닐스 보어(Niels Bohr)는 물리학의 특별한 분야, 즉 양자역학의 선구자 중 한 명으로 알려져 있습니다. 지치지 않는 데인은 과학적으로나 정치적으로 전례 없는 인내력과 매우 예리하고 활기찬 마음을 소유했습니다. Kennislink는 코펜하겐 출신의 영향력 있는 사상가와 '가상 인터뷰'를 진행했습니다.
닐스 보어(Niels Bohr)는 가장 작은 입자에 대한 뛰어난 통찰력을 가진 최초의 사람입니다. 그는 자연의 가장 작은 구성 요소(원자의 내부 구조를 형성하는 입자)를 설명하려면 잘 알려진 법칙과 완전히 다른 자연 법칙이 적용되어야 한다는 것을 알아냈습니다. 우리 주변의 '큰' 세상.
선구적인 과학 연구 외에도 그는 열렬한 스포츠맨이었으며, 특히 생애의 가을에는 핵무기 없는 세상을 위해 헌신했습니다.
보어 씨, 당신은 20세기 가장 영향력 있는 과학자 중 한 명으로 불리고 있습니다. 언제 처음 과학의 세계를 접하게 되었나요? “저는 코펜하겐 대학교 의과대학 교수이셨던 아버지의 주간 채팅 클럽 덕분입니다.
매주 금요일 저녁에는 다양한 과학자 친구들이 우리를 방문하여 과학의 모든 측면에 대해 높은 수준의 토론이 있었습니다. 내 형제 Harald와 나는 그곳에 있는 것이 허락되었습니다. 우리가 모든 것을 이해한 것은 아니지만 매우 흥미로웠습니다! 게다가 우리는 정치에 대한 온갖 진보적인 생각을 갖고 자랐기 때문에 지금도 아버지께 감사드린다.”
당신의 형제 Harald는 당신보다 한 살 반 어렸지만 (수학 분야에서) 더 빨리 졸업했고 당신보다 먼저 박사 학위를 받았습니다. 그런데 승진 후 갑자기 경력이 망가졌는데, 어떻게 된 일인가요?" “1912년에 나는 뛰어난 실험가인 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)를 만났습니다. 알파 입자로 실험한 후, 그는 원자가 양전하를 띤 핵과 그 주위를 돌고 있는 전자로 구성되어야 한다고 제안했습니다. 실제로는 작은 태양계입니다. 하지만 그 모델에는 큰 문제가 있었습니다. 핵 주위를 움직이는 입자는 거의 즉시 모든 에너지를 잃고 핵과 충돌합니다. 러더퍼드가 제안한 원자는 불안정했습니다. 또한 모델은 각 요소가 고유한 광 스펙트럼을 갖는 이유를 설명하지 않았습니다. 저는 2년 후에 그 문제를 해결했습니다!”
당신의 논문에서 금속의 전자 이론에 관한 연구 당신은 1911년에 고전 물리학이 더 이상 원자 수준에 적합하지 않다고 썼습니다. 완전히 다른 방향의 솔루션을 찾고 계셨나요? "그렇습니다. 이렇게 상상해 보세요. 전자는 원자핵 주변의 모든 가능한 궤도에 있을 수 없지만 고정된 에너지 준위에서만 존재할 수 있습니다. 전자가 에너지를 흡수하면 일시적으로 더 높은 에너지 준위로 이동할 수 있습니다. 되돌아오면 전자가 방출합니다. 빛 입자(광자) 형태의 에너지를 양자 도약이라고 합니다. 실험을 통해 내 이론을 검증하는 것은 불가능했지만 원자의 독특한 빛 스펙트럼을 설명하고 원자가 실제로 안정적인 이유를 설명했습니다.” 피>
실험으로 뒷받침되지 않는 이론인가요? 20세기 초에는 그게 대담했어요… "확실합니다! 그리고 몇 시간 동안 그것에 대해 이야기할 수 있습니다. 실험적 증거는 없었지만 내 이론은 다른 방법으로는 설명할 수 없는 모든 종류의 현상을 설명할 수 있었습니다. 내 해결책은 효과가 있었고 그게 중요했습니다! 하지만 중요한 축구 경기가 있을 예정입니다. 놓치고 싶지 않은 TV 속 이야기가 있으니 인터뷰를 진행하겠습니다.”
