哥本哈根学派大咖之玻尔 | “大球”、“小球”都玩转的国脚科学家

小可爱们好，我是小七，九月结束了耶！希望大家调整好状态，准备进入冲刺！

本期栏目要和大家说的故事主角是：尼尔斯·亨里克·达维德·玻尔（Niels Henrik David Bohr）

 尼尔斯·玻尔

如果说泡利是最能怼人的科学大家，那么玻尔则是最会辩论的科学宗师。不过，与泡利的毒舌不同，玻尔每一次辩论都有理有据，让人难以反驳。平时的玻尔总把自己收拾得一丝不苟，给人一副温文尔雅的形象，说起话来语速也很慢，甚至还带点口吃。但在科学问题上，他一旦较真起来却毫不含糊，说话反倒流利起来，所向披靡。

玻尔自从构建了新的“原子结构模型”获诺奖后，他便一手创立了“哥本哈根学派”。在历史上，他也与普朗克、爱因斯坦齐名比肩，人称量子物理三巨头。

 量子物理三巨头

而因他成立的“哥本哈根学派”，也以自由开放、在辩论中将科学思想发扬光大而著名。此外，他与爱因斯坦的世纪论战，更是为后人津津乐道，叹为观止。

 孩童时代的玻尔

1885年，尼尔斯·玻尔出生于丹麦首都哥本哈根的一个知识分子家庭。小时候的他虽态度平和友善，还有点腼腆，但却极其反差地追求完美，从小就将“大胆而严谨”（爱因斯坦原话）进行到底。在一堂图画课上，老师要求大家画出自己家的房子。但画着画着玻尔便向老师打报告说要回家，原因竟是“我实在不记得家里围墙有多少根柱子了”。

随着年龄渐长，玻尔这种接近“死心眼”的耿直，也开始让他成为一个酷爱挑错的学生。才刚上小学不久，玻尔就敢公开叫板老师，指出教材中的错误，经常弄得场面十分尴尬。生活中有这种勇气的小朋友可真是不多啊。

玻尔从小还非常喜爱足球，甚至一度和弟弟哈那德一起参加职业的足球比赛，我滴个神呐。玻尔进入哥本哈根大学后，他还成为了哥本哈根大学足球俱乐部队员，他负责守门员，他总是习惯在足球场上一边心不在焉地守着球门，一边用粉笔在门框上排演着公式。但是大家千万不要以为他就是摸鱼的，玻尔在大学即将毕业时，因为在足球俱乐部的成绩优秀，玻尔还顺利入选国家队，成了名副其实的“国脚”。

 玻尔（右）与弟弟

玻尔后来进入科研机构，专心于原子物理研究，但他仍不忘心爱的足球，业余时间常把踢足球当做休息,成为一名不折不扣的“科学家球星”。1922年玻尔荣获诺贝尔物理奖时,丹麦一家报纸曾风趣地报导说:授予“著名足球运动员尼耳斯·玻尔”诺贝尔物理奖。不知道国足队员看到这里作何感想？？

玻尔的本科物理学学位答辩时有个问题“说明如何用气压计去断定摩天大厦的高度？”，大家不妨暂停一下，想想有什么办法么？

玻尔回答：“将一条长长的绳子绑在气压计上，然后将气压计从摩天大厦的天台吊到地面。绳子的长度加上气压计的长度便是大厦的高度。”这个高度原创的答案让考官气得马上给了该玻尔不及格，他以答案无可置疑的正确为理由上诉，大学委派了独立仲裁员去办这一件学案。仲裁员认为答案是对的，但却没有显露出多少物理学知识。为了平息这场风波，校方决定传召玻尔，让他用六分钟的时间，以口头表达的方式说出一个包含物理学基本原则的答案。

前五分钟，玻尔坐着默不作声，抚额沉思。校方提醒时间要到了，玻尔却回答说他有几个极之切题的答案，但他无法决定用哪一个作答。经再次催促之后，回答如下：

“你可以将气压计带上摩天大厦的天台，抛出街外，然后测量气压计到达地面所需的时间。大厦的高度便可用公式H=0.5gt^2（高中的知识）算出来。”

“如果天上有阳光，你可以测量气压计的高度，再将气压计竖立起来测量它的影子的长度。然后测量摩天大厦的影子的长度，如此就可轻易地用比例来推断出大厦的高度。”

“如果摩天大厦有外露式楼梯，可能这样更容易：徒步走上楼梯，用气压计的长度分段量度摩天大厦的高度，然后将所有分段长度加起来。”

“但因为我们老是被教诲要独立思考和应用科学方法，最好的方法就是敲清洁工人的房门，然后问他：你想要一个精美的气压计的话，我可以将我的这一个给你，但你要告诉我这幢摩天大厦的高度。

