Niels Bohr

Rezumat

Niels Henrik David Bohr (7 octombrie 1885 – 18 noiembrie 1962) a fost un fizician danez care a adus contribuții fundamentale la înțelegerea structurii atomice și a teoriei cuantice, pentru care a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1922. Bohr a fost, de asemenea, un filosof și un promotor al cercetării științifice.

Bohr a dezvoltat modelul Bohr al atomului, în care a propus că nivelurile energetice ale electronilor sunt discrete și că electronii se învârt pe orbite stabile în jurul nucleului atomic, dar pot sări de la un nivel energetic (sau orbită) la altul. Deși modelul Bohr a fost înlocuit de alte modele, principiile care stau la baza sa rămân valabile. El a conceput principiul complementarității: că elementele pot fi analizate separat în funcție de proprietăți contradictorii, cum ar fi comportamentul ca o undă sau ca un flux de particule. Noțiunea de complementaritate a dominat gândirea lui Bohr atât în știință, cât și în filosofie.

Bohr a fondat Institutul de Fizică Teoretică de la Universitatea din Copenhaga, cunoscut în prezent sub numele de Institutul Niels Bohr, care a fost deschis în 1920. Bohr a avut ca mentori și a colaborat cu fizicieni precum Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy și Werner Heisenberg. A prezis existența unui nou element asemănător zirconiului, care a fost numit hafniu, după numele latin al orașului Copenhaga, unde a fost descoperit. Mai târziu, elementul bohrium a fost numit după el.

În anii 1930, Bohr a ajutat refugiații din calea nazismului. După ce Danemarca a fost ocupată de germani, a avut o întâlnire celebră cu Heisenberg, care devenise șeful proiectului german de arme nucleare. În septembrie 1943, Bohr a aflat că va fi arestat de germani și a fugit în Suedia. De acolo, a fost transportat cu avionul în Marea Britanie, unde s-a alăturat proiectului britanic de arme nucleare Tube Alloys și a făcut parte din misiunea britanică în cadrul Proiectului Manhattan. După război, Bohr a făcut apel la cooperare internațională în domeniul energiei nucleare. A participat la înființarea CERN și a Centrului de Cercetare Risø al Comisiei daneze pentru Energie Atomică și a devenit primul președinte al Institutului Nordic pentru Fizică Teoretică în 1957.

Bohr s-a născut la Copenhaga, Danemarca, la 7 octombrie 1885, fiind al doilea dintre cei trei copii ai lui Christian Bohr, profesor de fiziologie la Universitatea din Copenhaga, și ai lui Ellen Bohr (născută Adler), fiica lui David B. Adler, care făcea parte din bogata familie de bancheri evrei danezi Adler. A avut o soră mai mare, Jenny, și un frate mai mic, Harald. în timp ce Harald a devenit matematician și fotbalist care a jucat pentru echipa națională daneză la Jocurile Olimpice de vară din 1908 de la Londra. Niels era și el un fotbalist pasionat, iar cei doi frați au jucat mai multe meciuri pentru Akademisk Boldklub (Clubul de fotbal academic) din Copenhaga, cu Niels ca portar.

Bohr a fost educat la Școala Latină Gammelholm, începând cu vârsta de șapte ani. În 1903, Bohr s-a înscris ca student la Universitatea din Copenhaga. Specializarea sa a fost fizica, pe care a studiat-o sub îndrumarea profesorului Christian Christiansen, singurul profesor de fizică al universității la acea vreme. A studiat, de asemenea, astronomie și matematică cu profesorul Thorvald Thiele și filozofie cu profesorul Harald Høffding, un prieten al tatălui său.

În 1905, Academia Regală Daneză de Științe și Litere a sponsorizat o competiție pentru medalia de aur pentru a investiga o metodă de măsurare a tensiunii superficiale a lichidelor, propusă de Lord Rayleigh în 1879. Aceasta presupunea măsurarea frecvenței de oscilație a razei unui jet de apă. Bohr a efectuat o serie de experimente folosind laboratorul tatălui său din cadrul universității; universitatea însăși nu avea un laborator de fizică. Pentru a-și finaliza experimentele, a fost nevoit să își confecționeze singur sticlăria, creând eprubete cu secțiunile eliptice necesare. El a depășit sarcina inițială, încorporând îmbunătățiri atât în teoria lui Rayleigh, cât și în metoda sa, luând în considerare vâscozitatea apei și lucrând cu amplitudini finite în loc de cele infinitezimale. Eseul său, pe care l-a prezentat în ultimul moment, a câștigat premiul. Ulterior, a prezentat o versiune îmbunătățită a lucrării la Societatea Regală din Londra pentru a fi publicată în Philosophical Transactions of the Royal Society.

Harald a devenit primul dintre cei doi frați Bohr care a obținut o diplomă de masterat, pe care a obținut-o în matematică în aprilie 1909. Niels a mai avut nevoie de încă nouă luni pentru a obține diploma de masterat pe tema teoriei electronice a metalelor, un subiect încredințat de supervizorul său, Christiansen. Ulterior, Bohr și-a elaborat teza de masterat în teza de doctorat în filosofie (dr. phil.), mult mai amplă. El a analizat literatura de specialitate pe această temă și a optat pentru un model postulat de Paul Drude și elaborat de Hendrik Lorentz, în care se consideră că electronii dintr-un metal se comportă ca un gaz. Bohr a extins modelul lui Lorentz, dar tot nu a reușit să explice fenomene precum efectul Hall și a concluzionat că teoria electronilor nu poate explica pe deplin proprietățile magnetice ale metalelor. Teza a fost acceptată în aprilie 1911, iar Bohr și-a susținut oficial teza la 13 mai. Harald își primise doctoratul în anul precedent. Teza lui Bohr a fost revoluționară, dar a atras puțin interes în afara Scandinaviei, deoarece a fost scrisă în daneză, o cerință a Universității din Copenhaga la acea vreme. În 1921, fizicianul olandez Hendrika Johanna van Leeuwen avea să deducă în mod independent o teoremă din teza lui Bohr, care este cunoscută astăzi sub numele de teorema Bohr-Van Leeuwen.

