Niels Bohr

Resumo

Niels Henrik David Bohr (7 de Outubro de 1885 – 18 de Novembro de 1962) foi um físico dinamarquês que fez contribuições fundamentais para a compreensão da estrutura atómica e da teoria quântica, pelo que recebeu o Prémio Nobel da Física em 1922. Bohr foi também filósofo e promotor de investigação científica.

Bohr desenvolveu o modelo Bohr do átomo, no qual propôs que os níveis de energia dos electrões são discretos e que os electrões giram em órbitas estáveis em torno do núcleo atómico mas podem saltar de um nível de energia (ou órbita) para outro. Embora o modelo Bohr tenha sido suplantado por outros modelos, os seus princípios subjacentes permanecem válidos. Ele concebeu o princípio da complementaridade: que os itens poderiam ser analisados separadamente em termos de propriedades contraditórias, como comportar-se como uma onda ou um fluxo de partículas. A noção de complementaridade dominava o pensamento de Bohr tanto na ciência como na filosofia.

Bohr fundou o Instituto de Física Teórica na Universidade de Copenhaga, agora conhecido como Instituto Niels Bohr, que abriu em 1920. Bohr foi mentor e colaborou com físicos incluindo Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy, e Werner Heisenberg. Ele previu a existência de um novo elemento semelhante ao zircónio, que recebeu o nome de hafnio, depois do nome latino para Copenhaga, onde foi descoberto. Mais tarde, o elemento bohrium recebeu o seu nome.

Durante a década de 1930, Bohr ajudou os refugiados do nazismo. Após a Dinamarca ter sido ocupada pelos alemães, teve um famoso encontro com Heisenberg, que se tinha tornado o chefe do projecto alemão de armas nucleares. Em Setembro de 1943 chegou a Bohr a notícia de que ele estava prestes a ser preso pelos alemães, e fugiu para a Suécia. De lá, foi transportado para a Grã-Bretanha, onde se juntou ao projecto de armas nucleares British Tube Alloys, e fez parte da missão britânica ao Projecto Manhattan. Após a guerra, Bohr apelou à cooperação internacional em matéria de energia nuclear. Esteve envolvido na criação do CERN e do Research Establishment Risø da Comissão Dinamarquesa de Energia Atómica e tornou-se o primeiro presidente do Instituto Nórdico de Física Teórica em 1957.

Bohr nasceu em Copenhaga, Dinamarca, a 7 de Outubro de 1885, o segundo de três filhos de Christian Bohr, professor de fisiologia na Universidade de Copenhaga, e Ellen Bohr (née Adler), que era filha de David B. Adler da rica família bancária dinamarquesa Judia Adler. Ele tinha uma irmã mais velha, Jenny, e um irmão mais novo, Harald, enquanto Harald se tornou matemático e jogador de futebol que jogou pela selecção nacional dinamarquesa nos Jogos Olímpicos de Verão de 1908 em Londres. Niels era também um futebolista apaixonado, e os dois irmãos jogaram vários jogos para o Akademisk Boldklub (Clube Académico de Futebol) de Copenhaga, com Niels como guarda-redes.

Bohr foi educado na Escola Latina Gammelholm, a partir dos sete anos de idade. Em 1903, Bohr matriculou-se como licenciado na Universidade de Copenhaga. A sua especialidade era física, que estudou com o Professor Christian Christiansen, o único professor de física da universidade na altura. Também estudou astronomia e matemática com o Professor Thorvald Thiele, e filosofia com o Professor Harald Høffding, um amigo do seu pai.

Em 1905 um concurso de medalhas de ouro foi patrocinado pela Academia Real das Ciências e Cartas Dinamarquesas para investigar um método de medição da tensão superficial de líquidos que tinha sido proposto por Lord Rayleigh em 1879. Isto implicava a medição da frequência de oscilação do raio de um jacto de água. Bohr realizou uma série de experiências utilizando o laboratório do seu pai na universidade; a própria universidade não dispunha de laboratório de física. Para completar as suas experiências, teve de fazer os seus próprios objectos de vidro, criando tubos de ensaio com as secções transversais elípticas necessárias. Ele foi além da tarefa original, incorporando melhorias tanto na teoria de Rayleigh como no seu método, tendo em conta a viscosidade da água, e trabalhando com amplitudes finitas em vez de apenas infinitesimais. O seu ensaio, que ele apresentou no último minuto, ganhou o prémio. Mais tarde, submeteu uma versão melhorada do trabalho à Royal Society em Londres para publicação nas Transacções Filosóficas da Royal Society.

Harald tornou-se o primeiro dos dois irmãos Bohr a obter o grau de mestre, que ele ganhou para a matemática em Abril de 1909. Niels levou mais nove meses para ganhar o seu sobre a teoria dos electrões dos metais, um tópico atribuído pelo seu supervisor, Christiansen. Bohr elaborou subsequentemente a sua tese de mestrado na sua tese muito maior de doutoramento em Filosofia (dr. phil.). Fez um levantamento da literatura sobre o assunto, assentando num modelo postulado por Paul Drude e elaborado por Hendrik Lorentz, no qual os electrões de um metal são considerados como se comportassem como um gás. Bohr alargou o modelo de Lorentz, mas ainda não foi capaz de explicar fenómenos como o efeito Hall, e concluiu que a teoria dos electrões não podia explicar completamente as propriedades magnéticas dos metais. A tese foi aceite em Abril de 1911, e Bohr conduziu a sua defesa formal a 13 de Maio. Harald tinha recebido o seu doutoramento no ano anterior. A tese de Bohr foi inovadora, mas atraiu pouco interesse fora da Escandinávia porque foi escrita em dinamarquês, um requisito da Universidade de Copenhaga na altura. Em 1921, o físico holandês Hendrika Johanna van Leeuwen derivaria independentemente um teorema da tese de Bohr que é hoje conhecido como o teorema de Bohr-Van Leeuwen.

