نيلز بور وإرثه في العلم والفكر الفلسفي للفيزياء

كان نيلز بور. فيزيائيًا دنماركيًا قدّم مساهمات جوهرية في فهم بنية الذرات والتطور المبكر لميكانيكا الكم، وتحديدًا، طوّر نموذج بور للذرة، ولاحقًا نموذج قطرة السائل، ومبادئ التطابق والتكامل، أشرف على كثير من كبار فيزيائيي القرن العشرين، وتعاون معهم في معهده في كوبنهاغن. بينما طوّر هو وفيرنر هايزنبرغ تفسير كوبنهاغن لنظرية الكم، يعد بور أحد أكثر علماء الفيزياء تأثيرًا في القرن العشرين، وحصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام ١٩٢٢، لخدماته في دراسة بنية الذرات والإشعاع المنبعث منها.

 ما الذي قام به العالم نيلز بور؟

تعرف أيضًا على: ريتشارد فاينمان: حياته وإنجازاته في الفيزياء الحديثة

 ما هي نظرية بور؟

أحدثت نظرية نيلز بور. الكمومية، المعروفة أيضًا باسم نموذج بور، ثورةً في فهمنا للبنية الذرية، ووفرت إطارًا لتفسير ظواهر مختلفة. تشمل الجوانب الرئيسة لنظرية بور الكمومية ما يلي:

• تكميم الطاقة

اقترح نموذج بور أن الإلكترونات في الذرة تشغل مستويات طاقة محددة. ويقابل كل مستوى كمية معينة من الطاقة. يمكن للإلكترونات الانتقال بين هذه المستويات عن طريق امتصاص أو إصدار الطاقة في كميات منفصلة.

• أطياف الانبعاث والامتصاص

نجح نموذج بور في شرح أطياف الخطوط المنفصلة المرصودة في انبعاث وامتصاص الذرات للضوء. تؤدي انتقالات الإلكترونات بين مستويات الطاقة إلى انبعاث أو امتصاص فوتونات ذات طاقات محددة، مما ينتج خطوطًا طيفية مميزة.

• فرضيات بور

صاغ بور مجموعة من الفرضيات لوصف سلوك الإلكترونات في الذرات. تضمنت هذه الفرضيات مفهوم الحالات الثابتة. بينما لا تشع الإلكترونات في المدارات المكممة طاقة، ومبدأ التكامل، الذي ينص على أن الجسيمات يمكن أن تظهر خصائص جسيمية وموجية. [1]

 ما هي أهم أعمال بور؟

قدّم نيلز بور. أحد أكثر الفيزيائيين تأثيرًا في القرن العشرين، مساهماتٍ رائدة في البنية الذرية وميكانيكا الكم. وكان لأعماله تأثيرٌ دائم على مجال الفيزياء، ولا تزال تشكّل الفكر العلمي الحديث، سنعرض أهم أعمال بور وأهميتها بالتفصيل.

تعرف أيضًا على: فاروق الباز: عالم جيولوجيا مصري

• نموذج بور للذرة (1913)

في عام ١٩١٣، قدّم بور نموذجه الثوري للذرة. معالجًا قيود نموذج رذرفورد مدمجًا نظرية الكم، اقترح نموذج بور أن الإلكترونات تدور حول النواة في مدارات أو أغلفة مكمّمة محددة.

• المدارات المكممة: تشغل الإلكترونات مدارات ثابتة بمستويات طاقة مميزة.
• انبعاث الطاقة وامتصاصها: تصدر الذرات الضوء أو تمتصه عندما تنتقل الإلكترونات بين هذه المدارات الكمية، وهو ما يفسر الخطوط الطيفية للهيدروجين.
• استقرار الذرات: يوضح النموذج لماذا لا تتحرك الإلكترونات بصورة حلزونية نحو النواة. مما يضمن استقرار الذرة.
• التأثير: حلّ نموذج بور كثير من المسائل في الفيزياء الكلاسيكية. ووفّر أساسًا لتطوير ميكانيكا الكم، وكان له دور أساسي في تفسير الأطياف الذرية. ومهّد الطريق لأبحاث مستقبلية في النظرية الذرية.
• مبدأ التكامل (1927)

قدم بور مبدأ التكاملية في مؤتمر سولفاي الخامس عام 1927. وينص هذا المبدأ على أن الأشياء يمكن أن تظهر خصائص تشبه الجسيمات، والموجات. اعتمادًا على السياق التجريبي.

• الطبيعة المزدوجة للجسيمات:

تظهر الجسيمات مثل الإلكترونات سلوكًا يشبه الموجة، والسلوك الجسيمي.

