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奧格·波耳

丹麦物理学家（1922—2009）

奧格·尼爾斯·波耳（丹麥語：Aage Niels Bohr，1922年6月19日—2009年9月9日），丹麥核物理學家，因「發現原子核中集體運動和粒子運動之間的聯繫，並且根據這種聯繫發展了有關原子核結構的理論」與本·莫特森及利奧·雷恩沃特共同榮獲1975年諾貝爾物理學獎[1]。基於雷恩沃特提出的原子核的不規則形狀液滴模型，波耳與莫特森發展出一套與實驗結果高度一致的詳細理論。他與父親尼爾斯·波耳是四對同獲諾貝爾物理學獎的父子之一。

奧格·波耳1975年諾貝爾物理學獎得主
Aage Bohr
1955年時的奧格·波耳
出生(1922-06-19)1922年6月19日
 丹麥哥本哈根
逝世2009年9月9日(2009歲—09—09)（87歲）
 丹麥哥本哈根
國籍 丹麥
母校哥本哈根大學
知名於原子核的幾何結構
獎項
科學生涯
研究領域核物理
機構
論文《原子核的轉動態》（Rotational States of Atomic Nuclei）（1954年）

早年

奧格·尼爾斯·波耳1922年6月19日生於哥本哈根。他的父親是物理學家尼爾斯·波耳，母親是瑪格麗特·波耳，娘家姓內隆德，兩人共育有六個兒子，奧格排行第四，[2]長子克里斯蒂安1934年死於船難[3]:204，幼子哈拉爾德因腦膜炎早夭[4]:226, 249，其他的三個兒子中，漢斯成為內科醫生，埃里克成為化學工程師，歐內斯特則成為律師，並在1948年代表丹麥參加了倫敦奧運會草地曲棍球項目的比賽[5][6]。波耳一家生活在哥本哈根大學的理論物理研究所（現尼爾斯·波耳研究所）。波耳在漢斯·克拉默、奧斯卡·克萊因、仁科芳雄、沃夫岡·包立以及維爾納·海森堡這些與父親共事的物理學家的陪伴下拉拔長大。[2]1932年，波耳全家搬入卡爾斯伯格榮譽公寓（丹麥語：Carlsberg Æresbolig）。這所公寓是由嘉士伯釀酒廠繼承人卡爾·雅各布森（英語：Carl Jacobsen）為表彰對科學、文學或是藝術做出傑出貢獻的丹麥人而捐資建立的[4]:322–333。

波耳就讀於哥本哈根的索特丹姆學校（丹麥語：Sortedam Gymnasium）。在納粹德國1940年4月占領丹麥之後不久，他進入哥本哈根大學學習物理。那時，他已開始幫助父親起草回信以及一些普通知識性質的文章，後來又參與譜寫有關在物理學方面工作的文章。[2]1943年9月，波耳一家得知已被納粹德國政府判定為猶太人並面臨被逮捕的風險。這是由於奧格的祖母，埃倫·阿德勒·波耳是猶太人。丹麥抵抗組織（英語：Danish resistance movement）幫助他們從海路逃到瑞典。[7]:483–4841943年10月，波耳到達瑞典，後來又乘英國海外航空所屬的一架蚊式轟炸機飛抵英國。這種不帶武裝的高速轟炸機中一部分被改造為小型的用於裝載珍貴物資或是重要乘客的運輸機。由於飛行速度較快以及飛行高度較高，他們得以穿過當時被德國占領的挪威的上空而不被德國的戰鬥機騷擾。波耳當時穿上飛行服，並被裝備上了降落傘和氧氣面罩，躺在放置在炸彈艙（英語：bomb bay）位置的褥墊上在飛機上度過了3個小時。[8]:280

在抵達倫敦後不久，波耳與一周前飛抵英國的父親團聚[8]:280。波耳名義上成為英國科學及工業研究部（英語：Department of Scientific and Industrial Research (United Kingdom)）的初級研究員，實際上充當父親的私人助理。他們二人參與了英國研製原子彈的軍事工程計劃，合金管工程。1943年12月30日，他們造訪美國。這是他們之後數次美國之旅中的第一次。波耳的父親成為了曼哈頓計劃的一位顧問。[9]:248–249由於波耳父親的名聲，官方為他們取了化名。波耳被稱為詹姆斯·貝克，他的父親則被稱為尼古拉斯·貝克。[10]:951945年，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的主任羅伯特·歐本海默邀請他們審閱調製中子起爆器（英語：modulated neutron initiator）的設計方案。他們認為該方案能行，並打消了恩里科·費米對於其可行性的顧慮。[10]:95這種起爆器在1945年8月用於轟炸廣島和長崎的兩顆原子彈中順利運行[10]:264–265, 308–309, 390–397。