당신은 그런 운동가인가요? “저는 무엇보다도 열광적인 축구선수입니다. 나는 내 고향 덴마크 최고의 클럽 중 하나인 Akademisk Boldklub에서 수년 동안 목표를 달성해 왔습니다. 아쉽게도 국가대표팀에는 출전하지 못했습니다. 내 동생 Harald가 그렇습니다. 그는 1908년 올림픽에서 은메달을 획득한 덴마크 국가대표팀에서 활약했습니다.
그런데 날씨가 좋을 때는 치타에 앉는 것도 좋아해요. 우리 가족의 범선. 내 아내 마가르테(Margarthe)와 우리 아들들과 함께 바다 위에서 보낸 그 시절은 정말 멋졌습니다. 나는 그것에 대해 너무 오래 이야기하고 싶지 않습니다. 왜냐하면 그렇게 되면 감정이 격해지기 때문입니다. 큰 아들이 항해 사고로 사망했습니다. 그럼 대신 과학으로 돌아가 보겠습니다. 다행히 다른 아들들은 더 잘 지냈습니다. 내 또 다른 아들인 아제 보어(Aage Bohr)도 성공적인 물리학자라는 사실을 알고 계셨나요? 가끔 그가 노벨상을 받는 걸 봐요…
글쎄, 그럴 수도 있겠네요. 당신은 원자와 방사선의 구조에 대한 연구로 1922년에 노벨상을 받았습니다. 이에 대해 더 자세히 알려주실 수 있나요? “보세요, 단순한 수소 원자는 그 주위에 단 하나의 전자만 있는 핵으로 구성되어 있습니다. 이 경우 고정된 에너지 수준과 양자 도약이라는 아이디어는 여전히 관리 가능합니다. 전자가 더 많은 원자를 사용하면 매우 복잡해집니다.”
“1913년에서 1922년 사이에 나는 주로 핵 주위에 더 많은 전자가 있는 원자에 대한 아이디어를 개발하는 데 집중했습니다. 예를 들어, 나는 일부 복잡한 원자에서 가장 바깥쪽에 있는 전자가 타원형 궤도를 가지고 있다는 것을 발견했습니다. 결국 나는 양자론으로 (주기율표에 따른) 원소의 성질을 설명할 수 있게 됐다.”
“지금 생각해보면 그때가 참 좋았던 것 같아요. 특히 내가 1922년 코펜하겐에 있는 닐스 보어 연구소의 소장이 되었을 때. 그곳에서 우리는 양자 이론이 정확히 무엇을 의미하는지 실제로 파악하고 있었습니다. 원자 규모에서 입자의 이상한 행동은 당시에는 완전히 새로운 것이었습니다.”
당신과 코펜하겐의 동료들은 어떤 문제에 직면했습니까? “모든 종류의 문제가 있지만 가장 큰 문제는 우리가 주로 빛을 전자기파로 이해했다는 것입니다. 몇 년 전, 위대한 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 이미 빛에도 입자 특성이 있다는 것을 깨달았습니다. 양자 점프 중에 방출된 광자는 분명히 입자 특성을 가지고 있었습니다. 그렇다면 빛은 입자인가, 파동인가? 둘 다 가능해 보였습니다. 나의 젊은 동료인 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg)는 빛의 움직임을 입자로 설명하는 이론을 내놓았고, 오스트리아의 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)는 파동 현상에 대해 동등한 공식을 제시했습니다. 두 가지 이론, 둘 다 완전히 다른 현실을 설명하는 것처럼 보였습니다. 처음에는 이해가 안 됐어요!"
이 문제를 논의하기 위해 밤에 연구소 다락방에 거주하는 하이젠베르크를 정기적으로 깨웠다는 것이 사실입니까? "안전합니다. 우리 둘 다 참을 수 없었습니다! 결국 우리 둘 다 자신만의 해결책을 생각해 냈습니다. Heisenberg는 그의 유명한 불확정성 원리를 생각해 냈습니다. 이는 광자와 같은 양자 입자의 모든 특성을 결코 측정할 수 없다는 것을 의미합니다. – 동일한 정확도로 위치를 더 정확하게 측정할수록 속도를 덜 정확하게 측정할 수 있습니다. 따라서 입자 측면을 측정하면 파동 측면에 대한 모든 정보가 손실됩니다.