Em 1910, Bohr conheceu Margrethe Nørlund, a irmã do matemático Niels Erik Nørlund. Bohr renunciou à sua filiação na Igreja da Dinamarca a 16 de Abril de 1912, e ele e Margrethe casaram numa cerimónia civil na Câmara Municipal de Slagelse a 1 de Agosto. Anos mais tarde, o seu irmão Harald deixou igualmente a igreja antes de se casar. O mais velho, Christian, morreu num acidente de barco em 1934, e outro, Harald, morreu de meningite infantil. Aage Bohr tornou-se um físico de sucesso, e em 1975 foi galardoado com o Prémio Nobel da física, tal como o seu pai. Hans , um engenheiro químico; e Ernest, um advogado. Tal como o seu tio Harald, Ernest Bohr tornou-se um atleta olímpico, jogando hóquei de campo para a Dinamarca nos Jogos Olímpicos de Verão de 1948 em Londres.

Modelo Bohr

Em Setembro de 1911, Bohr, apoiado por uma bolsa da Fundação Carlsberg, viajou para Inglaterra, onde a maior parte do trabalho teórico sobre a estrutura dos átomos e moléculas estava a ser feito. Conheceu J. J. Thomson do Laboratório Cavendish e do Trinity College, Cambridge. Assistiu a palestras sobre electromagnetismo dadas por James Jeans e Joseph Larmor, e fez algumas pesquisas sobre raios catódicos, mas não conseguiu impressionar Thomson. Teve mais sucesso com físicos mais jovens como o australiano William Lawrence Bragg, e o neozelandês Ernest Rutherford, cujo pequeno núcleo central do modelo do átomo de Rutherford de 1911 tinha desafiado o modelo de pudim de ameixa de Thomson de 1904. Bohr recebeu um convite de Rutherford para realizar trabalhos de pós-doutoramento na Universidade de Victoria de Manchester, onde Bohr conheceu George de Hevesy e Charles Galton Darwin (a quem Bohr se referiu como “o neto do verdadeiro Darwin”).

Bohr regressou à Dinamarca em Julho de 1912 para o seu casamento, e viajou por Inglaterra e Escócia na sua lua-de-mel. No seu regresso, tornou-se um privatdocente na Universidade de Copenhaga, dando palestras sobre termodinâmica. Martin Knudsen apresentou o nome de Bohr para um docente, que foi aprovado em Julho de 1913, e Bohr começou então a ensinar estudantes de medicina. Os seus três artigos, que mais tarde se tornaram famosos como “a trilogia”, foram publicados na Revista Filosófica em Julho, Setembro e Novembro do mesmo ano. Adaptou a estrutura nuclear de Rutherford à teoria quântica de Max Planck e assim criou o seu modelo Bohr do átomo.

Os modelos planetários de átomos não eram novos, mas o tratamento de Bohr era. Tomando o artigo de Darwin de 1912 sobre o papel dos electrões na interacção de partículas alfa com um núcleo como ponto de partida, ele avançou a teoria dos electrões viajando em órbitas de “estados estacionários” quantizados em torno do núcleo do átomo, a fim de estabilizar o átomo, mas só no seu artigo de 1921 mostrou que as propriedades químicas de cada elemento eram largamente determinadas pelo número de electrões nas órbitas exteriores dos seus átomos. Ele introduziu a ideia de que um electrão poderia cair de uma órbita de energia mais alta para uma mais baixa, no processo de emissão de um quantum de energia discreta. Isto tornou-se uma base para o que é agora conhecido como a velha teoria quântica.

Em 1885, Johann Balmer tinha criado a sua série Balmer para descrever as linhas espectrais visíveis de um átomo de hidrogénio:

onde λ é o comprimento de onda da luz absorvida ou emitida e RH é a constante de Rydberg. A fórmula de Balmer foi corroborada pela descoberta de linhas espectrais adicionais, mas durante trinta anos, ninguém conseguiu explicar porque é que funcionou. No primeiro artigo da sua trilogia, Bohr foi capaz de a derivar do seu modelo:

onde eu sou a massa do electrão, e é a sua carga, h é a constante de Planck e Z é o número atómico do átomo (1 para o hidrogénio).

O primeiro obstáculo do modelo foi a série Pickering, linhas que não se enquadravam na fórmula de Balmer. Quando desafiado por Alfred Fowler, Bohr respondeu que eram causados por hélio ionizado, átomos de hélio com apenas um electrão. Foi descoberto que o modelo Bohr funcionava para tais iões. Muitos físicos mais velhos, como Thomson, Rayleigh e Hendrik Lorentz, não gostaram da trilogia, mas a geração mais jovem, incluindo Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born e Arnold Sommerfeld, viram-na como um avanço. A aceitação da trilogia deveu-se inteiramente à sua capacidade de explicar fenómenos que entravam outros modelos, e de prever resultados que foram posteriormente verificados por experiências. Hoje, o modelo Bohr do átomo foi substituído, mas continua a ser o modelo mais conhecido do átomo, como aparece frequentemente em textos de física e química do liceu.

