Niels Bohr và thuyết nguyên tử

Niels Bohr là một trong những nhà khoa học lỗi lạc nhất của vật lí hiện đại, ông nổi tiếng với những đóng góp quan trọng của ông cho thuyết lượng tử và nghiên cứu giành giải thưởng Nobel của ông về cấu trúc của các nguyên tử.

Sinh ra ở Copenhagen vào năm 1885 trong một gia đình có học thức, Bohr đã yêu thích vật lí học lúc còn nhỏ. Ông học vật lí trong nhiều năm và lấy bằng tiến sĩ vật lí năm 1911 từ trường Đại học Copenhagen.

Chính trong khi đang thực hiện nghiên cứu cho luận án tiến sĩ của ông về thuyết electron của các kim loại Bohr đã đến với thuyết lượng tử buổi đầu của Max Planck, lí thuyết mô tả năng lượng dưới dạng những hạt nhỏ xíu, hay các lượng tử.

Trái: Niels Bohr vào năm 1922. Phải: Một con tem Đan Mạch năm 1963 in hình Bohr nhân dịp kỉ niệm 50 năm lí thuyết nguyên tử của ông.

Vào năm 1912, Bohr đang làm việc cho nhà khoa học đoạt giải Nobel J.J. Thompson ở Anh khi ông được giới thiệu với Ernest Rutherford, người khám phá ra hạt nhân nguyên tử và đã phát triển một mô hình nguyên tử giành về cho ông giải Nobel Hóa học năm 1908. Dưới trướng của Rutherford, Bohr bắt đầu nghiên cứu các tính chất của các nguyên tử.

Kết hợp mô tả hạt nhân của Rutherford và thuyết lượng tử của Planck, Bohr đã giải thích cái xảy ra bên trong một nguyên tử và phát triển một bức tranh của cấu trúc nguyên tử. Công trình này mang về cho ông giải thưởng Nobel vật lí năm 1922.

Cũng trong năm ông bắt đầu nghiên cứu với Rutherford, Bohr lấy bà Margaret Nørlund, rồi họ có sáu người con. Về sau này, ông là chủ tịch của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Đan Mạch, đồng thời là viện sĩ của nhiều viện hàn lâm trên khắp thế giới.

Mô hình nguyên tử

Đóng góp lớn nhất của Bohr cho vật lí hiện đại là mô hình nguyên tử. Mô hình Bohr xem nguyên tử là một hạt nhân nhỏ, tích điện dương với các electron quay xung quanh.

Bohr là người đầu tiên phát hiện ra rằng các electron chuyển động trong những quỹ đạo khác nhau xung quanh hạt nhân và rằng số electron trong quỹ đạo ngoài cùng xác định các tính chất của một nguyên tố.

Nguyên tố hóa học bohrium (Bh), số 107 trong bảng tuần hoàn hóa học, được đặt theo tên của ông.

Một biểu diễn cách điệu hóa của một nguyên tử lithitum minh họa cho mô hình nguyên tử của Niels Bohr.

Lí thuyết giọt chất lỏng

Nghiên cứu lí thuyết của Bohr đóng góp đáng kể cho sự hiểu biết của các nhà khoa học về sự phân hạch hạt nhân. Theo lí thuyết giọt chất lỏng của ông, một giọt chất lỏng mang lại một hiện thân chính xác của một hạt nhân nguyên tử.

Lí thuyết này là công cụ nghiên cứu trong những nỗ lực đầu tiên nhằm phân tách các nguyên tử uranium hồi thập niên 1930, một bước quan trọng trong sự phát triển bom nguyên tử.

Bất chấp những đóng góp của ông cho Dự án Năng lượng Nguyên tử Mĩ trong Thế chiến thứ hai, Bohr là người ủng hộ mạnh mẽ sự ứng dụng hòa bình của vật lí nguyên tử.

Thuyết lượng tử

Nguyên lí bổ sung của Bohr, cái ông đã viết trong một số bài luận từ năm 1933 đến 1962, phát biểu rằng một electron có thể được xét theo hai cách, hoặc là một hạt hoặc là một sóng, nhưng không bao giờ là cả hai đồng thời.

Nguyên lí này, cái tạo nên nền tảng của thuyết lượng tử buổi đầu, còn giải thích rằng cho dù người ta xem electron như thế nào, mọi hiểu biết về những tính chất của nó phải có gốc rễ ở những phép đo theo lối kinh nghiệm. Lí thuyết của Bohr nhấn mạnh quan điểm rằng các kết quả của một thí nghiệm bị ảnh hưởng sâu sắc bởi những công cụ đo dùng để xác định chúng.

Những đóng góp của Bohr cho lĩnh vực nghiên cứu cơ học lượng tử mãi mãi được ghi nhớ tại Viện Vật lí Lí thuyết tại trường Đại học Copenhagen, nơi ông đã hỗ trợ sáng lập hồi năm 1920 và lãnh đạo cho đến khi ông qua đời vào năm 1962. Kể từ đó, viện được đổi tên là Viện Niels Bohr để tôn vinh ông.

Nguồn: LiveScience.com