În 1910, Bohr a cunoscut-o pe Margrethe Nørlund, sora matematicianului Niels Erik Nørlund. Bohr și-a dat demisia din Biserica Danemarcei la 16 aprilie 1912, iar el și Margrethe s-au căsătorit în cadrul unei ceremonii civile la primăria din Slagelse, la 1 august. Ani mai târziu, fratele său, Harald, a părăsit în mod similar biserica înainte de a se căsători. Cel mai mare, Christian, a murit într-un accident de barcă în 1934, iar un altul, Harald, a murit din cauza meningitei din copilărie. Aage Bohr a devenit un fizician de succes, iar în 1975 a primit Premiul Nobel pentru fizică, la fel ca tatăl său. Hans , inginer chimist; și Ernest, avocat. La fel ca unchiul său Harald, Ernest Bohr a devenit sportiv olimpic, jucând hochei pe iarbă pentru Danemarca la Jocurile Olimpice de vară din 1948 de la Londra.

Modelul Bohr

În septembrie 1911, Bohr, sprijinit de o bursă de la Fundația Carlsberg, a călătorit în Anglia, unde se desfășurau cele mai multe lucrări teoretice privind structura atomilor și moleculelor. L-a întâlnit pe J. J. Thomson de la Laboratorul Cavendish și Trinity College, Cambridge. A asistat la prelegeri despre electromagnetism ținute de James Jeans și Joseph Larmor și a efectuat unele cercetări privind razele catodice, dar nu a reușit să-l impresioneze pe Thomson. A avut mai mult succes cu fizicieni mai tineri, precum australianul William Lawrence Bragg și neozeelandezul Ernest Rutherford, al cărui model Rutherford al atomului cu nucleu central mic din 1911 contestase modelul budincii de prune al lui Thomson din 1904. Bohr a primit o invitație din partea lui Rutherford pentru a efectua lucrări postdoctorale la Universitatea Victoria din Manchester, unde Bohr i-a cunoscut pe George de Hevesy și Charles Galton Darwin (pe care Bohr l-a numit „nepotul adevăratului Darwin”).

Modelele planetare ale atomilor nu erau noi, dar tratamentul lui Bohr era nou. Pornind de la lucrarea din 1912 a lui Darwin privind rolul electronilor în interacțiunea particulelor alfa cu un nucleu, Bohr a avansat teoria electronilor care se deplasează pe orbite de „stări staționare” cuantificate în jurul nucleului atomului pentru a stabiliza atomul, dar abia în 1921 a demonstrat că proprietățile chimice ale fiecărui element sunt determinate în mare măsură de numărul de electroni de pe orbitele exterioare ale atomilor săi. El a introdus ideea că un electron poate coborî de pe o orbită cu energie mai mare pe una mai mică, emițând în acest proces un cuantum de energie discretă. Acest lucru a devenit o bază pentru ceea ce este acum cunoscut sub numele de vechea teorie cuantică.

În 1885, Johann Balmer a inventat seria Balmer pentru a descrie liniile spectrale vizibile ale unui atom de hidrogen:

unde λ este lungimea de undă a luminii absorbite sau emise, iar RH este constanta Rydberg. Formula lui Balmer a fost confirmată prin descoperirea unor linii spectrale suplimentare, dar timp de treizeci de ani, nimeni nu a putut explica de ce funcționa. În prima lucrare a trilogiei sale, Bohr a reușit să o deducă din modelul său:

unde me este masa electronului, e este sarcina sa, h este constanta lui Planck și Z este numărul atomic al atomului (1 pentru hidrogen).

Primul obstacol în calea modelului a fost reprezentat de seria Pickering, linii care nu se potriveau formulei lui Balmer. Când Alfred Fowler l-a provocat pe Alfred Fowler, Bohr a răspuns că acestea erau cauzate de heliu ionizat, adică de atomi de heliu cu un singur electron. S-a constatat că modelul Bohr funcționează pentru astfel de ioni. Mulți fizicieni mai în vârstă, precum Thomson, Rayleigh și Hendrik Lorentz, nu au apreciat trilogia, dar generația mai tânără, inclusiv Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born și Arnold Sommerfeld au considerat-o o descoperire. Acceptarea trilogiei s-a datorat în întregime capacității sale de a explica fenomene care au blocat alte modele și de a prezice rezultate care au fost ulterior verificate prin experimente. În prezent, modelul Bohr al atomului a fost depășit, dar este încă cel mai cunoscut model al atomului, deoarece apare adesea în textele de fizică și chimie din liceu.

Lui Bohr nu i-a plăcut să predea studenților la medicină. A decis să se întoarcă la Manchester, unde Rutherford îi oferise un post de lector în locul lui Darwin, al cărui mandat expirase. Bohr a acceptat. Și-a luat un concediu de la Universitatea din Copenhaga, pe care l-a început printr-o vacanță în Tirol, împreună cu fratele său Harald și mătușa Hanna Adler. Acolo, a vizitat Universitatea din Göttingen și Universitatea Ludwig Maximilian din München, unde l-a întâlnit pe Sommerfeld și a ținut seminarii despre trilogie. Primul Război Mondial a izbucnit în timp ce se aflau în Tirol, ceea ce a complicat foarte mult călătoria de întoarcere în Danemarca și călătoria ulterioară a lui Bohr cu Margrethe în Anglia, unde a ajuns în octombrie 1914. Au rămas până în iulie 1916, moment în care a fost numit la Catedra de Fizică Teoretică de la Universitatea din Copenhaga, un post creat special pentru el. În același timp, i-a fost desființat postul de profesor, astfel încât a trebuit să predea în continuare fizică studenților la medicină. Noii profesori au fost prezentați în mod oficial Regelui Christian X, care și-a exprimat încântarea de a cunoaște un fotbalist atât de faimos.