Bohr não gostava de ensinar estudantes de medicina. Decidiu regressar a Manchester, onde Rutherford lhe tinha oferecido um emprego como leitor no lugar de Darwin, cujo mandato tinha expirado. Bohr aceitou. Tirou uma licença de ausência da Universidade de Copenhaga, que começou por tirar férias no Tirol com o seu irmão Harald e a tia Hanna Adler. Lá, visitou a Universidade de Göttingen e a Universidade Ludwig Maximilian de Munique, onde conheceu Sommerfeld e realizou seminários sobre a trilogia. A Primeira Guerra Mundial eclodiu enquanto estiveram no Tirol, complicando grandemente a viagem de regresso à Dinamarca e a subsequente viagem de Bohr com Margrethe a Inglaterra, onde chegou em Outubro de 1914. Ficaram até Julho de 1916, altura em que ele tinha sido nomeado para a Cátedra de Física Teórica da Universidade de Copenhaga, cargo criado especialmente para ele. O seu grau de doutor foi abolido ao mesmo tempo, pelo que ainda tinha de ensinar Física a estudantes de Medicina. Novos professores foram formalmente apresentados ao Rei Christian X, que expressou o seu prazer em conhecer um jogador de futebol tão famoso.

Instituto de Física

Em Abril de 1917, Bohr iniciou uma campanha para a criação de um Instituto de Física Teórica. Ganhou o apoio do governo dinamarquês e da Fundação Carlsberg, e contribuições consideráveis foram também feitas pela indústria e por doadores privados, muitos deles judeus. A legislação que criou o instituto foi aprovada em Novembro de 1918. Agora conhecido como Instituto Niels Bohr, abriu a 3 de Março de 1921, tendo Bohr como seu director. A sua família mudou-se para um apartamento no primeiro andar. O instituto Bohr serviu de ponto focal para investigadores sobre mecânica quântica e assuntos relacionados nas décadas de 1920 e 1930, quando a maioria dos físicos teóricos mais conhecidos do mundo passaram algum tempo na sua empresa. Entre os primeiros a chegar, contam-se Hans Kramers dos Países Baixos, Oskar Klein da Suécia, George de Hevesy da Hungria, Wojciech Rubinowicz da Polónia e Svein Rosseland da Noruega. Bohr tornou-se amplamente apreciado como seu simpático anfitrião e eminente colega. Klein e Rosseland produziram a primeira publicação do instituto mesmo antes da sua abertura.

O modelo Bohr funcionou bem para o hidrogénio e o hélio de electrão único ionizado, o que impressionou Einstein, mas não conseguiu explicar elementos mais complexos. Em 1919, Bohr estava a afastar-se da ideia de que os electrões orbitavam o núcleo e desenvolveu heurísticas para os descrever. Os elementos de terras raras colocavam um problema de classificação particular para os químicos, porque eram tão quimicamente semelhantes. Um desenvolvimento importante veio em 1924 com a descoberta por Wolfgang Pauli do princípio de exclusão Pauli, que colocou os modelos de Bohr numa firme base teórica. Bohr pôde então declarar que o elemento ainda não descoberto 72 não era um elemento de terras raras, mas um elemento com propriedades químicas semelhantes às do zircónio. (Elementos tinham sido previstos e descobertos desde 1871 por propriedades químicas) e Bohr foi imediatamente desafiado pelo químico francês Georges Urbain, que alegou ter descoberto um elemento de terras raras 72, a que chamou “celtium”. No Instituto em Copenhaga, Dirk Coster e George de Hevesy aceitaram o desafio de provar que Bohr tinha razão e Urbain estava errado. Começando com uma ideia clara das propriedades químicas do elemento desconhecido, simplificou grandemente o processo de pesquisa. Eles passaram por amostras do Museu de Mineralogia de Copenhaga à procura de um elemento semelhante ao zircónio e depressa o encontraram. O elemento, a que deram o nome de hafnium (Hafnia é o nome latino de Copenhaga), acabou por ser mais comum do que o ouro.

Em 1922 Bohr recebeu o Prémio Nobel da Física “pelos seus serviços na investigação da estrutura dos átomos e das radiações que deles emanam”. O prémio reconheceu assim tanto a Trilogia como o seu trabalho inicial de liderança no campo emergente da mecânica quântica. Para a sua palestra Nobel, Bohr deu à sua audiência um inquérito abrangente sobre o que era então conhecido sobre a estrutura do átomo, incluindo o princípio da correspondência, que ele tinha formulado. Este afirma que o comportamento dos sistemas descritos pela teoria quântica reproduz a física clássica no limite dos grandes números quânticos.

A descoberta da dispersão de Compton por Arthur Holly Compton em 1923 convenceu a maioria dos físicos de que a luz era composta por fotões, e que a energia e o impulso eram conservados em colisões entre electrões e fotões. Em 1924, Bohr, Kramers e John C. Slater, um físico americano que trabalhava no Instituto em Copenhaga, propuseram a teoria Bohr-Kramers-Slater (BKS). Era mais um programa do que uma teoria física completa, uma vez que as ideias que desenvolveu não foram trabalhadas quantitativamente. A teoria BKS tornou-se a tentativa final de compreender a interacção da matéria e da radiação electromagnética com base na velha teoria quântica, na qual os fenómenos quânticos eram tratados através da imposição de restrições quânticas a uma descrição clássica de ondas do campo electromagnético.

A modelação do comportamento atómico sob radiação electromagnética incidente utilizando “osciladores virtuais” nas frequências de absorção e emissão, em vez das (diferentes) frequências aparentes das órbitas de Bohr, levou Max Born, Werner Heisenberg e Kramers a explorar diferentes modelos matemáticos. Eles levaram ao desenvolvimento da mecânica matricial, a primeira forma da mecânica quântica moderna. A teoria BKS também gerou discussão e atenção renovada sobre as dificuldades nos fundamentos da velha teoria quântica. O elemento mais provocador da BKS – que o impulso e a energia não seriam necessariamente conservados em cada interacção, mas apenas estatisticamente – demonstrou logo estar em conflito com experiências conduzidas por Walther Bothe e Hans Geiger. À luz destes resultados, Bohr informou Darwin que “não há mais nada a fazer do que dar aos nossos esforços revolucionários um funeral o mais honroso possível”.