• السياق التجريبي:

تعتمد الخصائص المرصودة للجسيمات على كيفية قياسها، مما يسلط الضوء على دور المراقب.

• التأثير:

أصبح التكامل حجر الزاوية في ميكانيكا الكم، إذ شكّل طريقة فهم العلماء للظواهر الكمومية وتفسيرها، ويؤكد التكامل على حدود المفاهيم الكلاسيكية، والحاجة إلى أطر عمل جديدة لوصف الأنظمة الذرية، ودون الذرية.

• مبدأ المراسلة

صاغ بور مبدأ المراسلات لسد الفجوة بين الفيزياء الكلاسيكية. والكمية. ينص هذا المبدأ على أن سلوك الأنظمة الكمومية. يجب أن يتوافق مع الفيزياء الكلاسيكية، في حدود الأعداد الكمومية الكبيرة.

نموذج بور ومبدأ المراسلات: الجسر بين الفيزياء الكمومية والكلاسيكية

• الصلة الكلاسيكية الكمومية:

تشير إلى كيف تتطور ميكانيكا الكم من الميكانيكا الكلاسيكية، بينما يعد نموذج بور للذرة جسرًا بين العالمين، وذلك عبر وضع قوانين ميكانيكية كلاسيكية تعدّل لتشمل ظواهر كمومية مثل تكميم المدارات والقفزات الكمومية للإلكترونات، مما يفسر طيف الهيدروجين.

• القدرة التنبؤية:

يمثل مبدأ المراسلات لبور الطريقة التي يمكن بها تقريب الأنظمة الكمومية من الأنظمة الكلاسيكية في حدود معينة، بينما يؤدي تفاعل الأجسام الكمومية مع بيئتها إلى فقدان الاتساق الكمومي وانتقالها نحو السلوك الكلاسيكي.

• التأثير:

صاغ بور مبدأ المراسلات، الذي ينص على أن تقريب النظام الكمومي من النظام الكلاسيكي يحدث في حدود معينة، مما يسمح بنوع من التطابق بين الوصفين، ويوفر رابطًا فاصلاً بين النظريات القديمة والجديدة، مما سبب إلى توجيه تطوير ميكانيكا الكم، وضمان الاستمرارية في وصف الظواهر الفيزيائية.

• النظرية الذرية ووصف الطبيعة (1934)

في هذه المجموعة من المقالات، يستكشف بور التداعيات الفلسفية لميكانيكا الكم وطبيعة المعرفة العلمية، ويؤكد أهمية التكاملية وتحديات وصف الظواهر الذرية.

• تأملات فلسفية:

تتعمق المقالات في الجوانب الفلسفية لنظرية الكم، وتتناول حدود المفاهيم الكلاسيكية.

• المعرفة العلمية:

يناقش بور الحاجة إلى طرق جديدة للتفكير، لوصف وفهم الظواهر الذرية بدقة.

• التأثير:

يُسلّط هذا العمل الضوء على نهج بور الشمولي في العلم، جامعًا بين الرؤى الفلسفية، والبحث العلمي، وقد أثّر هذا العمل على كلٍّ من الفيزيائيين، والفلاسفة، في فهمهم لطبيعة النظريات، والمعرفة العلمية.

نموذج بور للذرة (1913): كمية الطاقة وأسس ميكانيكا الكم

• حول تكوين الذرات والجزيئات (1913)

عرضت هذه الورقة البحثية الرائدة، المنشورة في ثلاثة أجزاء، نموذج بور الذري وأفكاره حول انتقالات الإلكترونات وكمية الطاقة. وتناولت الورقة قيود النماذج الذرية السابقة، ووفرت إطارًا جديدًا لفهم البنية الذرية.

• كمية مستويات الطاقة:

يمكن للإلكترونات أن تشغل فقط مستويات طاقة منفصلة معينة.

• أطياف الانبعاث:

شرحت الورقة الخطوط الطيفية المنفصلة للهيدروجين، داعمة مفهوم مدارات الإلكترونات المكممة.

• التأثير:

كانت أفكار بور في هذه الورقة البحثية أساسية لتطوير ميكانيكا الكم، وفهمنا للبنية الذرية، ووفرت أساسًا نظريًا للخطوط الطيفية المرصودة، وأسهمت في تأسيس مجال فيزياء الكم.

