نیلز بور

مدل اتمی نیلز بور

نیلز بور با پذیرفتن مدل اتمی رادرفورد چنین پیشنهاد داد که الکترون ها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی قرار دارند و در این سطوح به دور هسته اتم در حال چرخیدن هستند . انرژی الکترون هایی که در سطوح انرژی پایین تر به هسته نزدیک تر هستند ، نسبت به الکترون هایی که از هسته دورند ، انرژی کمتری دارند . پس برای انتقال الکترون از سطح انرژی پایین به سطح انرژی بالا ، باید انرژی معادل اختلاف انرژی بین آن دو سطح ، را به آن الکترون بدهیم. پس انرژی الکترون ها در یک اتم کوانتیده است .

مدل اتمی بور توانست به ما نشان دهد که طیف نشر خطی که از اتم عناصر گسیل می شود، بر اثر انتقال الکترون ها از سطوح انرژی بالا به سطوح انرژی پایین است، که در این انتقال، انرژی الکترون کاهش و به صورت نور و گرما آزاد می شود . که اگر این نور آزاد شده را از منشور عبور دهیم طیف نشری آن مشخص می شود . بور ، بیشتر مدل اتمی خود را بر اساس آزمایش هایی که با اتم های هیدروژن و هیلیم انجام داده بود مطرح می ساخت به همین دلیل مدل اتمی او ( که به مدل منظومه شمسی معروف است ) برای اتم های سنگینی مانند اورانیم ، آهن و ... صدق نمی کرد .

نتایج و مختصر تئوری اتمی نیلز بور:

1– الکترون ها  در اتم هیدروژن در مسیری دایره ای شکل به دور هسته گردش می      کند.

2– انرژی الکترون با فاصله ی آن از هسته رابطه مستقیم دارد.

3– این الکترون فقط می تواند در فاصله های معین و ثابتی پیرامون هسته گردش کند. در واقع الکترون تنها مجاز است که مقادیر معینی انرژی را بپذیرد. به هریک از این مسیرهای دایره ای، تراز انرژی می گویند.

4– این الکترون معمولاً در پائین ترین تراز انرژی ممکن قرار دارد. به این تراز انرژی حالت پایه می گویند.

5– با دادن مقدار معینی انرژی به این الکترون می توان آن را از حالت پایه (ترازی با انرژی کمتر) به حالت برانگیخته (ترازی با انرژی بالاتر) انتقال داد.

6– الکترون در حالت برانگیخته ناپایدار است ، از این رو همان مقدار انرژی را که پیش از این گرفته بود از دست می دهد و به حالت پایه برمی گردد.

به این گونه انرژی که بصورت یک بسته ی انرژی مبادله می شود، انرژی کوانتومی یا پیمانه ای می گویند. بور با کوانتیده در نظر گرفتن ترازهای انرژی توانست طیف نشری خطی هیدروژن را توجیه کند.

 

 

 

نارسایی‌های مدل اتمی بور 

نظریه اتمی بور قادر به توجیه طیف اتمها و یونهای چند الکترونی نبود و تنها طیف هیدروژن و یونهای تک الکترونی بوسیله نظریه اتمی بور قابل بررسی بودند .

2ـ با بررسی دقیق‌تر طیف‌های اتمی نشان داده شد که هر خط طیفی خود از چند خط نزدیک به هم تشکیل می‌شود بنابر این هر تراز الکترونی که بور آن را دایره‌ای می‌پنداشت شامل تعدادی ترازهای نزدیک به هم است . بعبارت دیگر بور زیرلایه‌ها را مورد توجه قرار نداد .

3ـ ظهور مکانیک موجی ، نظریه بور را که بر مبنای خواص ذره‌ای الکترون بود ، دگرگون ساخت .

4ـ مدل اتمی بور توجیه قابل قبولی برای پیوند کووالانسی ، شکل مولکولها و زاویه میان پیوندها ارائه نمی‌دهد و در نتیجه از تفسیر بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی عاجز ماند .

 

 

 

جالبترین سوال و جواب فزیک

نیلز بور فیزیکدان مشهور دانمارکی به یکی از سؤالات امتحانی‌‌اش این چنین جواب می‌دهد.

سؤال: توضیح دهید که چگونه می‌توان با استفاده از یک فشار سنج ارتفاع یک آسمان خراش را اندازه گرفت؟

پاسخ بور:  به فشار سنج یک نخ بلند می‌بندیم. سپس فشارسنج را از بالای آسمان خراش طوری آویزان می‌کنیم که سرش به زمین بخورد. ارتفاع ساختمان مورد نظر برابر با طول نخ به اضافه طول فشارسنج خواهد بود.