Mecânica quântica

A introdução da rotação por George Uhlenbeck e Samuel Goudsmit em Novembro de 1925 foi um marco histórico. No mês seguinte, Bohr viajou para Leiden para assistir às celebrações do 50º aniversário de Hendrick Lorentz a receber o seu doutoramento. Quando o seu comboio parou em Hamburgo, foi recebido por Wolfgang Pauli e Otto Stern, que lhe pediram a sua opinião sobre a teoria da centrifugação. Bohr salientou que tinha preocupações sobre a interacção entre os electrões e os campos magnéticos. Quando chegou a Leiden, Paul Ehrenfest e Albert Einstein informaram Bohr de que Einstein tinha resolvido este problema usando a relatividade. Bohr mandou então Uhlenbeck e Goudsmit incorporarem isto no seu trabalho. Assim, quando conheceu Werner Heisenberg e Pascual Jordan em Göttingen, no caminho de regresso, tinha-se tornado, nas suas próprias palavras, “um profeta do evangelho do íman dos electrões”.

Heisenberg veio primeiro a Copenhaga em 1924, depois regressou a Göttingen em Junho de 1925, desenvolvendo pouco depois as bases matemáticas da mecânica quântica. Quando mostrou os seus resultados a Max Born em Göttingen, Born percebeu que a melhor forma de os expressar era utilizando matrizes. Este trabalho atraiu a atenção do físico britânico Paul Dirac, que veio a Copenhaga durante seis meses em Setembro de 1926. O físico austríaco Erwin Schrödinger também visitou o país em 1926. A sua tentativa de explicar a física quântica em termos clássicos utilizando a mecânica ondulatória impressionou Bohr, que acreditava ter contribuído “tanto para a clareza e simplicidade matemática que representa um avanço gigantesco sobre todas as formas anteriores de mecânica quântica”.

Quando Kramers deixou o instituto em 1926 para assumir uma cadeira como professor de física teórica na Universidade de Utrecht, Bohr arranjou maneira de Heisenberg regressar e tomar o lugar de Kramers como lektor na Universidade de Copenhaga. Heisenberg trabalhou em Copenhaga como professor universitário e assistente de Bohr de 1926 a 1927.

Bohr convenceu-se de que a luz se comportava como ondas e partículas e, em 1927, as experiências confirmaram a hipótese de Broglie de que a matéria (como os electrões) também se comportava como ondas. Ele concebeu o princípio filosófico da complementaridade: que os itens poderiam ter propriedades aparentemente mutuamente exclusivas, tais como ser uma onda ou um fluxo de partículas, dependendo do quadro experimental. Ele sentiu que não era totalmente compreendido pelos filósofos profissionais.

Em Fevereiro de 1927, Heisenberg desenvolveu a primeira versão do princípio da incerteza, apresentando-o utilizando uma experiência de pensamento onde um electrão era observado através de um microscópio de raios gama. Bohr ficou insatisfeito com o argumento de Heisenberg, uma vez que exigia apenas que uma medição perturbasse propriedades já existentes, em vez da ideia mais radical de que as propriedades do electrão não podiam de modo algum ser discutidas, à excepção do contexto em que eram medidas. Num artigo apresentado na Conferência de Volta em Como, em Setembro de 1927, Bohr salientou que as relações de incerteza de Heisenberg podiam derivar de considerações clássicas sobre o poder de resolução dos instrumentos ópticos. A compreensão do verdadeiro significado de complementaridade exigiria, segundo Bohr, uma “investigação mais aprofundada”. Einstein preferiu o determinismo da física clássica ao invés da nova física quântica probabilística, para a qual ele próprio tinha contribuído. As questões filosóficas que surgiram a partir dos novos aspectos da mecânica quântica tornaram-se temas de discussão amplamente celebrados. Einstein e Bohr tiveram argumentos de boa índole sobre tais questões ao longo das suas vidas.

Em 1914 Carl Jacobsen, herdeiro das cervejeiras Carlsberg, legou a sua mansão para ser usada para a vida pelos dinamarqueses que tinham dado a contribuição mais proeminente para a ciência, literatura ou artes, como residência honorária (dinamarquês: Æresbolig). Harald Høffding tinha sido o primeiro ocupante, e aquando da sua morte em Julho de 1931, a Academia Real das Ciências e Cartas Dinamarquesas deu a Bohr a ocupação. Ele e a sua família mudaram-se para lá em 1932. Ele foi eleito presidente da Academia a 17 de Março de 1939.

Em 1929 o fenómeno da decadência beta levou Bohr a sugerir novamente que a lei de conservação de energia fosse abandonada, mas o hipotético neutrino de Enrico Fermi e a subsequente descoberta do neutrónico em 1932 forneceram outra explicação. Isto levou Bohr a criar uma nova teoria do núcleo composto em 1936, que explicava como os neutrões podiam ser capturados pelo núcleo. Neste modelo, o núcleo podia ser deformado como uma gota de líquido. Trabalhou nisto com um novo colaborador, o físico dinamarquês Fritz Kalckar, que morreu subitamente em 1938.

A descoberta da fissão nuclear por Otto Hahn em Dezembro de 1938 (e a sua explicação teórica por Lise Meitner) gerou um interesse intenso entre os físicos. Bohr trouxe a notícia aos Estados Unidos, onde abriu a Quinta Conferência de Washington sobre Física Teórica com Fermi a 26 de Janeiro de 1939. Quando Bohr disse a George Placzek que isto resolvia todos os mistérios dos elementos transuranicos, Placzek disse-lhe que restava um: as energias de captura de neutrões de urânio não correspondiam às da sua decomposição. Bohr pensou nisso durante alguns minutos e depois anunciou a Placzek, Léon Rosenfeld e John Wheeler que “eu compreendi tudo”. Com base no seu modelo de gota líquida do núcleo, Bohr concluiu que foi o isótopo urânio-235 e não o urânio-238 mais abundante que foi o principal responsável pela fissão com neutrões térmicos. Em Abril de 1940, John R. Dunning demonstrou que Bohr estava correcto. Entretanto, Bohr e Wheeler desenvolveram um tratamento teórico que publicaram num artigo de Setembro de 1939 sobre “O Mecanismo da Fissão Nuclear”.