物理學領域的研究

 
1963年，物理學者在哥本哈根合照，坐在最前排左邊第一位的就是波耳

1945年8月，隨著第二次世界大戰告終，波耳回到丹麥繼續先前的大學學業。1946年，他獲得了碩士學位，碩士論文研討的是關於原子停止功（英語：Stopping power (particle radiation)）方面的問題。[2]1948年初，波耳任聘為普林斯頓高等研究院的研究員[11]。那年，他與哥倫比亞大學的伊西多·拉比進行了幾次學術探討。拉比當時有關氘的超精細結構的一些新發現[12]引起了波耳的興趣。波耳因此自1949年1月至1950年8月轉任哥倫比亞大學的訪問學者。[2][13]1950年3月11日，波耳與瑪麗埃塔·佐費爾完婚。他們育有三個子女：威廉，托馬斯和瑪格麗特。[13][14]

20世紀40年代末，當時通行的原子核模型，如尼爾斯·波耳等人發展的液滴模型，已經不能解釋原子核的一些性質。瑪麗亞·格佩特-梅耶等在1949年提出的核殼層模型能夠解釋其中的一部分，比如幻數的存在。然而有一些性質仍不能得到解釋，例如某些原子核的電荷非球對稱分布。[15]利奧·雷恩沃特在1950年發表的一篇論文中，提出了原子核液滴模型的一個變版，其可以解釋電荷的非球對稱分布。[16]在雷恩沃特提出的模型中，原子核被建模為一個裡面裝有一定數量小球的氣球。這些小球會改變氣球表面的形狀。雷恩沃特與當時造訪哥倫比亞大學的波耳探討了這一模型。波耳也獨立地想出類似模型，並在雷恩沃特論文發表的一個月後提交了探討相同問題但方法更具有普遍性的一篇論文。波耳將原子核設想為一個旋轉的不規則幾何體，其表面具有某種張力。[17]在1951年發表的一篇論文中，波耳進一步發展了這一想法，他在其中周全地分析了原子核表面震盪與單一核子運動的聯繫。[18]

1950年，波耳回到哥本哈根與本·莫特森合作將理論結果與實驗數據進行比較。在自1952年至1953年發表的三篇論文中，波耳和莫特森展示了他們的理論結果與實驗事實的高度一致性，比如一些特定的原子核的能階可以用旋轉光譜進行描述。[19][20][21]因此使得核殼層模型與雷恩沃特所提出的模型相互符合[17] 。他們的這項工作激起了許多新的針對該問題的理論上的以及實驗上的研究[15]。波耳、莫特森以及雷恩沃特「因發現原子核中集體運動和粒子運動之間的聯繫，並且根據這種聯繫發展了有關原子核結構的理論」獲得了1975年的諾貝爾物理學獎[1]。由於波耳的父親1922年曾榮獲該獎，因此他們成為目前為止四對同獲諾貝爾物理學獎的父子之一[a][22]。

在完成後來贏得諾貝爾獎的研究後，波耳1954年獲得了由哥本哈根大學授予的博士學位，論文題目為《原子核的旋轉態》（Rotational States of Atomic Nuclei）。[23]1956年，波耳成為哥本哈根大學的一位教授。在他的父親去世後，波耳成為了尼爾斯·波耳研究所主任，並擔任該職位至1970年。之後，他仍繼續在那裡工作，直到1992年退休。[24]自北歐理論物理研究所（英語：Nordic Institute for Theoretical Physics）1957年創建時，波耳就是其運營委員會的成員，並自1975年至1981年擔任其主任[25][26]。除了獲得諾貝爾獎以外，波耳還獲得了丹尼·海涅曼數學物理獎（1960年），原子和平獎（英語：Atoms for Peace Award）（1969年），H.C.奧斯特獎章（英語：H.C. Ørsted Medal）（1970年），拉塞福獎章與獎金（英語：Rutherford Medal and Prize）（1972年），約翰·普賴斯·韋瑟里爾獎章（英語：John Price Wetherill Medal）（1974年）以及奧勒·勒默爾獎章（1976年）[11][27][28]。波耳和莫特森之後繼續合作，編著了兩卷本專著《原子核結構》（Nuclear Structure）。第一卷《單粒子運動》（Single-Particle Motion）1969年出版發行，而第二卷《原子核的變形》（Nuclear Deformations）則在1975年出版發行。[2]

瑪麗埃塔1978年10月2日去世[14][26]。1981年，波耳與本特·沙夫·梅耶爾結婚[26]。托馬斯·波耳是丹麥技術大學的教授，所研究的領域是流體動力學[29]。奧格·波耳2009年9月9日在哥本哈根去世[24]。

注釋

  1. ^ 其他幾對分別為：威廉·亨利·布拉格（1915年）與威廉·勞倫斯·布拉格（1915年），約瑟夫·湯木生（1906年）與喬治·湯木生（1937年）以及曼內·西格巴恩（1924年）與凱·西格巴恩（1981年）。除此之外，在其他領域還有兩對父子同獲諾貝爾獎，分別是漢斯·馮·奧伊勒-切爾平（1929年獲諾貝爾化學獎）與烏爾夫·馮·奧伊勒（1970年獲諾貝爾生理學或醫學獎）以及阿瑟·科恩伯格（1959年獲諾貝爾生理學或醫學獎）與羅傑·科恩伯格（2006年獲諾貝爾化學獎）。

參考文獻

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