پاسخ بالا چنان مسخره به‌نظر می‌آمد که مصحح بدون تامل دانشجو را مردود اعلام کرد.ولی دانشجو اصرار داشت که پاسخ او کاملا درست است و درخواست تجدید نظر در نمره خود کرد.

یکی از استادان دانشگاه به‌عنوان قاضی تعیین شد و قرار شد که تصمیم نهایی را او بگیرد. نظر قاضی این بود که پاسخ دانشجو در واقع درست است، ولی نشانگر هیچ گونه دانشی نسبت به اصول علم فیزیک نیست.

سپس تصمیم گرفته شد که دانشجو احضار شود و طی فرصتی 6 دقیقه‌ای پاسخی شفاهی ارائه دهد که نشانگر حداقل آشنایی او با اصول علم فیزیک باشد.

دانشجو در 5 دقیقه اول ساکت نشسته بود و فکر می‌کرد. قاضی به او یادآوری کرد که زمان تعیین شده در حال اتمام است. دانشجو گفت که چندین روش به ذهنش رسیده ولی نمی‌تواند تصمیم‌گیری کند که کدام یک بهترین است.

قاضی به او گفت که عجله کند و دانشجو پاسخ داد: روش اول این است که فشارسنج را از بالای آسمان خراش رها کنیم و مدت زمانی‌که طول می کشد به زمین برسد را اندازه گیری کنیم. ارتفاع ساختمان را می توان با استفاده از این مدت زمان و فرمولی که روی کاغذ نوشته‌ام محاسبه کرد.

بور بلافاصله افزود: ولی من این روش را پیشنهاد نمی‌کنم، چون ممکن است فشارسنج خراب شود! روش دیگر این است که اگر خورشید می‌تابد طول فشارسنج را اندازه بگیریم سپس طول سایه فشارسنج و آنگاه طول سایه ساختمان را اندازه بگیریم.با استفاده از نتایج و یک نسبت هندسی ساده می‌توان ارتفاع ساختمان را اندازه گیری کرد. من رابطه این روش را نیز روی کاغذ نوشته ام.

بور ادامه داد: ولی اگر بخواهیم با روشی علمی‌تر ارتفاع ساختمان را اندازه بگیریم می‌توانیم یک ریسمان کوتاه را به انتهای فشارسنج ببندیم و آن را مانند آونگ ابتدا در سطح زمین و سپس در پشت بام آسمان خراش به نوسان درآوریم. سپس ارتفاع ساختمان را با استفاده از تفاضل نیروی گرانش دو سطح به‌دست آوریم. من رابطه‌های مربوط به این روش را که بسیار طولانی و پیچیده می‌باشند در این کاغذ نوشته ام.

قصه هنوز هم ادامه داشت: یک روش دیگر که چندان هم بد نیست. اگر آسمان خراش پله اضطراری داشته باشد می‌توانیم با استفاده از فشار سنج سطح بیرونی آن را علامت گذاری کرده و بالا برویم سپس با استفاده از تعداد نشان‌ها و طول فشارسنج ارتفاع ساختمان را به‌دست  بیاوریم.

ولی اگر شما خیلی سرسختانه دوست داشته باشید که از خواص مخصوص فشارسنج برای اندازه گیری ارتفاع استفاده کنید می‌توانید فشار هوا در بالای ساختمان را اندازه گیری کنید و  بعد فشار هوا در سطح زمین را اندازه گیری کرد سپس با استفاده از تفاضل فشارهای حاصل،  ارتفاع ساختمان را به‌دست بیاورید. ولی بدون شک بهتر از همه این راه ‌ها یک راه دیگر است. همه کنجکاو بودند بدانند آن راه چیست.

بور گفت: این است که در خانه سرایدار آسمان خراش را بزنیم و به او بگوییم که اگر دوست دارد صاحب این فشارسنج خوشگل بشود می‌تواند ارتفاع آسمان خراش را به ما بگوید تا فشار سنج را به او بدهیم.

