. Azt tanácsolták neki, hogy menjen nyaralni. Nobel ismét San Remóba költözött. Megpróbálta befejezni a befejezetlen ügyeket, és kézzel írt feljegyzést hagyott haldokló kívánságáról. December 10-én éjfél után
1896 agyvérzésben halt meg. Az őt nem érő olasz szolgákon kívül senki közeli személye nem volt Nobel mellett halálakor, utolsó szavai is ismeretlenek maradtak.
A Nobel-akarat eredete az emberi tevékenység különböző területein elért eredményekért kitüntetések odaítélésére vonatkozó rendelkezések megfogalmazásából eredően sok félreértést hagy maga után. A dokumentum végleges formájában korábbi végrendeletének egyik kiadását képviseli. Haladó ajándéka az irodalom, valamint a tudomány és a technológia területén díjak odaítélésére logikusan magának Nobelnek az érdeklődési köréből következik, aki kapcsolatba került az emberi tevékenység jelzett aspektusaival: fizika, élettan, kémia, irodalom.
Okkal feltételezhető továbbá, hogy a békefenntartó tevékenységért járó díjak alapítása összefügg a feltaláló azon vágyával, hogy olyan embereket ismerjen el, akik hozzá hasonlóan rendületlenül ellenálltak az erőszaknak. 1886-ban például azt mondta egy angol ismerősének, hogy „egyre komolyabb szándéka volt látni a vörös rózsa békés hajtásait ebben a hasadó világban”.
Tehát a dinamit feltalálása hatalmas vagyont hozott Nobelnek. 1895. november 27-én, egy évvel halála előtt Nobel 31 millió dolláros vagyonát hagyta örökül, hogy világszerte ösztönözze a tudományos kutatásokat és támogassa a legtehetségesebb tudósokat. Nobel végrendelete szerint a Svéd Tudományos Akadémia minden ősszel kinevezi a díjazottakat, miután alaposan megfontolták a jelentősebb tudósok és nemzeti akadémiák által javasolt jelölteket, és alaposan ellenőrizték munkájukat. A díjakat december 10-én, Nobel halálának napján adják át.
Zhores Alferov
Abban sem vagyok biztos, hogy a 21. században lehet majd elsajátítani
„fúzió”, vagy mondjuk legyőzni a rákot
Borisz Sztrugackij,
író
ZHORES ALFEROV 1930. március 15-én született Vitebszkben. 1952-ben kitüntetéssel végzett a V. I. Leningrádi Elektrotechnikai Intézetben.
Uljanov (Lenin) elektromos vákuumtechnikai végzettséggel.
A Szovjetunió Tudományos Akadémia A.F. Ioffe Fizikai-Műszaki Intézetében mérnökként, junior, tudományos főmunkatársként, ágazatvezetőként, osztályvezetőként dolgozott. 1961-ben védte meg disszertációját a nagy teljesítményű germánium és szilícium egyenirányítók tanulmányozása tárgyában, majd 1970-ben védte meg a fizika-matematika tudományok doktora címért a félvezetők heterojunkcióival foglalkozó kutatási eredmények alapján.
1972-ben a Szovjetunió Tudományos Akadémia levelező tagjává, 1979-ben pedig teljes jogú tagjává választották. 1987 óta a Szovjetunió Tudományos Akadémia Fizikai-Műszaki Intézetének igazgatója. A "Physics and Technology of Semiconductors" című folyóirat főszerkesztője.
Zh. Alferov alapvető munkák szerzője a félvezető fizika, a félvezető eszközök, a félvezető és a kvantumelektronika területén. Aktív részvételével létrejöttek az első hazai tranzisztorok és nagy teljesítményű germánium egyenirányítók. A félvezető fizikában egy új irány - félvezető elektronika - félvezető heterostruktúrák és ezekre épülő eszközök alapítója. A tudós számlájára
50 találmány, három monográfia, több mint 350 tudományos cikk hazai és nemzetközi folyóiratokban. A Lenin (1972) és az Állam díjazottja
(1984) Szovjetunió-díjak.