Institutul de Fizică

În aprilie 1917, Bohr a început o campanie pentru înființarea unui Institut de Fizică Teoretică. A obținut sprijinul guvernului danez și al Fundației Carlsberg, iar contribuții importante au fost făcute și de către industria și donatori privați, mulți dintre ei evrei. Legea de înființare a institutului a fost adoptată în noiembrie 1918. Cunoscut acum sub numele de Institutul Niels Bohr, acesta a fost inaugurat la 3 martie 1921, cu Bohr ca director. Familia sa s-a mutat într-un apartament la primul etaj. Institutul lui Bohr a servit drept punct central pentru cercetătorii în domeniul mecanicii cuantice și al subiectelor conexe în anii 1920 și 1930, când majoritatea celor mai cunoscuți fizicieni teoreticieni din lume au petrecut ceva timp în compania sa. Printre primii sosiți s-au numărat Hans Kramers din Olanda, Oskar Klein din Suedia, George de Hevesy din Ungaria, Wojciech Rubinowicz din Polonia și Svein Rosseland din Norvegia. Bohr a devenit apreciat pe scară largă ca gazdă plăcută și coleg eminent. Klein și Rosseland au realizat prima publicație a institutului chiar înainte de deschiderea acestuia.

Modelul Bohr a funcționat bine pentru hidrogen și heliu ionizat cu un singur electron, ceea ce l-a impresionat pe Einstein, dar nu a putut explica elemente mai complexe. Până în 1919, Bohr s-a îndepărtat de ideea că electronii orbitează în jurul nucleului și a dezvoltat euristici pentru a-i descrie. Elementele de pământuri rare au reprezentat o problemă specială de clasificare pentru chimiști, deoarece erau foarte asemănătoare din punct de vedere chimic. O evoluție importantă a avut loc în 1924, odată cu descoperirea de către Wolfgang Pauli a principiului de excludere Pauli, care a pus modelele lui Bohr pe o bază teoretică solidă. Bohr a putut astfel să declare că elementul 72, încă nedescoperit, nu era un element de pământuri rare, ci un element cu proprietăți chimice similare cu cele ale zirconiului. (Elementele fuseseră prezise și descoperite încă din 1871 în funcție de proprietățile chimice ) și Bohr a fost imediat contestat de chimistul francez Georges Urbain, care a afirmat că a descoperit un element 72 din pământuri rare, pe care l-a numit „celtium”. La Institutul din Copenhaga, Dirk Coster și George de Hevesy au acceptat provocarea de a dovedi că Bohr are dreptate și Urbain se înșală. Pornind de la o idee clară a proprietăților chimice ale elementului necunoscut, procesul de căutare s-a simplificat foarte mult. Ei au analizat eșantioane din Muzeul de Mineralogie din Copenhaga în căutarea unui element asemănător cu zirconiul și în curând l-au găsit. Elementul, pe care l-au numit hafnium (Hafnia fiind numele latin al orașului Copenhaga) s-a dovedit a fi mai comun decât aurul.

În 1922, Bohr a primit Premiul Nobel pentru Fizică „pentru serviciile sale în cercetarea structurii atomilor și a radiațiilor emanate de aceștia”. Premiul recunoștea astfel atât Trilogia, cât și activitatea sa timpurie de vârf în domeniul emergent al mecanicii cuantice. În cadrul prelegerii sale Nobel, Bohr a prezentat audienței sale o prezentare cuprinzătoare a ceea ce se știa atunci despre structura atomului, inclusiv principiul corespondenței, pe care îl formulase. Acesta afirmă că comportamentul sistemelor descrise de teoria cuantică reproduce fizica clasică în limita numerelor cuantice mari.

Descoperirea împrăștierii Compton de către Arthur Holly Compton în 1923 i-a convins pe majoritatea fizicienilor că lumina este compusă din fotoni și că energia și impulsul se conservă în coliziunile dintre electroni și fotoni. În 1924, Bohr, Kramers și John C. Slater, un fizician american care lucra la Institutul din Copenhaga, au propus teoria Bohr-Kramers-Slater (BKS). Aceasta a fost mai mult un program decât o teorie fizică completă, deoarece ideile dezvoltate nu au fost elaborate cantitativ. Teoria BKS a devenit ultima încercare de înțelegere a interacțiunii dintre materie și radiația electromagnetică pe baza vechii teorii cuantice, în care fenomenele cuantice erau tratate prin impunerea unor restricții cuantice asupra unei descrieri ondulatorii clasice a câmpului electromagnetic.

Modelarea comportamentului atomic sub influența radiației electromagnetice incidente folosind „oscilatori virtuali” la frecvențele de absorbție și de emisie, mai degrabă decât la frecvențele aparente (diferite) ale orbitelor lui Bohr, i-a determinat pe Max Born, Werner Heisenberg și Kramers să exploreze diferite modele matematice. Acestea au dus la dezvoltarea mecanicii matriciale, prima formă a mecanicii cuantice moderne. Teoria BKS a generat, de asemenea, discuții și a reînnoit atenția acordată dificultăților din fundamentele vechii teorii cuantice. Cel mai provocator element al BKS – potrivit căruia impulsul și energia nu s-ar conserva neapărat în fiecare interacțiune, ci doar statistic – s-a dovedit în curând a fi în conflict cu experimentele efectuate de Walther Bothe și Hans Geiger. În lumina acestor rezultate, Bohr l-a informat pe Darwin că „nu mai este nimic altceva de făcut decât să oferim eforturilor noastre revoluționare o înmormântare cât mai onorabilă”.