برگرفته از: همشهری آنلاین

 

 

 

 

بور و هایزنبرگ و بمب اتم

به سال 1922می رویم. در یکی از دانشگاههای آلمان اتفاق مهمی به وقوع پیوست. بسیاری از دانشمندان برجسته دنیا برای شرکت در یک سخنرانی در این دانشگاه گرد هم آمده بودند که ستاره آنها نیلز بور بود. او در 36 سالگی به خاطر کار بی نظیرش درباره واکنش های درون اتم جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرده بود. وی موقعیتی را یافته بود تا نظریاتش را برای فیزیکدانان دیگر بیان کند. در آن سخنرانی همه به سختی سخنان نیلز بور را تحمل می کردند که دلیل عمده آن نحوه عجیب و غریب سخنران بود. او آهسته سخن می گفت و من من می کرد و کلمات آلمانی را با لهجه غلیظ دانمارکی بیان می کرد و مردم به سختی سخنان وی را  می شنیدند. در نیمه های سخنرانی کسی حرفهای او را قطع کرد. مردی جوان دستش را بلند کرد و درحالی که همه با تعجب به او نگاه می کردند گفت: آنچه که شما می گویید از نظر ریاضی خطایی دارد. به این ترتیب نیلز بور تحت تاثیر قرار گرفت و بحث مرد جوان را سازنده دید و از وی خواست که بعد از ظهر با هم پیاده روی کنند.این مرد جوان ،ورنر هایزنبرگ، دانشجوی 20 ساله ای بود که استعداد درخشانی در ریاضیات داشت و درباره فیزیک اتمی و نظریات نیلز بور مطالعه می کرد و به فلسفه عشق می ورزید و بیشتر وقت آزاد خود را در طبیعت می گذراند.اینها جزو علائق مشترک آن دو بود. طبیعت در آن دو برای کشف قوانین طبیعت شوری می انگیخت.

 کار نیلز بور در زمینه فیزیک اتمی آنقدر انقلابی بود که دانشمندان سراسر دنیا به کپنهاگ آمدند تا با این نظریه جدید آشنا شوند. بور مهمانان را به یک کلیسای معروف برد و آنان را از پلکان مارپیچ آن بالا برد تا به برج ساعت رسیدند تا بتوانند سازو کار ساعت کلیسا را ببینند. بور می خواست بگوید که کار اتم را نمی توان مانند ساعت پیش بینی کرد و برای بیان کارکرد آن به فرمول بندی جدیدی از فیزیک نیاز مند هستیم.

در سال 1925 هایزنبرگ وارد عرصه شد و به دانمارک رفت تا به سمت دستیار نیلز بور مشغول به کار شود . چیزی نگذشت که وی بهترین دوست بور شد.آن دو در تحقیقاتشان در کپنهاگ دریافتند که الکترون برای رفتن از مداری به مدار دیگر جهشهایی ثابت دارد و هنگام جهش انرژی ساطع می کند. هایزنبرگ برای بیان این جهشها و قوانین حاکم بر آنها موفق به فرمول بندی مکانیک کوانتومی شد. رابطه نزدیک این دو فیزیکدان، فیزیک را متحول کرده بود. آن دو به ارتفاعات آلپ می رفتند و با هم اسکی می کردند و در مکالماتشان اعماق اتم را می کاویدند. موفقیت های هایزنبرگ برای او موقعیت های حساسی را به وجود آورد و باعث شد که در دانشگاه لایپنیتز آلمان به کرسی استادی برسد و در 26 سالگی جوانترین استاد دانشگاه کشورش بشود. در این سالها آن دو از هم دور بودند ولی روابطشان هم چنان مستحکم باقی ماند. در دسامبر 1928 بور نامه ای به هایزنبرگ نوشت که گویای محبت و احترام  وی نسبت به هایزنبرگ است. از این نامه نگاری ها بین آن دو بسیار صورت می گرفت و نشان می داد که هایزنبرگ نیز یک احساس محبت و احترام عمیق نسبت به بور داشته است. در حقیقت بور برای هایزنبرگ مانند پدر و  معلم بود.                  

تا اینکه در سال 1932 هایزنبرگ به خاطر سهم عظیمی که در شناخت اتم داشت، موفق شد جایزه نوبل فیزیک را دریافت کند و بور این چنین برای او پیام تبریک فرستاد :" به تو جایزه نوبل دادند و این یکی از شادی بخش ترین لحظات زندگی من است که باعث می شود با رضایت و اطمینان خاطر به گذشته و آینده نگاه کنم".