A Franklin Intézet (USA) Zh. Alferovnak S. aranyéremmel tüntette ki.
Ballantyne, az Európai Fizikai Társaság Hewlett-díjjal tüntette ki.
Packard." A fizikust az A.P. Karpinsky-díjjal, a H. Welker-aranyéremmel (Németország) és a Gallium Arzenid Szimpózium nemzetközi díjával is kitüntették.
1989 óta Alferov a Leningrádi Elnökség elnöke.
Az Orosz Tudományos Akadémia Szentpétervári Tudományos Központja. 1990 óta – a Szovjetunió Tudományos Akadémia (RAN) alelnöke. Zh. Alferov – az Orosz Állami Duma helyettese
Föderáció (az Orosz Föderáció Kommunista Pártjának frakciója), az Oktatási és Tudományos Bizottság tagja.
Zh. Alferov megosztotta a díjat két külföldi kollégával - Herberttel
Kremer, a Santa Barbara-i Kaliforniai Egyetem és Jack S. Kilby, a Texas Instruments munkatársa Dallasiban. A tudósokat olyan opto- és mikroelektronikai elemek felfedezéséért és fejlesztéséért díjazták, amelyek alapján később korszerű elektronikai eszközök alkatrészeit fejlesztették ki. Ezeket az elemeket úgynevezett félvezető heterostruktúrák - nagy sebességű diódák és tranzisztorok többrétegű összetevői - alapján hozták létre.
Zh. Alferov egyik „társa”, német származású amerikai
G. Kremer még 1957-ben kifejlesztett egy heteroszerkezetű tranzisztort.
Hat évvel később ő és Zh. Alferov egymástól függetlenül javasolták azokat az elveket, amelyek a heterostruktúrájú lézer tervezésének alapját képezték. Ugyanebben az évben Zhores Ivanovich szabadalmaztatta híres optikai injekciós kvantumgenerátorát. Harmadik fizikus díjas – Jack
S. Kilby óriási mértékben hozzájárult az integrált áramkörök létrehozásához.
E tudósok alapvető munkája alapvetően lehetővé tette az üvegszálas kommunikáció létrehozását, beleértve az internetet is. A heterostructure technológián alapuló lézerdiódák megtalálhatók a CD-lejátszókban és a vonalkód-olvasókban.
A nagy sebességű tranzisztorokat a műholdas kommunikációban és a mobiltelefonokban használják.
A díj összege 9 millió. svéd korona (körülbelül kilencszázezer dollár). Ennek az összegnek a felét Jack S. Kilby kapta, a másikon Jaurès osztozott
Alferov és Herbert Kremer.
Milyen jóslatai vannak a Nobel-díjasnak a jövőre nézve? Meg van róla győződve
A 21. század az atomenergia évszázada lesz. A szénhidrogén energiaforrások kimeríthetők, de az atomenergia nem ismer határokat. A biztonságos atomenergia, ahogy Alferov mondja, lehetséges.
Kvantumfizika, szilárdtestfizika – véleménye szerint ez a haladás alapja.A tudósok megtanulták egymásra rakni az atomokat, szó szerint új anyagokat építeni egyedi eszközökhöz. Elképesztő kvantumpont lézerek már megjelentek.
Hogyan hasznos és veszélyes Alferov Nobel-felfedezése?
Tudósunk és németországi és amerikai díjazott társai kutatásai jelentős lépést jelentenek a nanotechnológia fejlődése felé. A világ tekintélyei szerint hozzá tartozik a 21. század. Évente több száz millió dollárt fektetnek be a nanotechnológiába, és több tucat vállalat foglalkozik kutatással.
Nanorobotok - hipotetikus mechanizmusok, amelyek mérete több tíz nanométer
(ezek milliméter milliomod részei), amelynek fejlesztése nem is olyan régen kezdődött.
A nanorobotot nem az általunk ismert alkatrészekből, alkatrészekből állítják össze, hanem egyes molekulákból, atomokból. A hagyományos robotokhoz hasonlóan a nanorobotok is képesek lesznek mozogni, különféle műveleteket végrehajtani, és külsőleg vagy beépített számítógéppel irányítják őket.