Mecanica cuantică

Introducerea spinării de către George Uhlenbeck și Samuel Goudsmit în noiembrie 1925 a reprezentat o piatră de hotar. În luna următoare, Bohr a călătorit la Leiden pentru a asista la festivitățile prilejuite de aniversarea a 50 de ani de la primirea doctoratului lui Hendrick Lorentz. Când trenul său s-a oprit la Hamburg, a fost întâmpinat de Wolfgang Pauli și Otto Stern, care i-au cerut părerea despre teoria spinului. Bohr a precizat că era preocupat de interacțiunea dintre electroni și câmpurile magnetice. Când a ajuns la Leiden, Paul Ehrenfest și Albert Einstein l-au informat pe Bohr că Einstein a rezolvat această problemă folosind relativitatea. Bohr i-a rugat apoi pe Uhlenbeck și Goudsmit să includă acest lucru în lucrarea lor. Astfel, atunci când i-a întâlnit pe Werner Heisenberg și Pascual Jordan la Göttingen, pe drumul de întoarcere, el devenise, după propriile sale cuvinte, „un profet al evangheliei magnetului de electroni”.

Heisenberg a venit pentru prima dată la Copenhaga în 1924, apoi s-a întors la Göttingen în iunie 1925, dezvoltând la scurt timp după aceea fundamentele matematice ale mecanicii cuantice. Când i-a arătat rezultatele sale lui Max Born la Göttingen, acesta și-a dat seama că acestea puteau fi exprimate cel mai bine cu ajutorul matricelor. Această lucrare a atras atenția fizicianului britanic Paul Dirac, care a venit la Copenhaga pentru șase luni în septembrie 1926. Fizicianul austriac Erwin Schrödinger a fost și el în vizită în 1926. Încercarea sa de a explica fizica cuantică în termeni clasici, folosind mecanica ondulatorie, l-a impresionat pe Bohr, care a considerat că a contribuit „atât de mult la claritatea și simplitatea matematică, încât reprezintă un progres gigantic față de toate formele anterioare ale mecanicii cuantice”.

Când Kramers a părăsit institutul în 1926 pentru a ocupa un post de profesor de fizică teoretică la Universitatea din Utrecht, Bohr a aranjat ca Heisenberg să se întoarcă și să ia locul lui Kramers ca lektor la Universitatea din Copenhaga. Heisenberg a lucrat la Copenhaga ca lector universitar și asistent al lui Bohr între 1926 și 1927.

Bohr a devenit convins că lumina se comporta atât ca unde, cât și ca particule, iar în 1927, experimentele au confirmat ipoteza lui de Broglie, conform căreia materia (precum electronii) se comporta, de asemenea, ca unde. El a conceput principiul filozofic al complementarității: faptul că obiectele ar putea avea proprietăți care se exclud aparent reciproc, cum ar fi aceea de a fi o undă sau un flux de particule, în funcție de cadrul experimental. El a considerat că acest principiu nu era pe deplin înțeles de către filosofii profesioniști.

În februarie 1927, Heisenberg a elaborat prima versiune a principiului incertitudinii, prezentându-l cu ajutorul unui experiment de gândire în care un electron era observat printr-un microscop cu raze gamma. Bohr a fost nemulțumit de argumentul lui Heisenberg, deoarece acesta presupunea doar ca o măsurătoare să perturbe proprietăți care existau deja, în locul ideii mai radicale conform căreia proprietățile electronului nu pot fi discutate deloc în afara contextului în care au fost măsurate. Într-o lucrare prezentată la Conferința Volta de la Como din septembrie 1927, Bohr a subliniat că relațiile de incertitudine ale lui Heisenberg puteau fi derivate din considerații clasice despre puterea de rezolvare a instrumentelor optice. Înțelegerea adevăratei semnificații a complementarității ar necesita, în opinia lui Bohr, „o cercetare mai atentă”. Einstein a preferat determinismul fizicii clasice în detrimentul noii fizici cuantice probabiliste la care el însuși a contribuit. Problemele filozofice care au apărut din aspectele noi ale mecanicii cuantice au devenit subiecte de discuție larg celebre. Einstein și Bohr s-au certat în mod bonom cu privire la astfel de probleme de-a lungul vieții lor.

În 1914, Carl Jacobsen, moștenitorul fabricii de bere Carlsberg, a lăsat moștenire conacul său pentru a fi folosit pe viață de danezul care a adus cea mai importantă contribuție la știință, literatură sau artă, ca reședință onorifică (daneză: Æresbolig). Harald Høffding a fost primul ocupant, iar la moartea acestuia, în iulie 1931, Academia Regală Daneză de Științe și Litere i-a acordat lui Bohr această locuință. El și familia sa s-au mutat acolo în 1932. A fost ales președinte al Academiei la 17 martie 1939.

În 1929, fenomenul dezintegrării beta l-a determinat pe Bohr să sugereze din nou renunțarea la legea conservării energiei, dar ipoteticul neutrino al lui Enrico Fermi și descoperirea ulterioară a neutronului în 1932 au oferit o altă explicație. Acest lucru l-a determinat pe Bohr să creeze o nouă teorie a nucleului compus în 1936, care explica modul în care neutronii pot fi capturați de nucleu. În acest model, nucleul ar putea fi deformat ca o picătură de lichid. Bohr a lucrat la această teorie împreună cu un nou colaborator, fizicianul danez Fritz Kalckar, care a murit subit în 1938.

Descoperirea fisiunii nucleare de către Otto Hahn în decembrie 1938 (și explicația teoretică a acesteia de către Lise Meitner) a generat un interes intens în rândul fizicienilor. Bohr a adus vestea în Statele Unite, unde a deschis, împreună cu Fermi, la 26 ianuarie 1939, cea de-a cincea Conferință de la Washington privind fizica teoretică. Când Bohr i-a spus lui George Placzek că astfel a rezolvat toate misterele elementelor transuranice, Placzek i-a spus că mai rămăsese unul: energiile de captare a neutronilor de către uraniu nu corespundeau cu cele de dezintegrare a acestuia. Bohr s-a gândit câteva minute, apoi i-a anunțat pe Placzek, Léon Rosenfeld și John Wheeler că „am înțeles totul”. Pe baza modelului său de picătură lichidă a nucleului, Bohr a concluzionat că izotopul uraniu-235 și nu uraniul-238, mai abundent, era principalul responsabil pentru fisiunea cu neutroni termici. În aprilie 1940, John R. Dunning a demonstrat că Bohr avea dreptate. Între timp, Bohr și Wheeler au elaborat un tratament teoretic pe care l-au publicat într-o lucrare din septembrie 1939 intitulată „Mecanismul fisiunii nucleare”.

