نیلس بور؛ پایه گذار نظریه کوانتومی
نیلس بور به خاطر پژوهش‌های دانشی درجه یک که انجام داد و به طور پرسون‌تر، به پاس دستاوردهایش درباره ساختار اتم‌ها و تابش‌های گسیلی‌شان، جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۲۲ را دریافت کرد.
کد خبر :
۹۵۷۸۴
بازدید :
۴۷۹۰
دلیل نوشتن این مقاله صدمین سال تأسیس «انستیتوی فیزیک نیلس بور» در شهر زیبای کپنهاگ، پایتخت کشور دانمارک است.
نام دانمارک با دانشمندان و نویسندگان نام‌بُرداری گره خورده است که یکی از آن‌ها «نیلس هنریک دیوی بور» است. فیزیک‌دانی که نام او در صدر پایه‌ریزان نظریه کوانتومی می‌درخشد. در این مقاله درباره «نیلس بور»، مکتب فکری‌اش و نیز انستیتویی که تأسیس کرده، سخن خواهم گفت.
خاطرنشان می‌کنم استاد بازنشسته دانشگاه کپنهاگ، پروفسور «جان اسکیلز ایوری»، شیمی‌فیزیک‌دان برجسته، ترغیب‌کننده من در نوشتن این مقاله بود.
«نیلس بور» در تاریخ هفتم اکتبر ۱۸۸۵ در شهر کپنهاگ به دنیا آمد و در ۷۷ سالگی به سال ۱۹۶۲ در شهر زادگاهش چشم از جهان فروبست. اگر به زبان ساده بگویم، شهرت نیلس بور به خاطر نقش مهمش در هم‌افزایی دانشیِ ساختار اتمی-هسته‌ای و نظریه کوانتومی است.
پدرش، «کریستیان بور»، استاد فیزیولوژی دانشگاه کپنهاگ بود و مادرش از خانواده‌های ثروتمند یهودی که بانکدار بودند. «بور» و دیگر خواهران و برادرانش در سایه خانواده دانش‌دوستی که داشتند، از تربیت دانشی و اخلاقی ممتازی برخوردار بودند.
برادر «نیلس»، «هارولد» ریاضی‌دان پرآوازه‌ای شد. نخستین طرح پژوهشی «نیلس بور» درباره اندازه‌گیری فشار سطحی آب با سنجش نوسان‌های فوران آب بود. این آزمایش به‌ظاهر ساده «نیلس» جوان را با دشواری‌های کار پژوهشِ آزمایشگاهی آشنا کرد؛ اما «نیلس بور» آموخت تا در فیزیک خلاقیت داشته باشد و این رهیافت را به دیگر دانشجویانش هم آموزاند.
«نیلس بور» در دانشگاه کپنهاگ علاوه بر فیزیک که رشته اصلی‌اش بود، در اخترشناسی، ریاضیات و فلسفه هم زیر نظر استادان شاخصی دوره‌های درسی درخشانی را گذراند. کار پایان‌نامه دکترای «نیلس» که از آن به سال ۱۹۱۱ دفاع کرد، بررسی نظری رفتار الکترو‌ن‌ها در فلز‌ها بود.
«بور» در فراروند پژوهشی خود با دشواری‌ها و کاستی‌های الکترومغناطیس کلاسیک روبه‌رو شد و نتوانست آن‌گونه که دوست داشت، پدیده فیزیکی رخ‌داده را توصیف کند. بعد از دانش‌آموختگی برای ادامه پژوهش به آزمایشگاه کَوِندیش در کمبریج رفت. جایی که فیزیک‌دان برجسته آن زمان، «جی. جی. تامسون» گروه پژوهشی داشت؛ اما حضورش در کوندیش دیری نپایید.
«تامسون» به فیزیک فلز‌ها علاقه‌ای نداشت. همچنین روش «نیلس بور» جوان را که بسیار به گفتگو‌های پرحرارت دانشی علاقه داشت، نمی‌پسندید. مهارت نه‌چندان بالای «نیلس» در زبان انگلیسی هم دلیل دیگری شد تا «بور» کوندیش را به مقصد آزمایشگاه یکی از سرشناس‌ترین فیزیک‌دانان زنده آن زمان، «ارنست رادرفورد»، ترک کند.
