Rapport - Den Danske Maritime Fond

-1~
KV ANTETETEORIEN
1880-1970
MODERNE BESKRIVELSE AV ATOMER OG MOLEKYLER
Edvald Reidar St¢levik Institutt JorKjemi-NTNU
Dansken Niels Henrik Bohr(l885-1962) var den som startet utviklingen av det
som vi na kaller kvanteteori,Han tok utgangspunkt i problemet med hydrogen­
atomets stabilitet.I f¢lge klassisk teori burde elektronet kollapse pa
protonet(kjemen) da de to partiklene er motsatt ladet(Coulombs lov).Men dette
skjer ikke!Atomet er stabilt!Hvorfor?
Bohr fremsatte den f¢lgende pastanden:-elektronet kan ikke kollapse pa
kjernen,-det er forbudt!
Man kan selvsagt stille det enkle sp¢rsmalet-"hvem har utstedet forbudet?
Men Bohr tok ikke ideen "ut av den tynne lufta",-han hadde et megt solid
grunnlag for sin pastand:-at vi jo observerer at hydrogenatomet er stabilt!
Han tenkte seg at elektronet kan befinne seg i visse tillatte baner i ulike
avstander fra protonet.Disse avstandene svarer til ulike energier for elektronet.
Han tenkte seg atomet som en kule hvor "banene" utgj¢r kuleskall i visse
avstander fra kjemen.Kuleskallene utgj¢r ulike energinvaer som er tillatt for et
elektron.Han mente ogsa at elektronet kan "ga fra et niva til et annet",-vi kaller
det na et kvantesprang.(ofte sier vi at elektronet "hopper" fra et niva til et annet.)
Kan sa dette testes eksperimentelt?Svaret er Ja!Nar kvantesprang finner sted viI
det resultere i at elektronet far h¢yere energi(ved absorbsjon av et foton) eller
lavere energi(ved utsendelse av et foton).Fotonet representerer en viss mengde
elektromagnetisk energi.Bohr krever da at fotonet rna ha en energi som eksakt
svarer til forskjellen mellom de to energinivaene for elektronet i atomet.Vi far
da den fundamentale sammenhengen
En-Ek=hf
hvor hf er fotonets energi og En-Ek er forskjellen mellom
energinivaene.St¢rrelsen fer frekvensen for fotonet i den elektromagnetiske
stralingen. St¢rrelsen h kalles Plancks konstant,-den har verdien 6.62607(1)10"­
34 Js.Atomspekteret for hydrogen er observert og dermed kunne Bohrs modell
testes.Men forst matte han finne uttrykk for E-verdiene i hydrogen.Den formelen
han kom frem til er slik: .................En = -13.6/n2 eV (energi i elektronvolt)
Eo El ~ E3 ......Ek ....En .. · ..... med n=1,2,3,4, ...... hele positive talL ..... .
E-verdiene svarer til de tillatte energi-nivaene,-med laveste energi(Eo) i
grunntilstanden,-dersom n=l.De andre energiene ligger h¢yere(legg merke med
minus-fortegnet i formelen),-disse tilstandene kalles eksiterte.
Dersom de to uttrykkene ovenfor kombineres far vi det uttrykket som kan
2
2
testes: ..................... f(frekvens)=A(1/n - lIk ) ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• hvor A er en kjent konstant.Kvantetallene svarer til en overgang fra tilstand med
kvantetall=k til en til stand med kvantetall=n Formelen passer i minste detalj
med de observerte frekvensene! Bohr var sikkert lykkelig,-med god grunn!
( en kortfatte artikkel om Bohr er vedlagt)
Bohrs teori var en blanding av kvantepostulater og klassiske ideer om elektron­
baner.
Den moderne kvanteteorien ble utviklet av en rekke fysikere,-srerlig var
Schrodinger og Heisenberg viktige i denne sammenhengen.De fremsatte tilsyne­
latende ulike beskrivelser,men det ble senere forstatt at begge var gyldige og
ekvivalente.SchrOdingers beskrivelse er den letteste a "forsta",og den de fleste
benytter na.Hvorfor var han sa viktig for moderne kjemi og fysikk?