Heisenberg a spus despre Bohr că era „în primul rând un filozof, nu un fizician”. Bohr l-a citit pe filosoful existențialist creștin danez din secolul al XIX-lea, Søren Kierkegaard. Richard Rhodes a susținut în lucrarea The Making of the Atomic Bomb că Bohr a fost influențat de Kierkegaard prin intermediul lui Høffding. În 1909, Bohr i-a trimis fratelui său cartea lui Kierkegaard „Etape pe drumul vieții”, de Kierkegaard, drept cadou de ziua sa. În scrisoarea atașată, Bohr a scris: „Este singurul lucru pe care îl am de trimis acasă; dar nu cred că ar fi foarte ușor să găsești ceva mai bun … Cred chiar că este unul dintre cele mai încântătoare lucruri pe care le-am citit vreodată”. Bohr a apreciat limbajul și stilul literar al lui Kierkegaard, dar a menționat că a avut unele dezacorduri cu filosofia lui Kierkegaard. Unii dintre biografii lui Bohr au sugerat că acest dezacord provenea din faptul că Kierkegaard susținea creștinismul, în timp ce Bohr era ateu.

A existat o dispută cu privire la măsura în care Kierkegaard a influențat filosofia și știința lui Bohr. David Favrholdt a susținut că Kierkegaard a avut o influență minimă asupra operei lui Bohr, luând la justa valoare declarația lui Bohr privind dezacordul cu Kierkegaard, în timp ce Jan Faye a susținut că se poate fi în dezacord cu conținutul unei teorii, acceptând în același timp premisele și structura generală a acesteia.

Fizica cuantică

Ulterior, au existat numeroase dezbateri și discuții cu privire la opiniile lui Bohr și la filozofia mecanicii cuantice. În ceea ce privește interpretarea ontologică a lumii cuantice, Bohr a fost considerat un antirealist, un instrumentalist, un realist fenomenologic sau un alt tip de realist. În plus, deși unii l-au considerat pe Bohr ca fiind subiectivist sau pozitivist, majoritatea filosofilor sunt de acord că aceasta este o înțelegere greșită a lui Bohr, deoarece el nu a susținut niciodată verificaționismul sau ideea că subiectul are un impact direct asupra rezultatului unei măsurători.

Numeroși cercetători au susținut că filozofia lui Immanuel Kant a avut o influență puternică asupra lui Bohr. Ca și Kant, Bohr credea că distincția dintre experiența subiectului și obiect este o condiție importantă pentru obținerea cunoașterii. Acest lucru poate fi realizat numai prin utilizarea conceptelor cauzale și spațio-temporale pentru a descrie experiența subiectului. Astfel, potrivit lui Jan Faye, Bohr credea că datorită unor concepte „clasice” precum „spațiu”, „poziție”, „timp”, „cauzalitate” și „impuls” se poate vorbi despre obiecte și despre existența lor obiectivă. Bohr susținea că conceptele de bază, precum „timp”, sunt integrate în limbajul nostru obișnuit și că conceptele fizicii clasice nu sunt decât un rafinament al acestora. Prin urmare, pentru Bohr, trebuie să folosim concepte clasice pentru a descrie experimentele care se referă la lumea cuantică. Bohr scrie:

Este decisiv să recunoaștem că, oricât de mult ar transcende fenomenele domeniul de aplicare al explicației fizice clasice, explicația tuturor dovezilor trebuie să fie exprimată în termeni clasici. Argumentul este pur și simplu că prin cuvântul „experiment” ne referim la o situație în care putem spune altora ce am făcut și ce am învățat și că, prin urmare, relatarea aranjamentului experimental și a rezultatelor observațiilor trebuie să fie exprimată într-un limbaj lipsit de ambiguitate, cu aplicarea adecvată a terminologiei fizicii clasice (APHK, p. 39).

Potrivit lui Faye, există diverse explicații pentru motivul pentru care Bohr credea că conceptele clasice sunt necesare pentru a descrie fenomenele cuantice. Faye grupează explicațiile în cinci cadre: empirismul (kantianismul (sau modelele neokantiene de epistemologie în care ideile clasice sunt concepte a priori pe care mintea le impune impresiilor senzoriale); pragmatismul (care se concentrează pe modul în care ființele umane interacționează experimental cu sistemele atomice în funcție de nevoile și interesele lor); darwinismul (adică suntem adaptați să folosim concepte de tip clasic, despre care Léon Rosenfeld spunea că am evoluat pentru a le folosi); și experimentalismul (care se concentrează strict pe funcția și rezultatul experimentelor care, prin urmare, trebuie să fie descrise în mod clasic). Aceste explicații nu se exclud reciproc, iar uneori Bohr pare să pună accentul pe unele dintre aceste aspecte, în timp ce alteori se concentrează pe alte elemente. potrivit lui Faye „Bohr a considerat atomul ca fiind real. Atomii nu sunt nici construcții euristice, nici logice”. Cu toate acestea, potrivit lui Faye, el nu credea „că formalismul mecanic cuantic era adevărat în sensul că ne oferea o reprezentare literală („picturală”) mai degrabă decât simbolică a lumii cuantice”. Prin urmare, teoria complementarității a lui Bohr „este în primul rând o lectură semantică și epistemologică a mecanicii cuantice care poartă anumite implicații ontologice”. După cum explică Faye, teza indefinibilității lui Bohr este că

condițiile de adevăr ale propozițiilor care atribuie o anumită valoare cinematică sau dinamică unui obiect atomic depind de aparatura implicată, în așa fel încât aceste condiții de adevăr trebuie să includă referiri la configurația experimentală, precum și la rezultatul real al experimentului.