Heisenberg disse de Bohr que ele era “principalmente um filósofo, não um físico”. Bohr leu o filósofo existencialista cristão dinamarquês do século XIX, Søren Kierkegaard. Richard Rhodes argumentou em The Making of the Atomic Bomb, que Bohr foi influenciado por Kierkegaard através de Høffding. Em 1909, Bohr enviou o seu irmão Kierkegaard’s Stages on Life’s Way como um presente de aniversário. Na carta anexa, Bohr escreveu: “É a única coisa que tenho de enviar para casa; mas não acredito que seria muito fácil encontrar algo melhor … Acho mesmo que é uma das coisas mais encantadoras que alguma vez li”. Bohr apreciou a linguagem e o estilo literário de Kierkegaard, mas mencionou que tinha algum desacordo com a filosofia de Kierkegaard. Alguns biógrafos de Bohr sugeriram que esta discordância resultava da defesa do cristianismo de Kierkegaard, enquanto Bohr era ateu.

Tem havido alguma disputa sobre a medida em que Kierkegaard influenciou a filosofia e a ciência de Bohr. David Favrholdt argumentou que Kierkegaard teve uma influência mínima sobre o trabalho de Bohr, tomando a declaração de Bohr sobre discordar de Kierkegaard pelo seu valor facial, enquanto Jan Faye argumentou que se pode discordar do conteúdo de uma teoria enquanto se aceita as suas premissas gerais e estrutura.

Física quântica

Tem havido muito debate e discussão subsequente sobre as opiniões de Bohr e a filosofia da mecânica quântica. Quanto à sua interpretação ontológica do mundo quântico, Bohr tem sido visto como um anti-realista, um instrumentalista, um realista fenomenológico ou algum outro tipo de realista. Além disso, embora alguns tenham visto Bohr como sendo um subjectivista ou um positivista, a maioria dos filósofos concorda que se trata de um mal-entendido de Bohr, uma vez que ele nunca defendeu o verificismo ou a ideia de que o sujeito teve um impacto directo no resultado de uma medição.

Bohr tem sido frequentemente citado como dizendo que não existe “nenhum mundo quântico” mas apenas uma “descrição física quântica abstracta”. Isto não foi dito por Bohr, mas sim por Aage Petersen ao tentar resumir a filosofia de Bohr numa reminiscência após a morte de Bohr. N. David Mermin recordou Victor Weisskopf declarando que Bohr não teria dito nada do género e exclamando: “Vergonha para Aage Petersen por ter colocado essas palavras ridículas na boca de Bohr”!

Numerosos estudiosos têm argumentado que a filosofia de Immanuel Kant teve uma forte influência sobre Bohr. Tal como Kant, Bohr pensou que a distinção entre a experiência do sujeito e o objecto era uma condição importante para a obtenção de conhecimento. Isto só pode ser feito através da utilização de conceitos causais e espacio-temporais para descrever a experiência do sujeito. Assim, segundo Jan Faye, Bohr pensou que é por causa de conceitos “clássicos” como “espaço”, “posição”, “tempo”, “causalidade”, e “impulso” que se pode falar de objectos e da sua existência objectiva. Bohr sustentava que conceitos básicos como “tempo” são incorporados na nossa linguagem comum e que os conceitos da física clássica são apenas um refinamento deles. Por conseguinte, para Bohr, precisamos de utilizar conceitos clássicos para descrever experiências que lidam com o mundo quântico. Bohr escreve:

É decisivo reconhecer que, por muito que os fenómenos transcendam o âmbito da explicação física clássica, o relato de todas as provas deve ser expresso em termos clássicos. O argumento é simplesmente que pela palavra “experiência” nos referimos a uma situação em que podemos dizer aos outros o que fizemos e o que aprendemos e que, portanto, o relato do arranjo experimental e dos resultados das observações deve ser expresso em linguagem inequívoca com aplicação adequada da terminologia da física clássica (APHK, p. 39).

De acordo com Faye, há várias explicações para a razão pela qual Bohr acreditava que os conceitos clássicos eram necessários para descrever fenómenos quânticos. Faye agrupa explicações em cinco quadros: empirismo (Kantianismo (ou modelos Neo-Kantianos de epistemologia em que as ideias clássicas são conceitos a priori que a mente impõe às impressões dos sentidos); Pragmatismo (que se concentra em como os seres humanos interagem experiencialmente com os sistemas atómicos de acordo com as suas necessidades e interesses); Darwinismo (ou seja, estamos adaptados para usar conceitos do tipo clássico, que Léon Rosenfeld disse que evoluímos para usar); e Experimentalismo (que se concentra estritamente na função e no resultado de experiências que assim devem ser descritas classicamente). Estas explicações não são mutuamente exclusivas, e por vezes Bohr parece enfatizar alguns destes aspectos enquanto que outras vezes se concentra noutros elementos.De acordo com Faye “Bohr pensava no átomo como real. Os átomos não são construções nem heurísticas nem lógicas”. Contudo, segundo Faye, ele não acreditava “que o formalismo mecânico quântico fosse verdadeiro no sentido de que nos dava uma representação literal (‘pictórica’) em vez de uma representação simbólica do mundo quântico”. Portanto, a teoria da complementaridade de Bohr “é, antes de mais, uma leitura semântica e epistemológica da mecânica quântica que carrega certas implicações ontológicas”. Como Faye explica, a tese de indefinibilidade de Bohr é que

as condições de verdade das frases que atribuem um certo valor cinemático ou dinâmico a um objecto atómico dependem do aparelho envolvido, de tal forma que estas condições de verdade têm de incluir uma referência ao cenário experimental, bem como ao resultado real da experiência.