De osterrikske fysikeren Erwin Schrodinger(l887 -1961) fant en differ­
ensialligning som hadde losninger i overenstemmelse med Bohrs tillatte energier
for elektronet i hydrogenatomet.Samtidig ga den ogsa svar pa hvordan
elektronfordelingen i atomet var.Ligningen kan skrives slik:
-------------------------------------- 1I~=~~-------------------------------------------H er en Hamiltonopperator som kvanteteoretisk beskriver kinetisk +potensiell
energi for elektronet.Nar denne "oppererer"pa bolgefunksjonen W far vi
produktet EW.Bolgefunksjonen beskriver elektronfordelingen i de tillatte
nivaene.Ved a kvadrere funksjonen far vi W2 som gir oss sannsynligheter for
elektronet i de ulike tilstandene(nivaene).W varierer med avstanden(R) fra
kjernen.For visse avstander er sannsynligheten stor,mens for andre avstander er
den liten.W2 varierer kontinuerlig med R-verdien,og dermed blir Bohrs ideer
om elektronet i skarpt definerte kuleskall for enkle.Riktig nok blir
sannsynligheten storst for avstander svarende til beliggenheten av Bohrs
kuleskall rundt kjernen.Men ogsa andre elektronfordelinger er mulige.W
varierer bade med avstanden og to vinkler som angir posisjoner innen atomet.
Nar man loser differensialligningen er det et krav at W skal ha fysisk akseptable
egenskaper.Dette resulterer i tilstander som beskrives av tre kvantetall(n,l,m),
med heltallige positive verdier. Vi har allerede sett at Bohr introduserte et slikt
kvanetall i sin energiformel En=-13.6/n2 .Fra losningen av Schrodingers ligning
far en nettopp dette uttrykket for de tillatte energiene!Saledes er elektronets
laveste energi Eo=-13.6 eV for n=l, svarende til en kulesymmetrisk elektron­
fodeling i et diffust skall hvor den storste sannsynligheten(maksimum) er i en
avstand 0.53A fra kjernen.(lA=O.OOOOOOOOlcm).Dersom kvantetallene I og m
begge har verdien null far vi kulesymmetriske elektronfordelinger med
n=I,2,3 ... Dersom kvantetallene I og m ikke er null far vi elektronfordelinger
med andre,og mer kompliserte,geometrier.Legg merke med at energiuttrykket
ikke inneholder kvantettallene I og m,-bare hovedkvantetallet n inngar!
De geometriske bildene av elektronfordelinger kalles ofte for orbitaler.Noen
orbitaler for ulike verdier av kvantetallene er vist i den vedlagte figuren.Vi ser at
selv de uten kulesymmetri har relativt hog grad av symmetri.
For atomer med flere elektroner rna losningen finnes ved flere iterasjoner.
-3­
Hver iterasjon gir en tilmermet forbedret 10sning.
Det krever store regnemaskiner,men selv pa en kraftig PC gj0res det na
rutinemessig nar studenter tar kvantekjemi som fag.
I f0lge Schr0dinger eksisterer det en b0lgefunksjon som for alle atomer gir en
beskrivelse av energier og elektronfordelinger.Selv om de nne pastanden er
dristig sa hevdet han ikke at det var den eneste riktige beskrivelsen.Men Bohr
var mer selvsikker.Han hevdet at kvanteteorien ga den eneste riktige,og
fullstendige, beskrivelsen!Senere observasjoner av atomer og molekyler har
bekreftet denne pastanden,og i dag er kvanteteorien det mest omfattende
paradigmet i kjemi og fysikk.En utfyllende artikkel om Schr0dinger er vedlagt.