Faye remarcă faptul că interpretarea lui Bohr nu face nicio referire la un „colaps al funcției de undă în timpul măsurătorilor” (și, într-adevăr, nu a menționat niciodată această idee). În schimb, Bohr „a acceptat interpretarea statistică a lui Born deoarece credea că funcția ψ are doar un înțeles simbolic și nu reprezintă nimic real”. Deoarece pentru Bohr, funcția ψ nu este o reprezentare picturală literală a realității, nu poate exista un colaps real al funcției de undă.

Un punct foarte dezbătut în literatura recentă este ceea ce credea Bohr despre atomi și realitatea lor și dacă aceștia sunt altceva decât ceea ce par a fi. Unii, precum Henry Folse, susțin că Bohr a văzut o distincție între fenomenele observate și o realitate transcendentală. Jan Faye nu este de acord cu această poziție și susține că, pentru Bohr, formalismul cuantic și complementaritatea erau singurele lucruri pe care le puteam spune despre lumea cuantică și că „nu există alte dovezi în scrierile lui Bohr care să indice faptul că Bohr ar atribui obiectelor atomice proprietăți de stare intrinseci și independente de măsurători (deși destul de neinteligibile și inaccesibile pentru noi), în plus față de cele clasice care se manifestă în măsurători”.

Ascensiunea nazismului în Germania i-a determinat pe mulți cercetători să își părăsească țările, fie pentru că erau evrei, fie pentru că erau oponenți politici ai regimului nazist. În 1933, Fundația Rockefeller a creat un fond pentru a ajuta la sprijinirea academicienilor refugiați, iar Bohr a discutat despre acest program cu președintele Fundației Rockefeller, Max Mason, în mai 1933, în timpul unei vizite în Statele Unite. Bohr le-a oferit refugiaților locuri de muncă temporare la institut, le-a oferit sprijin financiar, a făcut demersuri pentru ca aceștia să primească burse din partea Fundației Rockefeller și, în cele din urmă, le-a găsit locuri în instituții din întreaga lume. Printre cei pe care i-a ajutat se numără 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 și Victor Weisskopf.

În aprilie 1940, la începutul celui de-al Doilea Război Mondial, Germania nazistă a invadat și a ocupat Danemarca. Pentru a-i împiedica pe germani să descopere medaliile Nobel de aur ale lui Max von Laue și James Franck, Bohr l-a rugat pe de Hevesy să le dizolve în apă regală. În această formă, ele au fost păstrate pe un raft la Institut până după război, când aurul a fost precipitat și medaliile au fost reînsemnate de Fundația Nobel. Medalia lui Bohr fusese donată la o licitație pentru Fondul pentru ajutorarea finlandezilor și a fost scoasă la licitație în martie 1940, împreună cu medalia lui August Krogh. Cumpărătorul a donat ulterior cele două medalii Muzeului Istoric Danez din Castelul Frederiksborg, unde sunt păstrate și în prezent.

Bohr a menținut Institutul în funcțiune, dar toți cercetătorii străini au plecat.

Întâlnire cu Heisenberg

Bohr era conștient de posibilitatea de a folosi uraniu-235 pentru a construi o bombă atomică, referindu-se la această posibilitate în cadrul unor conferințe ținute în Marea Britanie și Danemarca cu puțin timp înainte și după începerea războiului, dar nu credea că era fezabil din punct de vedere tehnic să extragă o cantitate suficientă de uraniu-235. În septembrie 1941, Heisenberg, care devenise șeful proiectului german de energie nucleară, l-a vizitat pe Bohr la Copenhaga. În timpul acestei întâlniri, cei doi bărbați au avut un moment privat afară, al cărui conținut a provocat numeroase speculații, ambii oferind relatări diferite. potrivit lui Heisenberg, a început să abordeze problema energiei nucleare, a moralității și a războiului, la care Bohr pare să fi reacționat prin încheierea bruscă a conversației, fără a-i da însă lui Heisenberg indicii despre propriile opinii. Ivan Supek, unul dintre studenții și prietenii lui Heisenberg, a susținut că subiectul principal al întâlnirii a fost Carl Friedrich von Weizsäcker, care a propus să încerce să-l convingă pe Bohr să medieze pacea între Marea Britanie și Germania.

În 1957, Heisenberg i-a scris lui Robert Jungk, care pe atunci lucra la cartea Brighter than a Thousand Suns: O istorie personală a savanților atomici. Heisenberg a explicat că a vizitat Copenhaga pentru a-i comunica lui Bohr punctul de vedere al mai multor oameni de știință germani, conform căruia producerea unei arme nucleare era posibilă cu eforturi mari, iar acest lucru ridica responsabilități enorme pentru oamenii de știință din lume, de ambele părți. Când Bohr a văzut reprezentarea lui Jungk în traducerea daneză a cărții, a redactat (dar nu a trimis-o niciodată) o scrisoare către Heisenberg, în care a declarat că nu a înțeles niciodată scopul vizitei lui Heisenberg, că a fost șocat de opinia lui Heisenberg că Germania va câștiga războiul și că armele atomice ar putea fi decisive.