سال 1933، هیتلر در آلمان به قدرت می رسد و قدرت سیاسی با قدرت اتم همزمان  می شود که باعث جدایی هایزنبرگ و بور  نیز شد.هایزنبرگ به خطر هیتلر پی برده بود و به یکی از دوستان نزدیکش گفت که من این مرد را از مونیخ می شناسم. در این سالها بسیاری از همکاران مهم علمی هایزنبرگ مجبور به ترک کشورشان شدند چون نازی ها به فیزیک نوین و دانشمندان آن که در راس آنها انیشتین قرار داشت، حمله کردند و به فیزیک نوین ، فیزیک شریر می گفتند.از 32 فیزیکدان آلمانی برنده جایزه نوبل 28 نفر خاک آلمان را ترک گفته بودند و هایزنبرگ کم کم داشت تنها میشد. اما وی و چند نفر دیگر در آلمان ماندند. وی در نامه ای به بور می گوید:" به سبب آنچه که اکنون در این کشور رخ داده است، درباره شما احساس ناراحتی وجدان می کنم". هایزنبرگ با اینکه مخالف نازی ها بود به امید آنکه در ساختن آینده ای بهتر برای کشورش سهمی داشته باشد، در آلمان ماند.

وی باید از قوانین نازی ها طبعیت می کرد و نباید هیچ نامی از دانشمندان ضد نازی ببرد و با آنها ارتباط داشته باشد. نازی ها فهمیده بودند هایزنبرگ برای آنها سودمند است. وی نازی شناخته نمی شد ولی انسان وطن پرستی بود وعقیده داشت تحت هر شرایطی باید در پیشرفت وطنش سهیم باشد. او شروط نازی ها را پذیرفت تا به تدریس فیزیک در کشورش ادامه دهد. این کار باعث شد که به نظر برسد به دوستان قدیمی اش پشت کرده است و همین بین او و بور اختلاف انداخت .در خانه بور نیز نخستین نشانه های عداوت با هایزنبرگ بروز کرده بود.البته نه از طرف بور بلکه از طرف همسر بور، ماگریتا. او می گفت که امکان ندارد کسی در آلمان بماند و شرفش را حفظ کند.

تا اینکه در آلمان اتفاقی دور از انتظار رخ داد. ماه ها قبل از آغاز جنگ نخستین گامها برای ساخت سلاح هسته ای برداشته شد. بدین صورت که اورانیوم را با یک ذره تازه کشف شده بمباران کردند و اتم اورانیوم شکافته شد. بور با شنیدن این خبر گفت که این احتملا کلید آزاد سازی انرژی ای بود که میدانستم درون هسته اتم وجود دارد. این کشف مهم  در آغاز جنگ جهانی دوم رخ داد و عواقب خطرناکی داشت. در سال 1939 هایزنبرگ نامه ای به بور نوشت و می ترسید آخرین نامه اش باشد. این نامه باید مخفیانه از آلمان بیرون برده می شد. وی نوشت که: " بور عزیز، میدانی که این جنگ چه قدر مرا غمگین می کند. نمیدانم که آیا دوباره همدیگر را ملاقات خواهیم کرد یا نه.به خاطر تمام چیزهایی که به من آموختی از تو تشکر می کنم".

در همان سال هایزنبرگ از طرف هیتلر ماموریت یافت که در یک کارخانه اسلحه سازی درباره انرژی اتمی تحقیق کند. در حقیقت او دریافت که مجبور شده است که ساخت سلاح اتمی را بررسی کند. وی پس چند ماه گزارشی هراس انگیز به نازی ها ارائه داد که، ساخت سلاح اتمی امکان پذیر است ولی بسیار دشوار خواهد بود و جزئیات فنی آن مشخص نیست.این طور به نظر میرسید که هایزنبرگ آماده است که به ساخت سلاح اتمی کمک کند.پس از تسلیم شدن دولت دانمارک در برابر ارتش آلمان ،قرار شد برای ساخت بمب بور نیز همکاری کند، ولی وی سرباز زد.

در سال 1941 هایزنبرگ وارد موسسه بور در دانمارک شد. این عمل میتوانست باعث تجدید دیدار مسرت بخش برای آن دو شود. ولی جنگ همه چیز را عوض کرده بود. هایزنبرگ را نازی ها فرستاده بودند تا پیام آنها را ترویج کند. او نماینده فرهنگ و علوم آلمان بود و قرار بود از شهرتش برای کشاندن مردم  برای سخنرانی ها استفاده کند و برای نازی ها تبلیغ کند. وی می گفت که آلمان ها در جنگ حتما پیروز خواهند شد و این خشم بور را برانگیخته بود. هایزنبرگ مجبور بود که این حرفها را در جمع بزند به نحوی که تبلیغاتی باشد. البته بور به دو پهلو بودن حرفهای هایزنبرگ پی نبرد. در آن دیدار هایزنبرگ با بور درباره ساخت سلاح اتمی نیز به طور محرمانه گفتگو کرد. او می خواست بداند نظر بور در این باره چیست و در این گفتگو ها بود که بیان کرد که آلمان در حال ساخت سلاح اتمی است. بور از اینکه ممکن است هایزنبرگ نیز درگیر این برنامه باشد، شوکه شده بود و جوابی نداد و نخواست که در این باره صحبت بکند.