Selv om kvanteteorien beskriver forholdene for elektroner i et atom,sa har vi
fortsatt problemet med stabiliteten av atomkjemen.Forklaringen er i korte trekk:­
protonenes elektriske frast0tning i kjemen blir motvirket av en sterkt bindende
kraft.Denne er ca.l00 ganger sterkere enn den elektriske kraften.Den har fatt
navnet sterk kjemekraft,og den virker egentlig mellom kvarkene i protonet og
n0ytronet.Men dermed kan ikke protoner og n0ytroner regnes som elementrere
partikler lenger!De virkelige elementrere partiklene er forel0pig:
----------------elektroner( -flere typer-) og kvarker( -fleretyper-)----------------­
Historien om de nye elementrerpartiklene, og om sterk og svak
kjemekraft,ma komme senere i en ny artikkel i denne serien.
K vantefilosofi: ..................... Tolkninger av kvanteteorien . ....... ........... .
Mange er forbauset over at den enkle differensialligningen til Schr0dinger kan
beskrive atomenes og molekylenes egenskaper.Nytteverdien av kvanteteoretiske
beregninger er godt dokumentert,den stemmer med observasjoner i aIle detaljer.
Men det finnes filosofiske innvendinger mot teoriens statistiske tolkning.I f0lge
teorien kan en partikkel(system) vrere i to ulike tilstander samtidig.Dette kalles
superposisjonsprinsippet,og gjelder f0r vi foretar observasjoner av systemet. Nar
vi gj0r en observasjon realiseres den ene av de to tilstandene.Men det er altsa
ikke mulig a si noe om sansynligheten for i hvilken tilstand systemmet er f0r vi
foretar en observasjon.Dette kalles ogsa Kj0benhavner fortolkningen og var det
synet Bohr forfektet.Bader Einstein og Schr0dinger avviste denne fortolkningen.
Einstein formulerte det slik:-"Var Herre spiller ikke med teminger!"Han mente
det var noe ufullstendig med kvanteteorien,og at det matte vrere mulig a finne en
forklaring pa paradokset med superposisjon.Han hapet at noen skjulte variable
eksisterte i tillegg til kvanteteorien.Dette synspunktet har paralleller til andre
deler av fysikken.Dersom vi 0nsker a beskrive forholdene i en gass med et stort
antall(lOt\+23) atomer,sa er det i praksis umulig ved hjelp av tre variable for
posisjonen(x,y,z) og tre variable for hastigheter.Vi forenkler beskrivelsen med
malinger av trykk(p),temperatur(T),volum(V) og antall partikler(N).Da far vi
tilstandsligningen: ..................... p v =RT(NIN o ) . .•..............................
Hvor vi har bare fire variable(p,T,V og N).
Forholdet RfNo er en kjent
konstant.Vi har altsa erstattet et enormt antall variable med fire variable.Det er
ikke mulig a si noe om posisjon og hastighet av hvert atom i gassen.Trykk og
temperatur forteller oss bare hva den midlere tilstanden for atomene i gassen er.
Dette er et eksempel pa skjulte variable.Kan det tenkes at kvanteteorien ogsa har
innebygget skjulte variable,som vi ikke kjenner?Det var slike tanker som fikk
Einstein til a hevde at kvanteteorien gir en ufullstendig beskrivelse av atomer og
molekyler.
Slike skjulte variable har ingen funnet.! fplge Bohr er kvanteteorien en
fullstendig,og den eneste riktige,beskrivelsen av atomer og molekyler!De fleste
fysikere er na enige med Bohr,og senere eksperimenter stptter hans fortolkning.
Men et siste spprsmal er ubesvart:-hvorfor er det slik at kvanteteorien er
gyldig?Vi
npye oss med a konstatere at teorien gir en riktig beskrivelse av
atomer og molekyler.AH forskning pa atomer og molekyler foregar i dag
innenfor rammen av kvanteteorien,som er var tids mest omfattende paradigme.
Korte artikler om Bohr,Schrpdinger, Bom og Dirac er vedlagt.
rna
Schrodinger Second derivative
willi respect to X
~
Shrodinget' \Nave
/ / Function
2
~/
'1
~ ~ +8n~!n(E
Ox~
h<. J
-4
/
/
Potential Energy
Energy
Position'
z
"
z
z
y
y
y
dyz
z
z
I
x
y
-bHvordan ser et hydrogen atom ut?