Piesa de teatru Copenhaga, scrisă de Michael Frayn în 1998, explorează ceea ce s-ar fi putut întâmpla la întâlnirea din 1941 dintre Heisenberg și Bohr. O versiune a piesei a fost difuzată pentru prima dată la 26 septembrie 2002, cu Stephen Rea în rolul lui Bohr, Daniel Craig în rolul lui Heisenberg și Francesca Annis în rolul lui Margrethe Bohr. Aceeași întâlnire fusese dramatizată anterior de seria de documentare științifice Horizon de la BBC în 1992, cu Anthony Bate în rolul lui Bohr și Philip Anthony în rolul lui Heisenberg. Întâlnirea este, de asemenea, dramatizată în serialul norvegian

Proiectul Manhattan

În septembrie 1943, Bohr și fratele său Harald au aflat că naziștii considerau că familia lor este evreiască, deoarece mama lor era evreică, și că, prin urmare, riscă să fie arestați. Rezistența daneză i-a ajutat pe Bohr și pe soția sa să fugă pe mare în Suedia la 29 septembrie. A doua zi, Bohr l-a convins pe regele Gustaf al V-lea al Suediei să facă publică disponibilitatea Suediei de a oferi azil refugiaților evrei. La 2 octombrie 1943, radioul suedez a transmis că Suedia era pregătită să ofere azil, iar salvarea în masă a evreilor danezi de către compatrioții lor a urmat rapid după aceea. Unii istorici susțin că acțiunile lui Bohr au dus direct la salvarea în masă, în timp ce alții spun că, deși Bohr a făcut tot ce a putut pentru conaționalii săi, acțiunile sale nu au avut o influență decisivă asupra evenimentelor mai ample. În cele din urmă, peste 7.000 de evrei danezi au fugit în Suedia.

Când vestea evadării lui Bohr a ajuns în Marea Britanie, Lordul Cherwell i-a trimis o telegramă lui Bohr în care îl ruga să vină în Marea Britanie. Bohr a sosit în Scoția la 6 octombrie cu un avion de Havilland Mosquito operat de British Overseas Airways Corporation (BOAC). Mosquito erau avioane de bombardament de mare viteză neînarmate, care fuseseră transformate pentru a transporta încărcături mici și valoroase sau pasageri importanți. Zburând cu viteză și la altitudine mare, puteau traversa Norvegia ocupată de germani, evitând totuși avioanele de vânătoare germane. Bohr, echipat cu parașută, costum de zbor și mască de oxigen, și-a petrecut cele trei ore de zbor întins pe o saltea în compartimentul de bombe al aeronavei. În timpul zborului, Bohr nu a purtat casca de zbor, deoarece aceasta era prea mică și, prin urmare, nu a auzit instrucțiunile pilotului prin interfon de a porni alimentarea cu oxigen atunci când aeronava a urcat la altitudine mare pentru a survola Norvegia. A leșinat din cauza lipsei de oxigen și și-a revenit abia când aeronava a coborât la o altitudine mai mică deasupra Mării Nordului. Fiul lui Bohr, Aage, și-a urmat tatăl în Marea Britanie într-un alt zbor, o săptămână mai târziu, și a devenit asistentul personal al acestuia.

Bohr a fost primit cu căldură de James Chadwick și Sir John Anderson, dar, din motive de securitate, Bohr a fost ținut ascuns. I s-a oferit un apartament la Palatul St James și un birou în cadrul echipei de dezvoltare a armelor nucleare a British Tube Alloys. Bohr a fost uimit de progresele înregistrate. Chadwick a aranjat ca Bohr să viziteze Statele Unite în calitate de consultant Tube Alloys, cu Aage ca asistent. La 8 decembrie 1943, Bohr a sosit la Washington, D.C., unde s-a întâlnit cu directorul Proiectului Manhattan, generalul de brigadă Leslie R. Groves, Jr. I-a vizitat pe Einstein și Pauli la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, New Jersey, și a mers la Los Alamos, în New Mexico, unde se proiectau armele nucleare. Din motive de securitate, în Statele Unite a purtat numele de „Nicholas Baker”, în timp ce Aage a devenit „James Baker”. În mai 1944, ziarul de rezistență danez De frie Danske a relatat că a aflat că „faimosul fiu al Danemarcei, profesorul Niels Bohr”, în luna octombrie a anului precedent, a fugit din țara sa prin Suedia la Londra și de acolo a călătorit la Moscova, de unde s-a putut presupune că a sprijinit efortul de război.

Bohr nu a rămas la Los Alamos, dar a efectuat o serie de vizite prelungite în cursul următorilor doi ani. Robert Oppenheimer l-a creditat pe Bohr ca fiind „o figură de tată științific pentru cei mai tineri”, în special pentru Richard Feynman. Bohr este citat spunând: „Nu au avut nevoie de ajutorul meu pentru a face bomba atomică”. Oppenheimer i-a acordat lui Bohr credit pentru o contribuție importantă la lucrările privind inițiatorii de neutroni modulați. „Acest dispozitiv a rămas o enigmă încăpățânată”, a notat Oppenheimer, „dar la începutul lunii februarie 1945, Niels Bohr a clarificat ceea ce trebuia făcut”.

Bohr a recunoscut de timpuriu că armele nucleare vor schimba relațiile internaționale. În aprilie 1944, a primit o scrisoare de la Peter Kapitza, scrisă cu câteva luni înainte, când Bohr se afla în Suedia, prin care îl invita să vină în Uniunea Sovietică. Scrisoarea l-a convins pe Bohr că sovieticii erau conștienți de proiectul anglo-american și că se vor strădui să recupereze decalajul. El i-a trimis lui Kapitza un răspuns neangajant, pe care l-a arătat autorităților din Marea Britanie înainte de a-l posta. Bohr s-a întâlnit cu Churchill la 16 mai 1944, dar a constatat că „nu vorbeam aceeași limbă”. Churchill nu a fost de acord cu ideea de deschidere față de ruși, până într-atât încât a scris într-o scrisoare: „Mi se pare că Bohr ar trebui să fie închis sau, în orice caz, să fie făcut să vadă că este foarte aproape de marginea crimelor mortale”.