• مساهمة نيلز بور في مشروع مانهاتن

خلال الحرب العالمية الثانية، فرّ بور إلى الولايات المتحدة، وأسهم في مشروع مانهاتن، وهو مشروعٌ بذله الحلفاء لتطوير الأسلحة النووية، عمل تحت اسم مستعار هو نيكولاس بيكر، ولعب دورًا محوريًا في تقديم المشورة بشأن الانشطار النووي.

• الانشطار النووي:

كانت خبرة بور في الفيزياء النووية حاسمة بالنسبة إلى المشروع، بينما ساعدت في فهم الطاقة الناتجة عن التفاعلات النووية، والاستفادة منها.

• الدعوة إلى السلام:

كرس بور جهوده لإقناع الحكومات بضرورة الاستخدام السلمي للطاقة الذرية، بينما شارك ودعي نيلز بور بقوة إلى الاستخدام السلمي للطاقة النووية، والتعاون الدولي، لمنع إساءة استخدام التكنولوجيا النووية.

• التأثير:

كانت إسهامات نيلز بور في مشروع مانهاتن كبيرة، بينما كان لدفاعه عن الممارسة العلمية الأخلاقية والتعاون الدولي تأثير مستمر في السياسة النووية بعد الحرب وتحسين أطر منع الانتشار النووي. عمل بور في لوس ألاموس تحت اسم مستعار، مع أن مشاركته كانت استشارية ومؤقتة. علاوة على ذلك، حفّزت معلوماته عن جهود ألمانيا في تطوير سلاح نووي مشروع مانهاتن. بالتالي، كان له دور في إقناع الحكومة الأمريكية بأهمية المشروع بعد فراره إلى الولايات المتحدة.

• رسالة مفتوحة إلى الأمم المتحدة (1950)

في هذه الرسالة، دعا بور إلى التعاون الدولي في مجال الطاقة النووية، والاستخدام السلمي للطاقة الذرية. كما دعا إلى الشفافية والتعاون بين الدول لمنع إساءة استخدام التكنولوجيا النووية.

نيلز بور والتعاون الدولي: الدعوة للاستخدام السلمي والأخلاقي للطاقة النووية

• التعاون الدولي:

أكد بور أهمية التعاون العالمي في المساعي العلمية لضمان الاستخدام السلمي للطاقة النووية.

• الاستخدام الأخلاقي للتكنولوجيا:

أكد الحاجة إلى الاستخدام المسؤول والأخلاقي للطاقة الذرية، وتعزيز الشفافية والتفاهم المتبادل.

• التأثير:

أثّرت رؤية بور لنهج تعاوني في مجال الطاقة النووية على السياسات الدولية. وعلى وضع أطر لمنع الانتشار النووي، ولا تزال دعوته للسلام والتعاون ذات أهمية في النقاشات حول الآثار الأخلاقية للتقدم العلمي.

• فلسفة ميكانيكا الكم

تتجاوز مساهمات بور الفلسفية في ميكانيكا الكم أبحاثه العلمية. فقد أكد الحاجة إلى أطر مفاهيمية جديدة لفهم الظواهر الكمومية وحدود المفاهيم الكلاسيكية.

• النماذج الجديدة:

دعا بور إلى تطوير طرق جديدة للتفكير في الطبيعة على المستوى الكمي، متجاوزًا الأفكار الكلاسيكية.

• تأثير المراقب:

سلط الضوء على دور المراقب في تحديد حالة النظام الكمومي، والتأثير في تفسيرات ميكانيكا الكم.

• التأثير:

لا تزال رؤى بور الفلسفية تشكّل النقاشات حول تفسير ميكانيكا الكم وطبيعة النظريات العلمية. وكان لتركيزه على محدودية المفاهيم الكلاسيكية والحاجة إلى أطر عمل جديدة تأثيرٌ عميقٌ على هذا المجال. [2]

تعرف أيضًا على: علي مصطفى مشرفة: عالم فيزياء مصري

 ما هو نموذج نيلز بور؟

في عام ١٩١٣، اقترح نيلز بور. نموذجًا لبنية الذرة، واصفًا الذرة بأنها نواة صغيرة موجبة الشحنة، محاطة بإلكترونات تدور حولها في مدارات دائرية. كما هو الحال مع الكواكب حول الشمس في نظامنا الشمسي، بفعل تجاذب القوى الكهروستاتيكية، والمعروفة باسم نموذج بور الذري.

كان هذا النموذج في جوهره نسخة محسّنة من نموذج رذرفورد الذري، متجاوزًا حدوده، يتفق بور مع بور في معظم النقاط. مثل مفهومي النواة والإلكترونات التي تدور حولها، ومن أبرز سمات نموذج بور الذري:

تعرف أيضًا على: ستيفن هوكينغ: أهم إسهاماته في علوم الكون والثقوب السوداء

تدور الإلكترونات حول النواة في مدارات مستقرة دون انبعاث طاقة إشعاعية، لكل مدار طاقة محددة. ويسمى غلاف الطاقة، أو مستوى الطاقة.

