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“我之所以能取得一些成績（并獲得今年的諾貝爾物理學獎），是因為您作出了奠基性的貢獻。因此，您能在我之前獲得諾貝爾獎，真是莫大的幸福。”

1922年11月的一天，丹麥哥本哈根大學理論物理研究所三樓辦公室里，丹麥皇家科學院院士、哥本哈根學派掌門人尼爾斯·亨利克·大衛(wèi)·玻爾放下咖啡，掏出鋼筆吸飽了墨水，鋪開信紙鄭重地寫下這段文字，再讓助手加急寄給遠在日本的愛因斯坦。

自兩年前相識以來，他們既唇槍舌劍、辯論不休，又相互尊重、惺惺相惜，亦敵亦友，傳為科壇佳話。

玻爾得知自己被諾貝爾獎委員會提名的消息后，心中惴惴不安。因為他覺得雖然自己和普朗克、愛因斯坦都在量子論上做出了貢獻，但愛因斯坦把他們的研究結合在一起，理應在自己之前獲獎。

還好，諾貝爾獎委員會同時公布：愛因斯坦和玻爾分別獲1921、1922年諾貝爾物理學獎。如釋重負的他便給愛因斯坦寫了上面這封短信。

玻爾和愛因斯坦在索爾維會議上 來源：環(huán)球世界網(wǎng)

其實，玻爾短信中的“一些成績”純屬謙虛之辭。喜歡踢球的他沿著前輩研究量子力學的步伐，提出了電子能階原子結構模型理論，解決了原子結構的穩(wěn)定性問題，標志著現(xiàn)代物理學大廈構造基本完成。他也因此被稱為量子物理的“教父”。

01

足球場上鉆物理

1903年夏，18歲的玻爾以優(yōu)異的成績考入丹麥哥本哈根大學自然科學系，專修物理。

他有兩大喜好：一是鉆研物理，據(jù)說大一時就自修完大三上半期的物理課程；二是喜歡踢足球，入學不到半年就成為校足球俱樂部的守門員。

足球比賽時，他常常帶幾支粉筆：當球在對方半場時，他就用粉筆在球門框上演算物理公式；當球進入己方半場時，他立馬丟掉粉筆守門。大學快畢業(yè)時他入選國家足球隊，參加過不少比賽。

若干年后，玻爾投身原子物理研究領域，把踢球當作休息或工作的調劑，并抽時間參加國家隊的訓練或比賽，成為科壇上著名的“科學家球星”。

青年物理學家玻爾 圖片來源：物理雙月刊網(wǎng)

大四時，玻爾在本校嶄露頭角。憑著一篇關于液體表面張力的論文，他獲得丹麥科學院頒發(fā)的金質獎章。此文后來成為研究原子物理的重要線索。

1911年，獲得博士學位的玻爾前往前往英國進修。他先到劍橋大學湯姆生主持的卡文迪許實驗室學習，半年后趕往曼徹斯特，加入物理巨擘厄內斯特·盧瑟福的科研團隊，自此成為盧瑟福的得意門生。

玻爾對這位恩師推崇備至，給自己最小的兒子取名叫厄內斯特·玻爾（中西文化不同，中國人很忌諱與前輩的名字相同）。

玻爾對盧瑟福提出的原子結構行星模型頗感興趣。當時，很多科學家都致力于原子結構的研究，其中以盧瑟福的行星模型最受歡迎。

此理論認為，原子內部就像一個太陽系，原子核就像太陽，電子就像行星，圍繞著原子核不停地轉動，電子運行軌道會發(fā)生變化。

原子模型的演變過程 圖片來源：物理雙月刊網(wǎng)

這個理論有一個明顯的問題，就是根據(jù)已知理論推斷，電子進行電磁輻射后，會因能量損失而導致軌道變小，最終坍塌進原子核里，而非圍繞原子核一直轉動。

問題到底出現(xiàn)在哪里呢？玻爾決定為恩師的理論找到合理的解釋。

02

“二月轉變”出新論

找到合理解釋并非易事。實驗肯定不行，原子構造太過微觀，觀察不到，很難進行實驗。最好的辦法就是先建立合理的理論，再用物理公式去驗證理論。

理論研究要選合適的物質，所有物質中，結構最簡單的莫過于氫?！熬脱芯繗湓踊蝾悮湓拥臉嬙臁！北е@樣的念頭，玻爾投入到新一輪研究中。

1912年，回到丹麥哥本哈根的玻爾雖然全力研究氫原子的結構，但進展一直不大。

次年2月，同事漢森登門拜訪時，提到數(shù)學家巴爾末關于譜線波長的經(jīng)驗公式時，玻爾腦中靈光一現(xiàn)：既然行星因萬有引力沿固定軌道圍繞太陽轉，那電子豈不是也因特殊之力沿特定的軌道圍繞原子核運轉呢？