하이젠베르크의 접근 방식은 순전히 수학적 원리에 기초했습니다. 하지만 저는 양자역학이 중요한 철학적 의미도 갖고 있다고 생각합니다. 내 해석에는 우리의 인식과 별개로 독립된 현실은 없습니다. 관찰된 현상과 측정 장비는 말하자면 하나의 전체를 이룬다. 광자 또는 전자는 실험에 따라 파동 또는 입자입니다. 나는 이것을 상보성이라고 부릅니다. 파동 특성과 입자 특성은 서로 보완하지만 동시에 관찰할 수는 없습니다."
“일반적으로 입자는 측정되기 전에 가능한 속성의 확률 파동을 갖고 있다고 말할 수 있습니다. 이다. 그러면 확률 계산의 관점에서만 입자에 관해 말할 수 있습니다. .”
이후에 이에 대해 약간의 비판을 받으셨을 것 같습니다… “그렇습니다. 그리고 적어도! 알베르트 아인슈타인은 우리의 '코펜하겐 해석'에 동의하지 않았습니다. 즉, 그는 양자역학을 자연에 대한 완전한 설명으로 보지 않았습니다. 그를 가장 괴롭히는 것은 인식과 무관한 현실은 없다는 것이었습니다. 그는 온갖 종류의 사고 실험을 통해 양자 역학이 완전하지 않다는 것을 보여 주려고 노력했습니다. 나는 그 실험들을 하나하나 반박할 수 있었다. 하지만 당신은 이미 이 칼럼을 위해 그와 이야기를 나눴고, 그는 이미 자신의 입장을 이야기했을 것입니다.”
그의 이야기는 이제 알려졌습니다. 그런데 당신의 코펜하겐 해석이 2012년에도 물리학자들 사이에서 여전히 폭넓게 지지를 받고 있다는 사실에 기뻐하실 것입니다! "환상적이네요! 그 이상한 양자 세계에 대한 제 해석이 최고라는 걸 알았습니다!"
미국의 원자폭탄 제조 프로젝트인 맨해튼 프로젝트에 참여했다고 합니다. 왜 그랬나요? “나는 나치 점령 때문에 1943년에 덴마크를 떠났습니다. 그 후 나는 스웨덴을 거쳐 영국에 도착했습니다. 나는 나중에 핵 군비 경쟁을 방지하는 데 도움을 주고 싶어서 미국으로 갔습니다! 그 폭탄을 개발하는 데는 내가 필요하지 않았어요. 나는 루즈벨트 대통령에게 핵무기가 인류에게 엄청나게 위험한 상황을 야기한다는 점을 지적했습니다. 핵무기는 모든 국가에 동등한 위협을 가하기 때문에 핵무기를 사용하지 않겠다는 국제적 합의에 도달할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다.
그러한 합의의 조건은 과학 정보에 대한 자연스러운 자유로운 접근이었습니다. 열린 세상에 대한 나의 이상은 군비 경쟁을 막을 수 있습니다. 불행하게도 루즈벨트와 특히 처칠 영국 총리 등 고위 인사들은 다르게 생각했습니다. 결과는 이미 알려져 있다."
1941년 코펜하겐에서 하이젠베르그와의 만남에 대해 말씀해 주시겠습니까? 그가 독일을 위한 핵무기 개발에 협력하도록 당신을 설득하려 했다는 소문이 있습니다. “글쎄, 최근 몇 년간 많은 사람들이 나에게 그것에 대해 물어왔지만 나는 그것에 대해 다시는 아무 말도 하지 않기로 결정했습니다...
그럼 우리는 주간지의 역사적 재구성 작업을 해야 할 것입니다. 재구성이 잘 된 것 같나요? “죄송합니다만, 저는 그것에 대해 아무 말도 하지 않습니다.”