Vi bjijr heller stille spjijrsmalet slik:-hvordan er elektronfordelingen?
Det kvanteteoretiske svaret er antydet i denne figuren,
som viser noen av de tillatte elektronfordelingene(orbitalene) rundt kjemen.
Det finnes ingen tilstander "mellom" disse! Elektronet er i en av disse
mulige tilstandene,men et kvantesprang fra en tilstand til en annen er tillatt
ved at elektronet tilfjijres energi(foton) eller avgir energi.
Erwin Schrodinger
Erwin Rudolf Josef Alexander SchrOdingcr
Erwin Schrodinger
Fra Wikipedia, den frie encykJopedi
Erwin Schrodinger (f¢dt i
Wien den 12. august 1887, d¢d
samme sted den 4. januar
1961) var en ¢sterriksk fysiker.
Han ble professor i Stuttgart i
Nobelprisen i fysikk
1920, Breslau i 1921, Zurich
1933
1921-27, Berlin, Oxford 1933­
36 og i Graz inlltil 1938, da han emigrerte til Irland,
der han virket ved det nyopprettede Institute for
Advanced Studies i Dublin. I 1956 vendte han tilbake
til Wien, der han ble Professor Emeritus i 1958.
12. august 1887
Wien, 0 sterrike
4. januar 1961 (73 !ir)
Wien, 0sterrike
I
Yrke
Nasjonalitet
Institusjoner
Fysiker
Alma mater
Univers itat Wien
Omrade
Akademisk
veileder
Fysikk
Kjent for
Schrbdingerl ign ingen
Schrbdingers katt
Schrodingermetoden
Schrbdingerfu nksj onen
Schrbdingerbilde
Schrbdinger-Newton­
ligninger
Schrbdingerfelt
K vantelogikk
Priser og
utmerkelser
0sterriksk
Universitetet i Wrodaw
Universitat Zurich
Humboldt-Universitat ZlI
Berlin
University of Oxford
Universitat Graz
Du b I in Institute for
Advanced Studies
Universitat Gent
Friedrich Hasenbhrl
Nobelprisen i fysikk (1933)
--------~--~--1 Efter a ha arbeidet med statistisk terrnodynamikk og
teorien for fargesynet, begynte Schrodinger a arbeide
med atomteori. Idet han bygget videre pa Louis de
Broglies forestilling om materieb¢lger og b¢lge­
partikkel dualisme, utviklet han i 1926
b¢lgemekanikken med midtpunkt i
Schrodingerligningen, som star som en av formene for
den ikke-relativistiske kvantemekanikken.
(<< Abhandlung zur Wellenmechanik» 1927). Kort tid
senere lykkes det ham a pavise den matematiske
ekvivalensen av hans egne hypoteser med den
matrisemekanikken som Werner Heisenberg hadde
utviklet. K¢benhavnerskolens toikning av
kvantemekanikken avviste Schrodinger, idet han holdt
fast ved en realistisk oppfatning av kvantemekanikken.
let ber¢mt tankeeksperiment, kjent som Schrodingers
katt, illustrerte han paradokset at kvantemekanikken
tillater at partikler eksisterer i superposisjoner, mens
st¢rre ting som kjent ikke kan det.
Senere arbeidet han med problemstillinger innenfor
relativistisk kvantemekanikk (bl.a. zitterbevegelsen),
gravitasjonsteori og den enhetlige feltteorien. Ved
siden av dette drev han med filosofiske sp¢rsmal (bl.a.
«Die Natur und die Griechen» og «Was ist ein
Naturgesetz», 1962). Hans skrift «What is Life» fra
1946 hadde varig virkning pa den senere
molekylrerbiologien. For sine bidrag til oppbyggingen
av kvantemekanikken mottok han i 1933 , sammen
med P.A.M. Dirac Nobelprisen i fysikk. Schrodinger
ble i 1956 utnevnt til den tyske ordenen Pour Ie Merite
fUr Wissenschaften und Kunste .
Verker: «Gesamtliche Abhandlungen» i 4 bind, 1984.