این ملاقات باعث شد که بور برای بریتانیا پیام هشدار بفرستد و آنها را متوجه خطر آلمان سازد. پس از آن وی نامه ای محرمانه دریافت کرد و فهمید که آنها نیز در حال ساخت سلاح هسته ای هستند،ولی مشکلی دارند که بور می تواند آن را برطرف کند و به او گفتند که دانمارک را ترک کند و به انگلستان بیاید. ولی وی حاضر به این کار نشد. تا اینکه اخطاری را دریافت کرد و فهمید که نازی ها نقشه های وحشتناکی در سر دارند. بنابراین آماده شد تا با خانواده اش دانمارک را ترک کند. سفر وی بسیار خطرناک بود. نیمه های شب با قایق به سوئد رفت و سپس در هواپیمایی پنهان شد و به انگلستان رفت و پذیرفت که به امریکا برود و در ساخت سلاح اتمی به متفقین کمک کند.

در حالی که بور به آمریکا رفته بود، در آلمان وزیر سلاح نازی ها به هایزنبرگ گفت که باید در موئد مقرر بمب اتمی را بسازند.هایزنبرگ در جواب گفت که مهندسان و فیزک دانان لازم برای این کار را نداریم. این کار هزینه و زمان لازم زیادی را مطلبد و بدین گونه نازی ها را از ساخت سلاح اتمی منصرف ساخت.

تا اینکه در 6 اوت 1944 قدرت مخرب بمب اتم در هیروشیما به کار گرفته شد. هایزنبرگ و گروه تحقیقاتی اش دستگیر شده بودند و خبر انفجار بمب را در زندان شنیدند.آنها شوکه شده بودند.

پس از پایان جنگ،خیلی از دوستان هایزنبرگ از او دوری می جستند.گویی وی کسی است که مردم را در آلمان زندانی کرده  و بمب اتمی ساخته بود. آنچه که برای هایزنبرگ اهمیت داشت این بود که می خواست بداند بور درباره او چه نظری دارد.بور علاقه داشت که دوباره دوستی آنها از سر گرفته شود. وی پس از 6 سال در اولین نامه به هایزنبرگ نوشت که: امیدوارم همکاری ما از سر گرفته شود و شاهد روزهای شادتری باشیم. هایزنبرگ از دریافت این نامه خوشحال شد. او علاقه داشت که سوءتفاهم بین آن دو از بین برود.

اما بعد از مدتی نظر دنیا نسبت به هایزنبرگ تغییر کرد. کتابی به چاپ رسیده بود که در آن به نقش هایزنبرگ در منصرف ساختن نازی ها از ساختن سلاح اتمی اشاره شده بود.بعد ها خود هایزنبرگ به نویسنده کتاب نامه ای نوشت و مطالب آن را تائید کرد. آخرین دیدار این دو فیزیکدان در سال 1961 در مراسم دریافت جایزه نوبل بود.بور بیمار بود و علاقه ای هم به مرور گذشته نداشت.از طرفی هایزنبرگ می خواست که هم چیز روشن شود. بور آن روز به وی گفت که فردا با هم صحبت می کنیم. ولی شب هنگام حالش وخیم شد و مجبور شد به دانمارک برگردد و مکالمه ای که هایزنبرگ انتظارش را  می کشید هرگز رخ نداد.

/ 7 نظر / 175 بازدید
blair

عالی

blair

عالی

blair

من از امریکا دارم نظر میدم...واسه یه مدت اومردیم اینجا.....perfect.....واقعا عالیه....

علی امین زاده

جسته و گریخته در مورد وقایع زندگی تیلز بور شنیده بودم اما اقدام بسیار ارزشمندی بود که تمام آنها را یکجا گرد آوری کرده اید. شنیده بودم بور در ایام دانشجویی فوتبال هم بازی می کرده و دروازه بان بوده و هر موقع خطری متوجه دروازه نبوده او یک مداد از جیبش در می آورده و روی تیر دروازه مشغول حل مساله می شده! البته نمی دانم این داستان تا چه حد صحت داشته باشد!

مهدیه

عالی [لبخند]