«رادرفورد» در پی آزمایش‌هایی که با نام «گایگر» و «مارسدن» گره خورده، با ورقه طلا و شلیک به آن توانست بفهمد درون اتم هسته‌ای بسیار کوچک، اما فشرده نهفته است. «رادرفورد» از «نیلس» جوان استقبال کرد. پژوهش‌های آن زمان آزمایشگاه رادرفورد نیوزیلندی بیشتر روی یافتن مدل اتمی مناسب می‌گشت.
خیلی طول نکشید که «نیلس بور» هم به این دست از پژوهش‌ها مشتاق شد. در همان رویکرد نخستین، «بور» مدلی برای اتم پیشنهاد کرد که تراز‌های انرژی آن کوانتیده یا به زبان ساده‌تر گسسته بودند؛ اما «رادرفورد» آن را نپسندید. به سال ۱۹۱۲ «بور» منچستر را به مقصد شهر زادگاهش ترک کرد و یک سال بعد از فرمول یا دیسول معروف «ریدبرگ» که حالا هر بچه دبیرستانی هم با آن آشنایی دارد، آگاه شد.
دیسولی که نام پرسونانه آن بالمر-ریدبرگ است و اندازه‌های درست بسامد خط‌های بیناب هیدروژن را نشان می‌دهد. «بور» درباره آن دیسول چنین گفته است: به محض دیدن آن همه چیز برایم مثل روز روشن شد.
از همین‌جاست که «مدل اتمی بور» از دیسولی تجربی مایه می‌گیرد. از سال ۱۹۲۰ تا ۱۹۲۲ یعنی سال‌های بین دو جنگ جهانی، «بور» مدلش را برای رده گسترده‌ای از اتم‌ها بسط داد و از آنجا توجیهی برای جدول تناوبی بُن‌پار یا عنصر‌های شیمیایی پیدا کرد.
آشکار است که «بور» در این مدل از مدل «رادرفورد» الهام گرفته و به پیروی از اندیشه‌های «ماکس پلانک»، فیزیک‌دان نام‌آور تمام اعصار، قید کوانتش را بر آن افزوده است. بر‌اساس رویکرد «بور»، واکنش‌های شیمیایی باید از برهم‌کنش مدار‌های بیرونی نتیجه می‌شدند؛ درحالی‌که پدیده پرتوزایی باید از درون هسته اتم سرچشمه بگیرد.
«نیلس بور» به خاطر پژوهش‌های دانشی درجه یک که انجام داد و به طور پرسون‌تر، به پاس دستاوردهایش درباره ساختار اتم‌ها و تابش‌های گسیلی‌شان، جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۲۲ را دریافت کرد. روز اهدای جایزه نوبل، «بور» یادداشت‌هایش را در هتل محل سکونتش جا گذاشته بود؛ بنابراین ناگزیر شد سخنرانی خود را در پیشگاه پادشاه وقت سوئد بدون یادداشت و از حفظ بیان کند.
انستیتوی فیزیک نیلس بودر
«انستیتوی فیزیک نیلس بور» برای من چیزی بیش از یک نام است. وجود آن در قلب من روشنگر چراغی است که برای ایران عزیزمان آرزو دارم. همچنین استاد بزرگوارم پروفسور «ایوری» که حالا در آستانه ۹۰ سالگی در خانه‌اش در کپنهاگ است و با وجود بیماری کماکان مشغول نوشتن کتاب است، سالها در «انستیتوی فیزیک نظری نیلس بور» بوده است.
سال‌هایی که من هنوز مدرسه نرفته بودم. «انستیتوی فیزیک نیلس بور» در تاریخ سوم مارس سال ۱۹۲۱ بازگشایی رسمی شد. «بور» چیزی بیش از شاهکار‌های نظری در فیزیک انجام داده بود. او تقریبا به‌تن‌هایی مکتب بزرگی از فیزیک نظری و تجربی را در کپنهاگ ایجاد کرد.