A nanorobotok fő feladatai a mechanizmusok összeállítása és új anyagok létrehozása. Az ilyen eszközöket összeszerelőnek (assembler) vagy replikátornak nevezik.
A megkoronázást olyan nanorobotok jelentik majd, amelyek önállóan állítják össze a maguk másolatait, azaz képesek reprodukálni. A szaporodás nyersanyagai a szó szerint a lábuk alatt heverő legolcsóbb anyagok lesznek - lehullott levelek vagy tengervíz, amelyből a nanorobotok kiválasztják a szükséges molekulákat, ahogy a róka az erdőben keresi az élelmet.
Ennek az iránynak az ötlete a Nobel-díjas Richardé
Feynman és 1959-ben fejezték ki. Már megjelentek olyan eszközök, amelyek képesek egyetlen atommal is működni, például átrendezhetik azt egy másik helyre.
A nanorobotok különálló elemeit hozták létre: több DNS-láncon alapuló, csuklós típusú mechanizmust, amely kémiai jel hatására hajlításra és hajlításra képes, nanotranzisztorok mintái és néhány atomból álló elektronikus kapcsolók.
Az emberi szervezetbe juttatott nanorobotok képesek lesznek megtisztítani azt a mikrobáktól vagy a születőben lévő rákos sejtektől, a keringési rendszert pedig a koleszterinlerakódásoktól. Képesek lesznek korrigálni a szövetek és sejtek jellemzőit.
Ahogyan a DNS-molekulák az organizmusok növekedése és szaporodása során egyszerű molekulákból állítják össze másolataikat, a nanorobotok is képesek lesznek különféle tárgyakat és új típusú anyagokat létrehozni – „halottakat” és „élőket”. Nehéz elképzelni az összes lehetőséget, ami megnyílik az emberiség előtt, ha megtanul úgy működni az atomokkal, mint a csavarokkal és anyákkal. Gyémántrácsban elrendezett szénatomokból örökkévaló mechanizmusok készítése, a természetben ritkán előforduló molekulák létrehozása, új mesterséges vegyületek, új gyógyszerek...
De mi van akkor, ha egy ipari hulladék kezelésére tervezett eszköz meghibásodik, és elkezdi elpusztítani a hasznos anyagokat a bioszférában? A legkellemetlenebb az lesz, hogy a nanorobotok képesek önreprodukcióra. És akkor kiderül, hogy egy alapvetően új tömegpusztító fegyver. Nem nehéz elképzelni a már ismert fegyverek gyártására programozott nanorobotokat. Miután elsajátította a robot létrehozásának titkát, vagy valamilyen módon megszerezte azt, még egy magányos terrorista is képes lesz hihetetlen mennyiségben előállítani őket. A nanotechnológia sajnálatos következményei közé tartozik olyan eszközök létrehozása, amelyek szelektíven romboló hatásúak, például bizonyos etnikai csoportokat vagy földrajzi területeket céloznak meg.
Vannak, akik Alferovot álmodozónak tartják. Nos, szeret álmodozni, de az álmai szigorúan tudományosak. Mert Zhores Alferov igazi tudós. És egy Nobel-díjas.
Az amerikaiak 2000-ben elnyerték a kémiai Nobel-díjat
Alan Heeger (UC Santa Barbara) és Alan
McDiarmid (Pennsylvaniai Egyetem), valamint Hideki japán tudós
Shirakawa (Tsukuba Egyetem). A legmagasabb tudományos kitüntetésben részesültek a műanyagok elektromos vezetőképességének felfedezéséért és az elektromosan vezető polimerek kifejlesztéséért, amelyeket széles körben használnak fotófilmek, számítógép-monitorok, televízió-képernyők, fényvisszaverő ablakok és más csúcstechnológiás termékek gyártásában.
Az összes elméleti út közül Bohr útja volt a legjelentősebb.