Litteratur: W.T. Scott «E. Schroedinger. An
1960eme.dk: Niels Bohr
Page 1 of 3
Danmark
Danmark - Niels Bohr
hr
• !)anmark i t
•
•
•
•
F~n,-erne
Fote~'--QQstartsfase
Glimt af 1960erne
Kommunalreformen
Med Niels Bohrs dod i 1962 ophorte en
epoke i dansk ;!tndsliv. Ikke alene var
Links
• Niels Bohr Institutet
• Niels Bohr - Biogragh¥.
han en af tidernes mest navnkundige
danskere, men selv den dag i dag
anses han som vcerende en af
verdenshistoriens mest betydningsfulde
videnskabsmcend.
• No dsoolien
• Oversigt
• Politjske Udvikling
• Tresserne i..lQ~
Ungdommen
Niels Bohr blev fodt i Kobenhavn den 7. oktober 1885.
Faderen var den internationalt anerkendte fysiolog Christian
Bohr. Det gj~rde , at hjemmet ofte besogtes af
kulturpersonligheder og forskere fra mange forskellige
videnskabsgrene . Dermed havde Niels en opvcekst i et
intellektuelt stimulerende miljo .
Christian Bohr
(1855 - 1911)
Vigtig for Niels var ligeledes den to ar yngre bror, Harald.
Fysiolog. Far til Niels
Bohr.
voksenlivet blev lillebroderen en anerkendt matematiker, og
gennem hele livet havde han en vcesentlig indflydelse p;!t
storebroderens virke.
Brodrene begrcensede sig imidlertid ikke til and ens arbejde.
Begge spillede de fodbold . S;!tledes var Niels i 1905
m~lmand p;!t AB's f0rstehold. For Harald gik det endda
endnu bedre, han kom p;!t landsholdet, og var ved Londons
olympiske lege i 1908 med til at bringe en solvmedalje med
hjem til Danmark.
Elter alsluttet studentereksamen i 1903 p;!tbegyndte Niels
Bohr fysikstudiet ved Kobenhavns Universitet. I 1909 blev
han mag.scient, hvorefter han straks gik i gang med sin
doktordisputats. Denne forsvarede han to ;!tr senere.
Harald Bohr
(1887 - 1951)
Matematiker. Broder til
Niels Bohr.
Niels Bohrs arbejdsomr.:'lde var den teoretiske fysik , og
omgivelserne havde allerede bemcerket, at her var der tale
-.
om en begavelse ud over det scedvanlige.
Atommodellen
I 1911 rejste Niels Bohr til England. Der opholdt han sig fmst
i Cambridge og slog sig siden ned i Manchester.
'-;~ I
• "~~~..' ~I
. ..
r
'j.
:.--.
'.
,'.
. , ~~
..
,
.
.
Under englandsopholdet fandt danskeren frem til en model
for atomets opbygning. Denne kom til den videnskabelige
Aage Bohr
verdens kendskab, efter Bohr i 1913 fik offentliggjort tre
alhandlinger i tidsskriftet Philosopical Magazine.
Fysiker. Son af Niels Bohr.
Modtog i 1975
(1922' -)
Nobelprisen i fysik.
I begyndelsen blev indholdet i artiklerne modt med skepsis.
Bohrs atom model var i strid med hele den klassiske fysiks
http://www.1960eme.dkldknielsbohLphp
27,08.2010
1960eme.dk: Niels Bohr
Page 2 of 3
dog mer. Men efterhanden, som uafhcengige forskere via
eksperimenter kunne bekrcefte modellens holdbarhed,
forstummede kritikken.
Siden hen har 1913 endda vceret sat
som skceringsar for et nyt
verdensbilledes f0dsel. Forskerne
havde gennem flere ar lidt under den
k'iassiske fysiks begrcensninger. Men
med Bohrs atom model skete der et
kvantespring . Pludselig var
videnskaben i stand til at forklare
elementer, den hidtil ikke havde kunnet redeg0re for.