«انستیتوی نیلس بور» با سرعت شگفت فیزیک‌دانان جوان آلمان، انگلستان، روسیه، هلند، مجارستان، هند، سوئد و حتی آمریکا را جذب کرد. «بور» مکانی عالی را برای زندگی و کار آنان فراهم کرده بود. فعالیت‌های انستیتو همیشه آن‌طور نبود که از اجتماع فیزیک‌پیشگان انتظار می‌رفت.
ورزش و متناسب با علاقه‌مندی آن زمان، پینگ‌پنگ، تماشای فیلم و سرگرمی‌های متنوع ازجمله کار‌های همیشگی در انستیتو بود؛ اما در آن ساختمانی که در مقایسه با دیگر انستیتو‌ها چندان بزرگ نیست، کار‌های بسیار درخشانی در آرامش و امنیت پژوهشی صورت گرفت و کماکان تا به امروز هم ادامه دارد.
«ولفگانگ پاولی»، «ورنر هایزنبرگ»، «پل دیراک»، «لِو لاندائو»، «فلیکس بلوخ»، «ادوارد تلر»، «جورج گاموف» و «والتر هیتلر» همگی از فیزیک‌دانانی بودند که در انستیتو حضور داشتند. نام و دستاورد‌های دانشی و گاهی اجتماعی آنان در دورانی سرنوشت‌ساز در فیزیک کوانتومی و نیز دوره آشفتگی سیاسی بین‌المللی، داستان بخش مهمی از تحول دانشی جهان است.
«رابرت اپنهایمر» که از فیزیک‌دانان هسته‌ای بزرگ و از دانشمندان عالی‌رتبه پروژه منهتن بود، درباره آن دوره تاریخی و نقش «نیلس بور» و انستیتویی که بنا نهاده بود، چنین می‌گوید: «زمان قهرمانانه‌ای بود. کار، کار یک نفر نبود؛ بلکه همیاری و همدلی تعداد زیادی از دانشمندان از بسیاری از کشور‌های متفاوت را شامل می‌شد.
گرچه از ابتدا تا انتها روح فوق‌العاده خلاق و نقّاد نیلس بور این کار بزرگ را راهنمایی، کنترل، مدیریت و درنهایت به شکل نهایی خوش‌فرمی تبدیل می‌کرد». امروزه «انستیتوی نیلس بور» در کپنهاگ یکی از مراکز دانشی خوش‌نام و معتبر جهان به شمار می‌رود که در فضایی پژوهشی در فیزیک و شاخه‌های آن استادان، پژوهشگران، بازدیدکنندگان و دانشجویان را در خود جای داده است.
از بخش‌های دلنشین انستیتو هم اتاق کار «نیلس بور» است. جایی که در آن دانش فیزیک گام‌های بزرگی را برداشته است.
«نیلس بور» و سیاست
در سال‌های ۱۹۳۳ تا ۱۹۳۶ سال‌هایی که دانشگاه تهران تازه تأسیس شده بود و هنوز صدای توپ‌های جنگ جهانی دوم گوش سیاره زمین را کر نکرده بود، «نیلس بور» با گسترش مدل‌های هسته اتمی مانند مدل «قطره مایع» که نخستین‌بار «جورج گاموف» پیشنهاد داده بود، به دنیای فیزیک هسته‌ای ورودی شکوهمندانه داشت.
در سال ۱۹۳۹ در گفت‌وگویی با فیزیک‌دانی به نام «پلاچک» به هنگام ناهار در پرینستون -همان جایی که «آلبرت اینشتین» سالها حضور داشت- می‌گوید فقط ایزوتوپ ۲۳۵ اورانیوم می‌تواند به واکنش شکافت با نوترون‌ها تن در‌دهد. این انگاره را بیشتر همکاران بور و به طور خاص فیزیک‌دان باهوش ایتالیایی‌الاصل، «انریکو فرمی»، به باد انتقاد گرفتند؛ اما چند ماه بعد آزمایش‌های انجام‌شده با اورانیوم غنی‌شده نشان داد عمق نظری و درک شهودی «بور» از فیزیک هسته‌ای تا چه حد بالا بوده است.