要證明這個論點，只需列出類似巴爾末經(jīng)驗公式的東西，再導入數(shù)據(jù)進行計算即可。通過偶然談話找到研究方向，并很快取得成果，這就是玻爾人生的“二月轉變”。

數(shù)學家巴爾末 來源：物理世界網(wǎng)

不久，玻爾提出一個全新的原子結構理論：氫原子核里的電子通常沿特定距離的軌道進行轉動，不釋放電磁波，這些軌道叫能階；電子在能階間跳躍時就會釋放電磁波，最終因能量損失坍塌進原電子核里。為了便于公式計算，他大膽地把這些能階進行“量子化”。

很快，他列出了以氫原子為例的能級公式和軌道半徑公式（見圖）。

經(jīng)過無數(shù)次的精密計算，玻爾確定自己提出的原子結構是合理的。

1913年7-9月，在盧瑟福的推薦下，玻爾關于原子模型的長篇論文《論原子和分子的結構》分三期在倫敦皇家學會《哲學雜志》發(fā)表，文中成功解釋了氫原子的結構和性質，并正式提出電子能階原子模型（后人稱為“玻爾模型”）。

這篇論文即著名的玻爾模型“三部曲”。

量子理論發(fā)展史上，玻爾模型的提出具有里程碑意義。以前，普朗克和愛因斯坦用量子化的概念解釋了黑體輻射，盧瑟福的行星模型只是對原子結構的推論，沒有解釋。

玻爾模型讓人們進一步認識到量子的巨大力量，量子理論也因此進入蓬勃發(fā)展階段。

03

舉國同慶獲大獎

話說玻爾完成那篇關于原子結構模型的重要論文后，名氣越來越大，先后被曼徹斯特大學、哥本哈根大學等院校聘為教授，并于1917年當選為丹麥皇家科學院院士。

他一刻也沒閑著，1920年9月在丹麥籌建了哥本哈根理論物理研究所（后人稱為“波爾研究所”）。

此所當時主要研究量子力學等，吸引了海森堡、泡利、朗道、赫韋希等杰出的物理學家。自由、平等的學術氛圍下，哥本哈根學派誕生，對物理界產生了重要影響。

哥本哈根理論物理研究所 來源：物理世界網(wǎng)

鑒于玻爾在原子模型、量子理論研究及物理學推廣等方面的重要貢獻，諾貝爾獎委員會決定授予他1922年度諾貝爾物理學獎。

消息傳到丹麥，全國人民都感到震驚：原來我們國家不止產牛肉和小麥，還產獲諾貝爾獎的大科學家。

辦公室里，同事們?yōu)椴枩蕚淞说案夂拖銠?，有人甚至拉起歡快的小提琴曲；回家路上，大家都向他打招呼問好，路邊冰激淋店的老大爺還免費送上熱飲；推開家門，孩子們獻上熱吻，妻子準備了一桌佳肴……

接下幾天，各地的祝賀電報如雪片般飛了過來，其中包括恩師盧瑟福的誠摯祝福。玻爾愛好踢球的事兒被重新提起，丹麥報紙媒體普遍采用這樣的標題：《授予著名足球運動員尼爾斯爾·玻爾諾貝爾獎》。

玻爾獲獎的報道 圖片來源：物理雙月刊網(wǎng)

榮譽面前，玻爾依舊保持清醒的頭腦。

他給愛因斯坦寫信表示對方應該比自己先獲諾貝爾獎之后，便只身來到瑞典斯德哥爾摩，參加諾貝爾獎頒獎會。

會上他做了一場精彩的主題演講。演講最后他公布了一個好消息：已正式確認元素表上的72號元素。當時很多科學家都試圖找出這個元素，卻一直沒有結果。

這是玻爾給諾貝爾獎委員會，也是物理學界最好的回饋禮物！

END

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