I de efterf01gende ar udbyggede Bohr atommodellen
yderligere. Desuden opstillede han en teori for det periodiske
system, der gjorde , at der kunne redeg0res for
grundstoffernes fysiske og kemiske egenskaber .
Efterhanden n0d den danske atomfysiker stor anseelse
bade i og udenfor videnskabelige kredse. Den ultimative
Niels Bohr
hceder kom i 1922, hvor Niels Bohr i en alder af 37 ar - som
den hidtil yngste - tildeltes Nobels fysikpris.
Niels Bohr Instituttet
I 1916 blev Niels Bohr ansat i et professorat ved
K0benhavns Universitet. Arbejdsforholdene var imidlertid
kummerlige. Derfor indsamledes penge til opf0relsen af et
mere tidssvarende institut.
Den nyopforte afdeling blev indviet i 1921. Den fik navnet
K0benhavns Universitets Institut for Teoretisk Fysik. I daglig
tale blev den imidlertid slet og ret kaldt for Niels Bohr
Instituttet, hvilket den da ogsa officielt blev omd0bt til i 1965.
Bohr havde altid dr0mt om internationalt samarbejde
indenfor videnskaben Med det nye institut blev det muligt at
udfore noget sadant i Danmark. Mange udenlandske
forskere besogte Kobenhavn , hvor de bade drev
selvstcendig forskning og udvekslede synspunkter med Niels
Bohr. Flere af dem blev endda siden hen belonnet med
Nobelprisen for deres arbejde.
I mellemkrigstiden var instituttet lidt af en metropol for den
teoretiske fysik . Der blev talt om K0benhavnerskolen.
Resultatet af denne skoles forskning resulterede i det 20.
arhundredes maske mest banebrydende nyskabelse,
kvantemekanikken .
Mennesket Niels Bohr
I 1912 indgik Niels Bohr cegteskab
med Margrethe N0rlund. Sammen
fik de seks b0rn - aile drenge.
Blandt den store fysikers
interesser var kunst , filosofi og
litteratur. Sandsynligvis var
http://www.1960eme.dkldknielsbohr. php
27.08 .2010
1960eme.dk: Niels Bohr
Page 3 of 3
tildragelsen til disse elementer hovedarsagen til, at han var i
stand til at hawe sig over den klassiske fysiks dog mer.
Oprindelig havde Niels Bohr ikke beskCBftiget sig noget
videre med politik. Men efter nazisterne i 1933 overtog
magten i Tyskland, CBndrede dette sig. I de efterfolgende ar
hjalp han adskillige videnskabsfolk . med forkerte gener - ud
af dette andsfordCBrvet land.
Efter Danmark blev besat i 1940, valgte Bohr at blive i sit
fodeland, da han mente, han kunne gore mest gavn her.
Men i september 1943 kom der efterretninger om, at han
ville blive arresteret og bragt til Tyskland. Derfor flygtede han
til Sverige, hvorfra han rejste over til den anden side af
Atlanten.
I USA erfarede den danske fysiker, at videnskabsmCBnd var
nCBr ved at have udviklet atombomben. Han var klar over, at
dette ville fa drastiske konsekvenser. Derfor kCBmpede han
fra da af for en verdensorden, der byggede pa abenhed.
Afslutningen pa en epoke
Kort tid efter befrielsen i 1945
vendte Niels Bohr hjem til
Danmark. I de efterfolgende ar
arbejde han for en fredelig
udnyttelse af atomenergi.
Saledes var han en af
drivkrCBfterne bag
atomforsogsanlCBgget Riso, som blev indviet de 6. juni 1958.
Sommeren 1962 blev Niels Bohr syg. Efter en tid fik han det
bedre. Men den 18. november var det slut, den dag dode
kvantefysikkens fader af et hjertestop.
Siden har hans portrCBt prydet frimCBrker og pengesedler.
Men den maske storste hCBder tildeltes ham i 1994, hvor
grundstof 107 blev opkaldt efter ham med navnet bohrium.