Faye observa que a interpretação de Bohr não faz qualquer referência a um “colapso da função da onda durante as medições” (e de facto, ele nunca mencionou esta ideia). Em vez disso, Bohr “aceitou a interpretação estatística de Born porque acreditava que a função ψ tem apenas um significado simbólico e não representa nada de real”. Uma vez que para Bohr, a função ψ não é uma representação pictórica literal da realidade, não pode haver um colapso real da função de onda.

Um ponto muito debatido na literatura recente é o que Bohr acreditava sobre os átomos e a sua realidade e se eles são algo mais do que parecem ser. Alguns como Henry Folse argumentam que Bohr viu uma distinção entre fenómenos observados e uma realidade transcendental. Jan Faye discorda desta posição e sustenta que para Bohr, o formalismo quântico e a complementaridade era a única coisa que podíamos dizer sobre o mundo quântico e que “não há mais provas nos escritos de Bohr indicando que Bohr atribuiria propriedades de estado intrínsecas e independentes da medida a objectos atómicos (embora bastante ininteligíveis e inacessíveis para nós) para além das clássicas que se manifestam na medida”.

A ascensão do nazismo na Alemanha levou muitos estudiosos a fugir dos seus países, ou porque eram judeus ou porque eram opositores políticos do regime nazi. Em 1933, a Fundação Rockefeller criou um fundo para ajudar a apoiar os académicos refugiados, e Bohr discutiu este programa com o Presidente da Fundação Rockefeller, Max Mason, em Maio de 1933, durante uma visita aos Estados Unidos. Bohr ofereceu aos refugiados empregos temporários no instituto, forneceu-lhes apoio financeiro, organizou a concessão de bolsas de estudo da Fundação Rockefeller e, por fim, encontrou-lhes lugares em instituições de todo o mundo. Entre os que ele ajudou contam-se Guido Beck, Felix Bloch, James Franck, George de Hevesy, Otto Frisch, Hilde Levi, Lise Meitner, George Placzek, Eugene Rabinowitch, Stefan Rozental, Erich Ernst Schneider, Edward Teller, Arthur von Hippel e Victor Weisskopf.

Em Abril de 1940, no início da Segunda Guerra Mundial, a Alemanha nazi invadiu e ocupou a Dinamarca. Para evitar que os alemães descobrissem as medalhas de ouro Nobel de Max von Laue e James Franck, Bohr mandou o de Hevesy dissolvê-las em aqua regia. Nesta forma, foram guardadas numa prateleira no Instituto até depois da guerra, quando o ouro foi precipitado e as medalhas foram re-destruídas pela Fundação Nobel. A própria medalha de Bohr tinha sido doada para um leilão ao Fundo de Auxílio Finlandês, e foi leiloada em Março de 1940, juntamente com a medalha de August Krogh. Mais tarde, o comprador doou as duas medalhas ao Museu Histórico Dinamarquês no Castelo de Frederiksborg, onde ainda se encontram guardadas.

Bohr manteve o Instituto em funcionamento, mas todos os estudiosos estrangeiros partiram.

Encontro com Heisenberg

Bohr estava ciente da possibilidade de utilizar urânio-235 para construir uma bomba atómica, referindo-se a ela em palestras na Grã-Bretanha e Dinamarca pouco antes e depois do início da guerra, mas não acreditava que fosse tecnicamente viável extrair uma quantidade suficiente de urânio-235. Em Setembro de 1941, Heisenberg, que se tinha tornado chefe do projecto alemão de energia nuclear, visitou Bohr em Copenhaga. Durante este encontro, os dois homens levaram um momento privado ao exterior, cujo conteúdo causou muita especulação, pois ambos deram relatos diferentes. Segundo Heisenberg, ele começou a abordar a energia nuclear, a moral e a guerra, à qual Bohr parece ter reagido terminando a conversa abruptamente, sem dar pistas a Heisenberg sobre as suas próprias opiniões. Ivan Supek, um dos estudantes e amigos de Heisenberg, afirmou que o assunto principal do encontro foi Carl Friedrich von Weizsäcker, que tinha proposto tentar persuadir Bohr a mediar a paz entre a Grã-Bretanha e a Alemanha.

Em 1957, Heisenberg escreveu a Robert Jungk, que estava então a trabalhar no livro “Brighter than a Thousand Suns” (Mais Brilhante que Mil Sóis): A Personal History of the Atomic Scientists. Heisenberg explicou que tinha visitado Copenhaga para comunicar a Bohr as opiniões de vários cientistas alemães, que a produção de uma arma nuclear era possível com grandes esforços, o que levantou enormes responsabilidades sobre os cientistas mundiais de ambos os lados. Quando Bohr viu a descrição de Jungk na tradução dinamarquesa do livro, redigiu (mas nunca enviou) uma carta a Heisenberg, afirmando que nunca compreendeu o objectivo da visita de Heisenberg, ficou chocado com a opinião de Heisenberg de que a Alemanha ganharia a guerra, e que as armas atómicas poderiam ser decisivas.