P. Kapitsa
NIELS BOR (1885-1962) - korunk legnagyobb fizikusa, az atom eredeti kvantumelméletének megalkotója, igazán egyedi és ellenállhatatlan személyiség. Nemcsak a természet törvényeinek megértésére törekedett, az emberi tudás határait kitágítva, nemcsak a fizika fejlődési útjait érezte, hanem minden rendelkezésére álló eszközzel igyekezett a tudományt a békét és a haladást szolgálni. Ennek az embernek a személyes tulajdonságai - mély intelligencia, legnagyobb szerénység, őszinteség, igazságosság, kedvesség, az előrelátás ajándéka, kivételes kitartás az igazság keresésében és annak fenntartásában - nem kevésbé vonzóak, mint tudományos és társadalmi tevékenysége.
Ezek a tulajdonságok tették Rutherford legjobb tanítványává és kollégájává, Einstein tisztelt és nélkülözhetetlen ellenfelévé, Churchill ellenfelévé és a német fasizmus halálos ellenségévé. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően számos kiváló fizikus tanára és mentora lett.
Élénk életrajz, ragyogó felfedezések története, drámai küzdelem a nácizmus ellen, harc a békéért és az atomenergia békés felhasználásáért - mindez felkeltette és továbbra is felkelti a figyelmet a nagy tudósra és a legcsodálatosabb személyre.
N. Bohr 1885. október 7-én született. Christian Bohr, a Koppenhágai Egyetem fiziológiaprofesszora családjának második gyermeke.
Hét évesen Nils iskolába ment. Könnyen tanult, érdeklődő, szorgalmas és megfontolt tanuló volt, tehetséges a fizika és a matematika területén. Anyanyelvén írt esszéivel csak az volt a probléma, hogy túl rövidek voltak.
Bohr gyermekkora óta szeretett valamit tervezni, összeszerelni és szétszedni.
Mindig is érdekelte a nagy toronyórák működése; készen állt arra, hogy sokáig figyelje kerekeik és fogaskerekeik munkáját. Nils otthon mindent megjavított, ami javításra szorult. De mielőtt bármit szétszedtem volna, alaposan tanulmányoztam az összes alkatrész funkcióját.
1903-ban Niels belépett a Koppenhágai Egyetemre, majd egy évvel később testvére, Harald is belépett oda. A testvérek hamarosan nagyon tehetséges tanulók hírnevét szerezték meg.
1905-ben a Dán Tudományos Akadémia pályázatot hirdetett a témában:
"Fúvóka vibráció használata a folyadékok felületi feszültségének meghatározására." A várhatóan másfél évig tartó munka nagyon összetett volt, és jó laboratóriumi felszerelést igényelt. Nils részt vett a versenyen. Kemény munka eredményeként megszületett első győzelme: aranyérem tulajdonosa lett. 1907-ben Bohr végzett az egyetemen, és ben
1909-ben a Londoni Királyi Társaság közleményében megjelent „A víz felületi feszültségének meghatározása sugároszcilláció módszerével” című munkája.
Ebben az időszakban N. Bor kezdett felkészülni a mestervizsgára.
Úgy döntött, hogy diplomamunkáját a fémek fizikai tulajdonságainak szenteli. Elektronelmélet alapján elemzi a fémek elektromos és hővezető képességét, mágneses és termoelektromos tulajdonságaikat. 1909 nyarának közepén készült el a mesterdolgozat, 50 oldalnyi kézzel írt szöveg. Bohr azonban nem nagyon örül neki: felfedezte az elektronikus elmélet gyenge pontjait. A védekezés azonban sikerült, Bohr mesteri fokozatot kapott.
Rövid pihenő után Bohr visszatért a munkához, és elhatározta, hogy doktori disszertációt ír a fémek elektronelméletének elemzéséről. 1911 májusában sikeresen megvédte, és még ugyanebben az évben egy éves szakmai gyakorlaton vett részt
Cambridge J. Thomsonnak. Mivel Bohrnak számos tisztázatlan kérdése volt az elektronikai elméletben, úgy döntött, lefordítja a disszertációját angolra, hogy Thomson el tudja olvasni. „Nagyon aggaszt Thomson véleménye a mű egészéről, valamint a kritikámhoz való hozzáállása” – írta Bohr.