در میانه جنگ جهانی دوم «نیلس بور» ناچار شد درنهایت به آمریکا برود و در پروژه منهتن واقع در لوس‌آلاموس شرکت داشت. «نیلس بور» در سپهر سیاسی‌اش به دو چیز اعتقاد راسخ داشت؛ یکی صراحت و دیگری شفافیت بود. او تبادل اطلاعات و دانسته‌های اتمی میان کشور‌ها را نخستین گواه اعتماد متقابل تلقی می‌کرد؛ اما به‌هرروی در آن زمان نتوانست دولتمردان را با خود همراه کند. هرچند بذری را که او کاشت امروزه در خواسته‌ای با نام شفافیت هسته‌ای در سطح جهانی میوه داده است.
میراث «نیلس بور»
میراث «نیلس بور»، فیزیک‌دانی که جایزه نوبل را کسب کرد، فراتر از افتخارآفرینی در فیزیک است. اجازه دهید میراث «نیلس بور» را به سه بخش مجزا تقسیم کنیم. «نیلس بورِ» پدر که فیزیک‌دانی دیگر را تربیت می‌کند. «نیلس بورِ» برپاکننده یکی از بهترین انستیتو‌های فیزیک جهان و «نیلس بورِ» فیزیک‌دان با میراثی از شاگردان و جهان‌بینی. «آگه بور»، پسر «نیلس بور» است.
یکی از شش پسرش که دو تا از آن‌ها هرگز کودکی را سپری نکردند. «آگه» درسش را در کپنهاگ شروع کرد و با فرازوفرود‌هایی همان‌جا به پایان رساند. او متولد سال ۱۹۲۲ است. همان سالی که پدرش جایزه نوبل گرفت. به سال ۲۰۰۹ هم روی در نقاب خاک کشید. «آگه» زیر نظر پدر و مادری بسیار بادرایت تربیت شد.
او توانست از امکانات کم‌نظیر آزمایشگاه پدرش بهره‌مند شود و مدت‌زمان زیادی را به‌عنوان همکار نزد پدرش کار کرد. به سال ۱۹۴۳ در میانه جنگ جهانی دوم، در مهاجرت به همراه پدرش بود. نخست به سوئد پناه بردند، از آنجا به انگلستان و درنهایت پا به خاک آمریکا گذاشتند.
پس از جنگ بار دیگر به دانمارک بازگشتند و تحصیلاتش را تمام کرد. «آگه بور» همراه با «ماتلسون» پیوست‌هایی به نام «مدل جمعی» یا «مدل وحدت‌یافته» به مدل هسته‌ای افزودند. این نام‌گذاری به این سبب بود که آن‌ها «مدل پوسته‌ای» را با مدل شناخته‌شده «مدل قطره مایع» درآمیختند.
به سال ۱۹۶۲ «آگه بور»، به سرپرستی «نوردیتا»، «انستیتوی فیزیک نظری کپنهاگ»، به جای پدرش که در همان سال چشم از جهان فروبسته بود، منصوب شد. «آگه بور» به همراه «ماتلسون» و «رینواتر» به خاطر کشف رابطه میان حرکت جمعی و حرکت ذره و نیز تدوین نظریه‌ای درباره ساختار هسته اتم بر همین اساس، جایزه نوبل فیزیک ۱۹۷۵ را کسب کردند. آنچه در زندگی «آگه بور» مشهود است، نقش پررنگ پدرش «نیلس بور» به‌عنوان فیزیک‌دان و مادرش در جایگاه بانویی همپا با «نیلس بور» است.
«نیلس بور» پس از جنگ جهانی اول با همکاری دیگر دوستان دانشمندش و صدالبته همکاری دولت و نظام دانشگاهی دانمارک، «انستیتوی فیزیک نظری» را در کپنهاگ برپا کرد که از بسیاری جهات منحصربه‌فرد بود. انستیتوی فیزیک نظری که بعد‌ها به نام خود «بور» تغییر کرد، تا سال‌های سال چشم‌وچراغ فیزیک‌دانان جوان بود.