A peça de Michael Frayn de 1998 em Copenhaga explora o que poderia ter acontecido na reunião de 1941 entre Heisenberg e Bohr. Uma versão da peça para a televisão da BBC foi apresentada pela primeira vez a 26 de Setembro de 2002, com Stephen Rea como Bohr, Daniel Craig como Heisenberg, e Francesca Annis como Margrethe Bohr. O mesmo encontro tinha sido anteriormente dramatizado pela série de documentários científicos Horizon da BBC em 1992, com Anthony Bate como Bohr, e Philip Anthony como Heisenberg. O encontro é também dramatizado na série de documentários noruegueses

Projecto Manhattan

Em Setembro de 1943, chegou a Bohr e ao seu irmão Harald a notícia de que os nazis consideravam a sua família como judia, uma vez que a sua mãe era judia, e que por isso corriam o risco de serem presos. A resistência dinamarquesa ajudou Bohr e a sua esposa a fugir por mar para a Suécia a 29 de Setembro. No dia seguinte, Bohr persuadiu o rei Gustaf V da Suécia a tornar pública a vontade da Suécia de conceder asilo aos refugiados judeus. A 2 de Outubro de 1943, a rádio sueca transmitiu que a Suécia estava pronta a oferecer asilo, e o resgate em massa dos judeus dinamarqueses pelos seus compatriotas seguiu-se rapidamente a seguir. Alguns historiadores afirmam que as acções de Bohr levaram directamente ao salvamento em massa, enquanto outros dizem que, embora Bohr tenha feito tudo o que pôde pelos seus compatriotas, as suas acções não foram uma influência decisiva nos acontecimentos mais amplos. Eventualmente, mais de 7.000 judeus dinamarqueses escaparam para a Suécia.

Quando a notícia da fuga de Bohr chegou à Grã-Bretanha, Lord Cherwell enviou um telegrama a Bohr pedindo-lhe que viesse à Grã-Bretanha. Bohr chegou à Escócia a 6 de Outubro num Mosquito de Havilland operado pela British Overseas Airways Corporation (BOAC). Os Mosquitos eram aviões bombardeiros de alta velocidade desarmados que tinham sido convertidos para transportar cargas pequenas e valiosas ou passageiros importantes. Ao voarem a alta velocidade e a grande altitude, podiam atravessar a Noruega ocupada pela Alemanha, e mesmo assim evitar os caças alemães. Bohr, equipado com pára-quedas, fato voador e máscara de oxigénio, passou o voo de três horas deitado num colchão na baía das bombas do avião. Durante o voo, Bohr não usou o seu capacete voador por ser demasiado pequeno, e consequentemente não ouviu as instruções de intercomunicador do piloto para ligar o seu fornecimento de oxigénio quando o avião subiu a grande altitude para sobrevoar a Noruega. Ele desmaiou de fome de oxigénio e só reviveu quando a aeronave desceu para uma altitude mais baixa sobre o Mar do Norte. O filho de Bohr, Aage, seguiu o seu pai para a Grã-Bretanha num outro voo uma semana mais tarde, e tornou-se o seu assistente pessoal.

Bohr foi calorosamente recebido por James Chadwick e Sir John Anderson, mas por razões de segurança Bohr foi mantido fora de vista. Foi-lhe dado um apartamento no St James’s Palace e um escritório com a equipa de desenvolvimento de armas nucleares British Tube Alloys. Bohr ficou surpreendido com a quantidade de progressos que tinham sido feitos. Chadwick marcou a visita de Bohr aos Estados Unidos como consultor da Tube Alloys, com Aage como seu assistente. A 8 de Dezembro de 1943, Bohr chegou a Washington, D.C., onde se encontrou com o director do Projecto Manhattan, o Brigadeiro-General Leslie R. Groves Jr. Visitou Einstein e Pauli no Institute for Advanced Study em Princeton, New Jersey, e foi a Los Alamos no Novo México, onde as armas nucleares estavam a ser concebidas. Por razões de segurança, foi sob o nome de “Nicholas Baker” nos Estados Unidos, enquanto Aage se tornou “James Baker”. Em Maio de 1944, o jornal de resistência dinamarquês De frie Danske noticiou que tinham tomado conhecimento de que “o famoso filho da Dinamarca Professor Niels Bohr” em Outubro do ano anterior tinha fugido do seu país através da Suécia para Londres e de lá viajou para Moscovo, de onde se podia presumir que ele apoiava o esforço de guerra.

Bohr não permaneceu em Los Alamos, mas efectuou uma série de visitas prolongadas ao longo dos dois anos seguintes. Robert Oppenheimer creditou a Bohr a actuação “como figura paterna científica para os homens mais jovens”, muito especialmente Richard Feynman. Bohr é citado como dizendo: “Eles não precisaram da minha ajuda para fazer a bomba atómica”. Oppenheimer deu a Bohr crédito por uma importante contribuição para o trabalho sobre iniciadores de neutrões modulados. “Este dispositivo permaneceu um puzzle teimoso”, observou Oppenheimer, “mas no início de Fevereiro de 1945 Niels Bohr esclareceu o que tinha de ser feito”.

Bohr reconheceu cedo que as armas nucleares iriam mudar as relações internacionais. Em Abril de 1944, recebeu uma carta de Peter Kapitza, escrita alguns meses antes quando Bohr estava na Suécia, convidando-o a vir para a União Soviética. A carta convenceu Bohr de que os soviéticos estavam cientes do projecto anglo-americano, e que se esforçariam por recuperar o atraso. Enviou a Kapitza uma resposta sem compromisso, que mostrou às autoridades na Grã-Bretanha antes de afixar. Bohr encontrou-se com Churchill a 16 de Maio de 1944, mas descobriu que “não falávamos a mesma língua”. Churchill discordou da ideia de abertura em relação aos russos, ao ponto de escrever numa carta: “Parece-me que Bohr deveria ser confinado ou, em todo o caso, fazer com que ele esteja muito perto do limite dos crimes mortais”.