يشار إلى المدار أو مستوى الطاقة بأغلفة K، L، M، N. عندما يكون الإلكترون في أدنى مستوى طاقة. يقال إنه في الحالة الأرضية.

نموذج بور: آلية انبعاث وامتصاص الطاقة ونظرية بلانك

يُصدر الإلكترون طاقةً أو يمتصها عند انتقاله من مدار أو مستوى طاقة إلى آخر. عند انتقاله من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أدنى، يصدر طاقةً، بينما يمتص طاقةً عند انتقاله من مستوى طاقة أدنى إلى مستوى طاقة أعلى.

الطاقة الممتصة أو المنبعثة تساوي الفرق بين طاقات مستويي الطاقة (E1​، E2​). ويتم تحديدها بواسطة معادلة بلانك. بالتالي، ينتهك النموذج مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ، حيث تفترض نظرية نموذج بور الذري أن للإلكترونات نصف قطر ومدارًا معروفين، أي موقعًا وزخمًا معلومين في الوقت نفسه. علاوة على ذلك. يُعد هذا الأمر مستحيلاً وفقًا لهايزنبرغ

قدمت نظرية نموذج بور الذري تنبؤات صحيحة للذرات ذات الحجم الأصغر مثل الهيدروجين، بينما تم الحصول على تنبؤات طيفية ضعيفة عند النظر إلى الذرات الأكبر حجمًا. بالتالي، أخفقت النظرية في تفسير تأثير زيمان، الذي يحدث عندما ينقسم الخط الطيفي إلى عدة مكونات في وجود مجال مغناطيسي. علاوة على ذلك، أخفقت أيضًا في تفسير تأثير ستارك، الذي يحدث عندما ينقسم الخط الطيفي إلى خطوط دقيقة في وجود مجال كهربائي..

تعرف أيضًا على: جان جاك روسو: فيلسوف وكاتب من عصر التنوير

ختاما، لا يذكر نيلز بور. لاكتشافه العلمي فحسب، بل خلّف وراءه أسهاماتٍ أخرى كثيرة، أسهم في صياغة ميكانيكا الكم. ولا يزال نموذجه للذرة، المعروف بنموذج بور، يدرّس في فصول الفيزياء، أثّر مبدأ تكامل بور ليس فقط على مجال الفيزياء، بل أيضًا على فلسفة العلم. ولا سيما ثنائية الموجات والجسيمات وعجز الأفكار الكلاسيكية عن تفسير ميكانيكا الكم.

الأسئلة الشائعة

س. من هو نيلز بور؟

ج. نيلز بور هو عالم فيزياء دنماركي، ولد عام 1885، وتوفي عام 1962. يعد أحد روّاد الفيزياء الذرية. وهو واضع نموذج بور الذري الذي شرح فيه بنية الذرة بطريقة جديدة.

س. أين وُلد نيلز بور؟

ج. وُلد في كوبنهاغن، عاصمة الدنمارك، في 7 أكتوبر 1885.

س. ما هي جنسية نيلز بور؟

ج. دنماركي.

س. ما هو “نموذج بور الذري”؟

ج. هو نموذج للذرة اقترحه نيلز بور عام 1913، يفترض أن الإلكترونات تدور حول النواة في مدارات ثابتة ذات طاقة محددة، ولا تفقد طاقتها خلال الدوران إلا عند الانتقال بين المدارات.

س. كيف طوّر بور نموذج رذرفورد؟

ج. أضاف بور لفكرة رذرفورد مفهوم المستويات الطاقية الكمومية، مما ساعد على تفسير أطياف الضوء المنبعث من الذرات.

س. ما علاقة نيلز بور بميكانيكا الكم؟

ج. كان من أوائل العلماء الذين أسهموا في تطوير نظرية الكم. وهو أحد مؤسسي تفسير كوبنهاغن لميكانيكا الكم. الذي يوضح كيف تفهم الظواهر على المستوى الذري.

س. هل حصل نيلز بور على جائزة نوبل؟

ج. نعم، حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1922. تقديرًا لأسهماته في فهم بنية الذرة والإشعاع

• testbookFather of Atomic Physics – Niels Bohr’s Major Contributions, Discoveries & Facts _بتصرف
• nielsbohrNiels Bohr Works _بتصرف

مشاركة المقال

وسوم