A híres angol fizikus kedvesen fogadott egy fiatal gyakornokot Dániából.
Azt javasolta, hogy Bohr dolgozzon a pozitív sugarakon, és hozzálátott egy kísérleti elrendezés összeállításához. A telepítést hamarosan összeállították, de a dolgok nem mentek tovább. Nils pedig úgy dönt, hogy otthagyja ezt a munkát, és elkezdi a felkészülést doktori disszertációja kiadására.
Thomson azonban nem sietett elolvasni Bohr disszertációját. Nemcsak azért, mert egyáltalán nem szeretett olvasni, és rettenetesen elfoglalt volt. Hanem azért is, mert a klasszikus fizika buzgó híve lévén a fiatal Bohrban éreztem magam
"szakadár". Bohr doktori disszertációja kiadatlan maradt.
Nehéz megmondani, hogyan végződött volna mindez Bohr számára, és mi lett volna a sorsa, ha a fiatal, de már díjazott nem lett volna a közelben.
Nobel-díj Ernest Rutherford professzornak, akit Bohr 1911 októberében látott először az éves Cavendish vacsorán. „Bár ezúttal nem találkozhattam Rutherforddal, mély benyomást tett rám varázsa és energiája – tulajdonságai, amelyekkel szinte hihetetlen dolgokat tudott elérni, bárhol is dolgozott” – emlékezett vissza Bohr. Elhatározza, hogy együtt dolgozik ezzel a csodálatos emberrel, aki szinte természetfeletti képességgel rendelkezik, hogy pontosan behatoljon a tudományos problémák lényegébe. 1911 novemberében Bohr meglátogatta
Manchesterben találkozott Rutherforddal és beszélt vele. Rutherford beleegyezett, hogy Bohrt befogadja a laboratóriumába, de a kérdést Thomsonnal kellett rendezni. Thomson habozás nélkül beleegyezését adta. Nem értette Bohr fizikai nézeteit, de láthatóan nem akarta megzavarni.
Ez kétségtelenül bölcs és előrelátó volt a híresek részéről
"klasszikus".
1912 áprilisában N. Bohr Manchesterbe érkezett, Rutherford laboratóriumába.
Fő feladatának a Rutherford-féle atombolygómodell ellentmondásainak feloldásában látta. Szívesen osztotta meg gondolatait tanárával, aki azt tanácsolta neki, hogy olyan alapon végezzen alaposabban elméleti konstrukciót, amelyet atommodelljének tartott. Közeledett az indulás ideje, és Bohr egyre nagyobb lelkesedéssel dolgozott. Felismerte, hogy a Rutherford-féle atommodell ellentmondásait a tisztán klasszikus fizika keretei között nem lehet feloldani. És úgy döntött, hogy Planck és Einstein kvantumfogalmát alkalmazza az atom bolygómodelljére. A munka első részét egy levéllel együtt, amelyben Bohr megkérdezte Rutherfordot, hogyan tudta egyszerre alkalmazni a klasszikus mechanikát és a kvantumsugárzáselméletet, elküldték a címre.
Manchester március 6-án, kérve annak közzétételét a magazinban. Bohr elméletének lényege három posztulátumban fejeződött ki:
1. Az atomnak vannak olyan álló állapotai, amelyekben nem bocsát ki és nem vesz fel energiát. Ezek az álló állapotok jól meghatározott (stacionárius) pályáknak felelnek meg.
2. A pálya stacionárius, ha az elektron impulzusimpulzusa (L=m v r) többszöröse b/2(= h. azaz L=m v r = n h, ahol n=1. 2, 3, ...
- egész számok.
3. Amikor egy atom az egyik stacionárius állapotból a másikba megy át, egy hvnm==Wn-Wm energiakvantum kibocsát vagy elnyel, ahol Wn, Wm az atom energiája két állóhelyzetben, h Planck-állandó, vnm sugárzási frekvencia Wп>Wт esetén kvantumemisszió történik Wn-nél