这个答辩宇智波斑来了也得愿称为最强，但是玻尔在科学之路上还是遇到了很多坎坷（比如受到J.J.汤姆生的冷遇），不过最终还是遇上了人生的伯乐——卢瑟福。卢瑟福也曾是汤姆生的学生，在一次回剑桥做报告时发现了玻尔的闪光点。1911年11月，玻尔便前往曼彻斯特，加入了卢瑟福的团队。当时的卢瑟福也刚根据自己之前完成的α粒子散射实验，提出了电子绕原子核运动的“行星式”模型。虽然我们现在知道这个模型更加科学，但那时的卢瑟福就是想破脑袋，都无法回答关于原子的力学稳定问题。因为根据经典物理，负电子在绕核旋转时应当不断辐射出能量。随着能量的耗尽电子将沿螺旋式地坠落在核上，原子将发生坍缩。如果这个模型是对的，那么我们的整个宇宙早就应该坍缩消失才对。但是事实上，宇宙却一如既往地稳定。

卢瑟福的原子模型示意图

对于卢瑟福的这个原子模型上，玻尔也再一次发现经典力学的苍白。于是玻尔得出结论：这里需要抛弃的不是卢瑟福模型，而是经典物理对它的解析。很明显“只有量子假说才是逃脱困境的唯一出路”。所以在1913年，玻尔也提出了自己的新模型，引入了电子在核外的量子化轨道，解决了原子结构的稳定性问题。

虽然那时的量子论已诞生十几年，但玻尔模型还是因不符常规思维，遭到众多保守物理学家的激烈反对。这其中J.J汤姆生就是最大的反对者之一，甚至还说“这根本就不是物理，只为掩盖无知罢了”。但是无论再多的反对也无法阻碍科学的发展，从玻尔的新模型一出，也越来越多的物理新秀加入原子物理学领域。那时玻尔的原子理论才刚起了个头，量子世界还有着许多亟待解决的难题。

 中年时期的玻尔

1921年，拒绝了恩师卢瑟福的工作邀请，玻尔决定回到家乡，创建哥本哈根大学理论物理研究所，继续深入研究量子力学。而研究所一成立，玻尔的人格魅力很快就像磁场一样，吸引了一大批杰出的青年物理学家。

他们不仅创建了量子力学的基础理论，并给予合理的解释，使量子力学得到许多新应用，如原子辐射、化学键、晶体结构、金属态等。更难能可贵的是，玻尔与他的同事在创建与发展科学的同时，还创造了“哥本哈根精神”——这是一种独特的、浓厚的、平等自由地讨论和相互紧密地合作的学术气氛。

直到今天，很多人还说“哥本哈根精神”在国际物理学界是独一无二的。曾经有人问玻尔：“你是怎么把那么多有才华的青年人团结在身边的？”他回答说：“因为我不怕在年青人面前承认自己知识的不足，不怕承认自己是傻瓜。”

实际上，人们对原子物理的理解，即对所谓原子系统量子理论的理解，始于本世纪初，完成于20年代，然而“从开始到结束，玻尔那种充满着高度创造性，锐敏和带有批判性的精神，始终指引着他的事业的方向，使之深入，直到最后完成。”

不过说起辩论，玻尔的一生之敌非爱因斯坦莫属。爱因斯坦与玻尔分别是相对论和量子力学最出名的一对天（C）才（P）。从他们1920年第一次见面起，两人在认识上就发生了分歧。之后两人便开始了终身论战，只要一见面必有掐架要发生。

“玻尔，上帝不掷骰子！”

“爱因斯坦，别去指挥上帝应该怎么做！”

这句经典的对话，便是这场论战的开端与往后争论的核心。爱因斯坦的相对论虽推翻了牛顿的绝对时空观，但是却仍保留着严格的因果性和决定论。

但是玻尔还和爱因斯坦是很好的朋友。爱因斯塔提出很多颇具想象力的思想实验来寻找玻尔理论中的错误和矛盾，但玻尔每次都能利用自己的理论反驳爱因斯坦。可以说在玻尔理论的完善过程中，他与爱因斯坦的“辩论”起到了很大的作用，因此虽然两人常常“争论”，但丝毫没有影响两人的深厚友谊。在1922年秋天的时候协会决定将本年度的诺贝尔物理学奖颁给玻尔，同是协会也破例发表授予爱因斯塔1921年的诺贝尔物理学奖，这个消息让他非常的高兴，因为他认为爱因斯坦早该获得诺贝尔奖的。

 爱因斯坦和玻尔

人类社会中，可能几百年才能出一个像爱因斯坦的天才。但是，如玻尔这般敢于挑战权威，又不断在鞭策中前进的人物，亦必不可少。无论谁离开了谁，这条量子银河都会变得黯淡无光。感动ing!!!

好啦！今天就先到这里啦！我们下期再见~