Til Top'
1st shell
= 2 electrons
nd shell
= 8 electrons
" 3rd shell = 18 electrons
http://www.1960eme.dk/dknielsbohr.php
27.08.2010
Quantum Theory: Max Born The Wave Structure of Matter sho ws that Max Born's Probability Waves
Interpretation of Quantum Th eory is du e to the incorrect 'particle'
conception of Matter.
No concealed parame ters can be mtroduced
with the help of whiCh the mdetermifllstlc
description could be transformed into a
deterministic one. Hence if a future theory
should be deterministic, It cannot be a
modification of the present one but must be
essentially different. (Max Born, on Quantum
Theory 1949)
It is true that many scientists are not
philosophically minded and have hitherto
much :.'1<ill and irgenuify but little wisdom
Born)
The question of whether the waves are something 'rea/' or a function to
describe and predict phenomena in a convenient way is a matter of taste.
I personally /Ike to regard a probability wave, even in 3N-dlmenskmal
space, as a real thing, certamly as more than a tool for mathematical
calculations. ... Quite generally, how could we rely on probabi/lt;
predictions If by thiS notion we do not refer to something real and
objectIVe? (Max Born, Dover pub/., 1964, 'Natural PhJlosophy of Cause
and Chance " p. 107)
Max Born (Quantum Theory) was the first to discove r In 1928 (by
ch an ce a nd w ith no t heoretical fo und ati on) th at the squ are of the
Schrodi nger wa ve equations (whi ch is actually the energy density of
space) cou ld be used to predict the probability of where t he parti cl e
wou ld be found.
Since it was impossible fo r both t he waves and the particles to be
real entities, it became custom ary to rega rd t he waves as unreal
probabi lity waves and to mai ntain the belief In the 'real' particle .
Unfortunatel y (profoundly ) th is maintained the be lief in t he
particle/ wave dual ity , in a new form where the 'quantum ' scala r
standing waves had become 'probability waves' for the 'rea l'
parti cle .
Max Born (1882-1970)
Max 80rn was born in Breslau, Germany, on December 11, 1882. He was awarded the Prize
of the Philoso phical Fa culty of the University of Gbttingen for his work on the stability of
elastic wires and tapes in 1906, and graduated from this university a year later on the basis
of this work, earn ing a Ph .D in physics.
Born went on to Cambridge briefly to study under Larmor and J.J . Tlwnlso n. He became
academic lecturer at Gbttingen in recognition of his work on the relativistic electron and later
lectured on relativity in Chicago in 1912, doing some experiments with the Michelson grating
spectrograph while there.
In 1913, Born married Hedwig Ehrenberg, with whom he went on to have three children . In
1915, he joined the German Armed Forces and, during World War I, worked on the theory of
sound ranging in a scientific office of the army. He also studied the theory of crystals and
published his first book, Dynamik of Kristallgitter (Dynamics of Crystal Lattices), which
summarized a series of investigations he had started at Gbttingen.
In 1921, 80rn was ap pointed Professor at Gbttingen and remained there for 12 years, during
which time he did a series of studies on the quantum theory. He produced a very precise
definition of quantity of heat, the most satisfactory mathematical statement of the first law of
thermodynamics. In 1926, after his student Wern er Hei sen berg had formulated the first laws
of a new quantum theory, Born collaborated with him to develop the mathematical
formulation that would adequately describe it. Later, when Erwin Schrbdinger put forward his
quantum mechanical wave equation, Born showed that the solution of the equation has a
statistical meaning of physical significance . His interpretation of the wave equation proved to
be of fundamental importance in the new theory of quantum mechanics. 80rn also intrOduced
the Born approximation, a useful technique for solving problems concerning the scattering of
atomic particles . He and J . Robert Opp enl,eimer initiated a widely used simplification of the
calculations dealing with electronic structures of molecules.
A Jew, Born fled the Nazis in 1933 and became Stokes lecturer at the University of
Cambridge, focusing on the field of nonlinear electrodynamics, which he developed in
collaboration with Infeld. In 1936, he was appointed Tait Professor of Natural Philosophy in
Edinburgh, Scotland, where he worked until his retirement in 1953 , a year before being
win ning the Nobe l Prize fo r Phy sics for his statistical formulation of the behavior of subatomic
part icles. His stud ies of the wave function led to the replacement of the original quantum
theory , which regarded electrons as particles, with an essentially mathematical description
representi ng their observed behavior more accurately . He lived at the small German spa
town, Bad Pyrmont, until his death on January 5, 1970.