«نیلس بور» در انستیتو میزبان نخستین دانشجویش، «هندریک کرامرز»، شد که در محاسبات «پاشش» بسیار خوش درخشید. از این گذشته انستیتویی که «نیلس بور» برپا کرد، محل اقامت‌های پرباری از برجسته‌ترین دانشمندان مانند «هایزنبرگ»، «پاولی» و «دیراک» شد.
شاید اغراق نباشد اگر بگویم بخش مهمی از «مکانیک کوانتومی» در «انستیتوی فیزیک نظری نیلس بور» بنیان نهاده شده است. اصل همخوانی یعنی بسته‌کردن عملگر ریاضی به تمام کمیت‌های فیزیک و نیز برخی دیگر از دستاورد‌های مکانیک کوانتومی مانند «اصل فروکاهش بسته موج» و «اصل مکملیت یا مکمل‌بودن» همه از دل فضای دانشی انستیتویی بیرون آمده که «نیلس بور» بنا نهاده است.
به باور نویسنده این مقاله، یکی از مهم‌ترین یا حتی مهم‌ترین میراث «نیلس بور» دو مورد بالا نیست؛ بلکه نقش پررنگ او در «درک خطر سلاح هسته‌ای» است. از میان تمام دانشمندانی که با تهدید سلاح هسته‌ای -و نه صنعت صلح‌آمیز هسته‌ای- مبارزه کرده‌اند، مردی که صدمین سال تأسیس انستیتویش است و ۶۰ سال از مرگش می‌گذرد، معلوم شد دوراندیش‌ترین و شجاع‌ترین همه آنان بوده، «نیلس بور» است.
پیامد‌های انسانی این تهدید، حتی پیش از ساخته‌شدن و آزمایش آن و انفجار مرگ‌بار آن بر فراز دو شهر ژاپن، تا حد زیادی از همان ابتدا برای «نیلس بور» آشکار بود. «بور» این بینش عمیق را داشت تا آنچه را «رابرت اپنهایمر» «نه‌تن‌ها یک خطر بزرگ بلکه یک امید بزرگ» نامیده بود، تشخیص دهد. نگرانی ویژه «بور» درباره امکان مسابقه‌ای نامحدود در ساختن سلاح‌های هسته‌ای کشتار جمعی بود.
«بور» تنها نماند و پس از جنگ بسیاری از انجمن‌های دانشی به او پیوستند. بسیاری از امید‌های «بور» هرگز تحقق نیافت؛ اما ناکامی او در رویکرد انسانی‌اش در جهانی که گرفتار مسابقه تسلیحات شده و به گفته پروفسور «ایوری»، جنگ تبدیل به یک بنگاه اقتصادی ضد‌اخلاقی شده است، نباید در شکل‌گیری داوری ما درباره جایگاه و اهمیت این مرد بزرگ دانش پررنگ باشد.
هیچ دانشمند دیگری چنین تلاش دلاورانه و قهرمانانه‌ای نکرد که دنیای دانش و دنیای سیاست را به هم مربوط کند. این موضوع برای «نیلس بور» قهرمان‌شدن نبود. او با ملاقات با سیاست‌مداران بزرگ آن دوره مانند «چرچیل» و «روزولت»، آنچه را همیشه انجام می‌داد، انجام داد.
گفت‌وگوی متقاعدکننده روش همیشگی او در یافتن و نگهداری یک موضع یا رویکرد مهم و سازنده بود. گفتگو ممکن بود با یک دانشجوی اصالتا اهل بلوک شرق مانند «لاندائو» باشد، با یک دستیار یا یک همکار یا حتی در صورت ضرورت با یک نخست‌وزیر پریشان‌حال و رئیس‌جمهور بی‌اطلاع از خطرات و توانمند‌های دانش هسته‌ای باشد.
خطر شغلی دانشمند از لحاظ دور‌افتادن از مسائل انسانی هرگز مخاطره‌ای در کار «نیلس بور» نبود. برای «بور»، مسائل دانشی درواقع مسائلی انسانی بود؛ نه کم و نه زیاد.
۰