Oppenheimer sugeriu que Bohr visitasse o Presidente Franklin D. Roosevelt para o convencer de que o Projecto Manhattan deveria ser partilhado com os soviéticos, na esperança de acelerar os seus resultados. O amigo de Bohr, o Juiz do Supremo Tribunal Felix Frankfurter, informou o Presidente Roosevelt sobre as opiniões de Bohr, e teve lugar uma reunião entre eles a 26 de Agosto de 1944. Roosevelt sugeriu que Bohr regressasse ao Reino Unido para tentar obter a aprovação britânica. Quando Churchill e Roosevelt se encontraram no Hyde Park a 19 de Setembro de 1944, rejeitaram a ideia de informar o mundo sobre o projecto, e o aide-mémoire da sua conversa continha um cavaleiro que “deveriam ser feitas perguntas sobre as actividades do Professor Bohr e tomadas medidas para assegurar que ele não fosse responsável por nenhuma fuga de informação, particularmente para os russos”.

Em Junho de 1950, Bohr dirigiu uma “Carta Aberta” às Nações Unidas apelando à cooperação internacional em matéria de energia nuclear. Nos anos 50, após o primeiro ensaio de armas nucleares da União Soviética, foi criada a Agência Internacional de Energia Atómica, na linha da sugestão de Bohr. Em 1957 recebeu o primeiro Prémio Átomo para a Paz de sempre.

Com a guerra agora terminada, Bohr regressou a Copenhaga a 25 de Agosto de 1945, e foi reeleito Presidente da Real Academia Dinamarquesa de Artes e Ciências a 21 de Setembro. Numa reunião memorial da Academia, a 17 de Outubro de 1947, para o Rei Christian X, que morrera em Abril, o novo rei, Frederico IX, anunciou que iria conferir a Ordem do Elefante a Bohr. Este prémio era normalmente atribuído apenas à realeza e aos chefes de estado, mas o rei disse que honrava não apenas Bohr pessoalmente, mas também a ciência dinamarquesa. Bohr concebeu o seu próprio brasão que continha um taijitu (símbolo de yin e yang) e um lema em latim: contraria sunt complementa, “os opostos são complementares”.

A Segunda Guerra Mundial demonstrou que a ciência, e a física em particular, exigiam agora recursos financeiros e materiais consideráveis. Para evitar uma fuga de cérebros para os Estados Unidos, doze países europeus uniram-se para criar o CERN, uma organização de investigação segundo o modelo dos laboratórios nacionais nos Estados Unidos, concebida para empreender projectos de Grande Ciência para além dos recursos de qualquer um deles sozinho. Em breve surgiram dúvidas quanto à melhor localização para as instalações. Bohr e Kramers consideraram que o Instituto em Copenhaga seria o local ideal. Pierre Auger, que organizou as discussões preliminares, discordou; sentiu que tanto Bohr como o seu Instituto tinham ultrapassado o seu auge, e que a presença de Bohr iria ensombrar os outros. Após um longo debate, Bohr prometeu o seu apoio ao CERN em Fevereiro de 1952, e Genebra foi escolhida como o local em Outubro. O Grupo Teórico do CERN esteve sedeado em Copenhaga até que o seu novo alojamento em Genebra estivesse pronto em 1957. Victor Weisskopf, que mais tarde se tornou o Director-Geral do CERN, resumiu o papel de Bohr, dizendo que “houve outras personalidades que começaram e conceberam a ideia do CERN”. O entusiasmo e as ideias das outras pessoas não teriam sido suficientes, no entanto, se um homem da sua estatura não o tivesse apoiado”.

Entretanto, os países escandinavos formaram o Instituto Nórdico de Física Teórica em 1957, tendo Bohr como seu presidente. Esteve também envolvido na fundação do Research Establishment Risø da Comissão Dinamarquesa da Energia Atómica, e foi o seu primeiro presidente a partir de Fevereiro de 1956.

Bohr morreu de insuficiência cardíaca na sua casa em Carlsberg a 18 de Novembro de 1962. Foi cremado, e as suas cinzas foram enterradas no terreno da família no Cemitério dos Assistentes, na secção de Nørrebro, em Copenhaga, juntamente com as dos seus pais, do seu irmão Harald, e do seu filho Christian. Anos mais tarde, as cinzas da sua mulher também foram enterradas no cemitério. A 7 de Outubro de 1965, no que teria sido o seu 80º aniversário, o Instituto de Física Teórica da Universidade de Copenhaga foi oficialmente renomeado para aquilo a que tinha sido chamado oficiosamente durante muitos anos: o Instituto Niels Bohr.

Bohr recebeu numerosas honras e elogios. Para além do Prémio Nobel, recebeu a Medalha Hughes em 1921, a Medalha Matteucci em 1923, a Medalha Franklin em 1926, a Medalha Copley em 1938, a Ordem do Elefante em 1947, o Prémio Átomo da Paz em 1957 e o Prémio Sonning em 1961. Tornou-se membro estrangeiro da Academia Real das Artes e Ciências dos Países Baixos em 1923, e da Sociedade Real em 1926. O semicentenário do modelo Bohr foi comemorado na Dinamarca a 21 de Novembro de 1963 com um selo postal representando Bohr, o átomo de hidrogénio e a fórmula para a diferença de quaisquer dois níveis de energia de hidrogénio: hν=ϵ2-ϵ1{displaystyle hu ==epsilon _{2}-epsilon _{1}}}. Vários outros países também emitiram selos de correio representando Bohr. Em 1997, o Banco Nacional Dinamarquês começou a distribuir a nota de 500krone com o retrato de Bohr fumando um cachimbo. A 7 de Outubro de 2012, em celebração do 127º aniversário de Niels Bohr, um Google Doodle representando o modelo Bohr do átomo de hidrogénio apareceu na página inicial do Google. Um asteróide, 3948 Bohr, recebeu o seu nome, assim como a cratera lunar e o bohrium de Bohr, o elemento químico com o número atómico 107.

Fontes

  1. Niels Bohr
  2. Niels Bohr