Paul Dirac
N B
tracking the entire world
Page 1 of 2
NNDB MAPPER
This is a beta version of NNDB
I
Search; All Names
:::J for I
Search
BIBUOG RAP HT
Paul Dirac
AKA Paul Adrien Maurice Dirac
Born: 8-Aug-1902 Birthplace: Bristol, Gloucestershire, Engl and Died: 20-0ct-1984 Location of death: Tallahassee, FL Cause of death: unspecified Remains: Buried, Roselawn Cemetery, Tallahassec, FL Gender: Male Religion: Atheist Race or Ethnicity: White Sexual orientation: Straight Occupation: Physicist Tin
el
t
e-2f..p~
Paul Dirac
Requires Rash 7.. and Javascript. Ada by
Coogle
SCientology: t o_day Learn about beliefs, humanitarian efforts & more. Watch online videos Nationality: England Executive summary: The Principles oj Quantum Mechanics Related Topics
While studying physics at Camhridge, Paul Dirac was asked to
read an unpuhlishcd paper by Werncr HeisenbQfg and he was struck by the potentials of the uncertainty
principle. He had eleven papers published in scientific journals before earning his doctorate, including a
1925 work that establ ished the I'undamental principles of quantum mechanics and brought together the
scemingly disparate concepts of Heisenberg and Erwin S c h rQdil~.[.
His 1928 Dirac wave equation predicted the existence of antimatter, but was met with skepticism. as it
required the existence of an unknown kind of particle with the same mass and opposite charge to an
electron. This particle, the positron, was discovered by physicist CdrLDa.Yi d.A oderso~ in 1932. and
Schrbdinger and Dirac shared the next year's Nobel Prize (Anderson received his Nobel laurels in 1936).
Dirac also developed the "crmi-Dirac statistics, and conducted research on tbe d-function, fundamental
length, and thc theoretical magnetic monopole. He briefly worked undcr icl~JJ..\ihr at Copenhagen, and
his students included Freel HoJ'.l.Q . His 1933 paper on Lagrangian quantum mechanics was integral to
~..i& h a.ill..E~yn m a q 's later work .
His childhood: was bleak. with a ('ather who would now be deemed psychologically abusive, and an older
brother who commiltcLi suicide while Dirac was in graduate school. Dirac spoke Engl ish, French,
German and Russian , but not much -- he was famously disinterested in smaJ I talk or sociaL niccties. and
heyond his brilliallt scientific lectures he rarcly convcrscd at length on any topic. His wife Magrit was the
sistcr of Hungarian Nobel physicist EU" I ' \~"" 1!ne r, ,md her son (Dirac's adopted stepson) was the
m::llhematician Gabriel Andrew Dirac (1925-84).
Father: Charles Adrien Ladislas Dime (French language teacher, b. 1866, d. 1936) Mother: Florence Hannah Holten Dirac (librarian. b. 1878, m. 1899, d. 1941) Brother: Reginald Charles Felix Dirae (oldcr. d. suicide) Sister: Beatrice Isahelle Marguerite Walla Dirac ("Belty", younger) Wife: Margit Wigner Balasz ("Manei", sister of Eu"cnc Wi"ner. m. Jan-1937, d. 9-Jul-2002) Son: Gabriel Andrew Dirae (mathematician, stepson, b. 1925, d. 1984) Daughter: Judith Dirac Thompson (stepdaughter. b. 1927, d. 1968) Daughter: Mary Dirae Colleraine Tilley (b. 1940, d. 2007) Daughter: Monica Dirac Parker nhel Pri ze for Physics 1933 (with Erwin Sc' hri'idingcr) Rllla l i k dal 1939 Copley Med31 1952 http://www .nndb .comJpeople/314/000072098/
30.08.2010