Oppenheimer i-a sugerat lui Bohr să-l viziteze pe președintele Franklin D. Roosevelt pentru a-l convinge că Proiectul Manhattan ar trebui să fie împărtășit cu sovieticii în speranța de a accelera rezultatele. Prietenul lui Bohr, judecătorul Felix Frankfurter de la Curtea Supremă de Justiție, l-a informat pe președintele Roosevelt despre opiniile lui Bohr, iar o întâlnire între cei doi a avut loc la 26 august 1944. Roosevelt i-a sugerat lui Bohr să se întoarcă în Regatul Unit pentru a încerca să obțină aprobarea britanicilor. Atunci când Churchill și Roosevelt s-au întâlnit la Hyde Park, la 19 septembrie 1944, au respins ideea de a informa lumea despre proiect, iar aide-mémoire-ul conversației lor conținea o clauză conform căreia „ar trebui să se facă cercetări cu privire la activitățile profesorului Bohr și să se ia măsuri pentru a se asigura că acesta este responsabil pentru nicio scurgere de informații, în special către ruși”.

În iunie 1950, Bohr a adresat o „Scrisoare deschisă” Organizației Națiunilor Unite în care cerea o cooperare internațională în domeniul energiei nucleare. În anii 1950, după primul test cu armament nuclear efectuat de Uniunea Sovietică, a fost creată Agenția Internațională pentru Energie Atomică, în conformitate cu sugestia lui Bohr. În 1957, Bohr a primit primul premiu Atoms for Peace.

După încheierea războiului, Bohr s-a întors la Copenhaga la 25 august 1945 și a fost reales președinte al Academiei Regale Daneze de Arte și Științe la 21 septembrie. La 17 octombrie 1947, în cadrul unei reuniuni comemorative a Academiei pentru regele Christian X, care murise în aprilie, noul rege, Frederic al IX-lea, a anunțat că îi conferă lui Bohr Ordinul Elefantului. În mod normal, această distincție era acordată doar membrilor familiei regale și șefilor de stat, dar regele a declarat că aceasta îl onora nu doar pe Bohr personal, ci și știința daneză. Bohr și-a conceput propria stemă, care prezenta un taijitu (simbolul yin și yang) și un motto în latină: contraria sunt complementa, „contrariile sunt complementare”.

Al Doilea Război Mondial a demonstrat că știința, și în special fizica, necesită acum resurse financiare și materiale considerabile. Pentru a evita un exod al creierelor către Statele Unite, douăsprezece țări europene s-au unit pentru a crea CERN, o organizație de cercetare asemănătoare laboratoarelor naționale din Statele Unite, concepută pentru a întreprinde proiecte științifice de anvergură, care să depășească resursele fiecăreia dintre ele. În scurt timp au apărut întrebări cu privire la cea mai bună locație pentru aceste instalații. Bohr și Kramers au considerat că Institutul din Copenhaga ar fi fost locul ideal. Pierre Auger, care a organizat discuțiile preliminare, nu a fost de acord; el a considerat că atât Bohr, cât și institutul său, erau trecuți de prima tinerețe și că prezența lui Bohr i-ar eclipsa pe ceilalți. După o dezbatere îndelungată, Bohr s-a angajat să sprijine CERN în februarie 1952, iar Geneva a fost aleasă ca sediu în octombrie. Grupul Teoretic al CERN a avut sediul la Copenhaga până când noua lor locuință din Geneva a fost gata în 1957. Victor Weisskopf, care a devenit ulterior director general al CERN, a rezumat rolul lui Bohr, spunând că „au existat și alte personalități care au inițiat și conceput ideea CERN. Entuziasmul și ideile celorlalți nu ar fi fost însă suficiente dacă un om de talia lui nu ar fi susținut-o”.

Bohr a murit din cauza unei insuficiențe cardiace la domiciliul său din Carlsberg, la 18 noiembrie 1962. A fost incinerat, iar cenușa sa a fost îngropată în parcela de familie din Cimitirul Assistens din sectorul Nørrebro din Copenhaga, alături de cele ale părinților săi, ale fratelui său Harald și ale fiului său Christian. Ani mai târziu, cenușa soției sale a fost, de asemenea, înmormântată acolo. La 7 octombrie 1965, la data la care ar fi împlinit 80 de ani, Institutul de Fizică Teoretică al Universității din Copenhaga a fost redenumit oficial în ceea ce fusese numit neoficial timp de mulți ani: Institutul Niels Bohr.

Bohr a primit numeroase onoruri și distincții. Pe lângă Premiul Nobel, a primit Medalia Hughes în 1921, Medalia Matteucci în 1923, Medalia Franklin în 1926, Medalia Copley în 1938, Ordinul Elefantului în 1947, Premiul Atomi pentru Pace în 1957 și Premiul Sonning în 1961. A devenit membru străin al Academiei Regale Olandeze de Arte și Științe în 1923 și al Societății Regale în 1926. Semicentenarul modelului Bohr a fost comemorat în Danemarca, la 21 noiembrie 1963, cu un timbru poștal care îl înfățișează pe Bohr, atomul de hidrogen și formula pentru diferența oricăror două niveluri energetice ale hidrogenului: hν=ϵ2-ϵ1{displaystyle hu =epsilon _{2}-epsilon _{1}}. Alte câteva țări au emis, de asemenea, timbre poștale care îl înfățișează pe Bohr. În 1997, Banca Națională a Danemarcei a început să pună în circulație bancnota de 500 de coroane cu portretul lui Bohr fumând o pipă. La 7 octombrie 2012, cu ocazia împlinirii a 127 de ani de la nașterea lui Niels Bohr, pe pagina de start a Google a apărut un Google Doodle care înfățișează modelul Bohr al atomului de hidrogen. Un asteroid, 3948 Bohr, a fost denumit după el, la fel ca și craterul lunar Bohr și bohrium, elementul chimic cu numărul atomic 107.

sursele

  1. Niels Bohr
  2. Niels Bohr
Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Ads Blocker Detected!!!

We have detected that you are using extensions to block ads. Please support us by disabling these ads blocker.