Niels Bohr
gigatos | 24 marca, 2022
Niels Henrik David Bohr (7. októbra 1885 – 18. novembra 1962) bol dánsky fyzik, ktorý zásadným spôsobom prispel k pochopeniu atómovej štruktúry a kvantovej teórie, za čo v roku 1922 dostal Nobelovu cenu za fyziku. Bohr bol aj filozof a propagátor vedeckého výskumu.
Bohr vytvoril Bohrov model atómu, v ktorom navrhol, že energetické hladiny elektrónov sú diskrétne a že elektróny obiehajú po stabilných dráhach okolo atómového jadra, ale môžu preskakovať z jednej energetickej hladiny (alebo dráhy) na druhú. Hoci bol Bohrov model nahradený inými modelmi, jeho základné princípy zostávajú v platnosti. Vymyslel princíp komplementarity: že predmety možno analyzovať oddelene z hľadiska protichodných vlastností, ako napríklad správanie sa ako vlna alebo prúd častíc. Pojem komplementarity dominoval Bohrovmu mysleniu vo vede aj vo filozofii.
Bohr založil Ústav teoretickej fyziky na Kodanskej univerzite, dnes známy ako Inštitút Nielsa Bohra, ktorý bol otvorený v roku 1920. Bohr bol mentorom a spolupracoval s fyzikmi ako Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy a Werner Heisenberg. Predpovedal existenciu nového prvku podobného zirkóniu, ktorý bol pomenovaný hafnium podľa latinského názvu Kodane, kde bol objavený. Neskôr bol po ňom pomenovaný prvok bohrium.
V 30. rokoch 20. storočia Bohr pomáhal utečencom pred nacizmom. Po obsadení Dánska Nemcami mal slávne stretnutie s Heisenbergom, ktorý sa stal vedúcim nemeckého projektu jadrových zbraní. V septembri 1943 sa k Bohrovi dostala správa, že ho Nemci zatknú, a tak utiekol do Švédska. Odtiaľ bol letecky prevezený do Británie, kde sa pripojil k britskému projektu jadrových zbraní Tube Alloys a bol súčasťou britskej misie v rámci projektu Manhattan. Po vojne Bohr vyzýval na medzinárodnú spoluprácu v oblasti jadrovej energie. Podieľal sa na založení CERN-u a Výskumného zariadenia Risø Dánskej komisie pre atómovú energiu a v roku 1957 sa stal prvým predsedom Severského inštitútu pre teoretickú fyziku.
Bohr sa narodil 7. októbra 1885 v Kodani ako druhé z troch detí Christiana Bohra, profesora fyziológie na Kodanskej univerzite, a Ellen Bohrovej (rodenej Adlerovej), ktorá bola dcérou Davida B. Adlera z bohatej dánskej židovskej bankovej rodiny Adlerovcov. Mal staršiu sestru Jenny a mladšieho brata Haralda. kým Harald sa stal matematikom a futbalistom, ktorý hral za dánske národné mužstvo na letných olympijských hrách v Londýne v roku 1908. Niels bol tiež vášnivým futbalistom a obaja bratia odohrali niekoľko zápasov za Akademisk Boldklub (Akademický futbalový klub) so sídlom v Kodani, pričom Niels bol brankár.
Bohr sa vzdelával na Gammelholmskej latinskej škole od svojich siedmich rokov. V roku 1903 sa Bohr zapísal na vysokoškolské štúdium na Kodanskej univerzite. Jeho hlavným odborom bola fyzika, ktorú študoval pod vedením profesora Christiana Christiansena, v tom čase jediného profesora fyziky na univerzite. Okrem toho študoval astronómiu a matematiku u profesora Thorvalda Thieleho a filozofiu u profesora Haralda Høffdinga, priateľa svojho otca.
V roku 1905 Kráľovská dánska akadémia vied a literatúry sponzorovala súťaž o zlatú medailu, ktorej cieľom bolo preskúmať metódu merania povrchového napätia kvapalín, ktorú v roku 1879 navrhol lord Rayleigh. Išlo o meranie frekvencie kmitania polomeru vodného prúdu. Bohr uskutočnil sériu experimentov s využitím laboratória svojho otca na univerzite; samotná univerzita nemala žiadne fyzikálne laboratórium. Aby mohol svoje experimenty dokončiť, musel si vyrobiť vlastný sklenený riad a vytvoriť skúmavky s požadovaným eliptickým prierezom. Išiel nad rámec pôvodnej úlohy a do Rayleighovej teórie aj do svojej metódy zahrnul vylepšenia tým, že zohľadnil viskozitu vody a pracoval s konečnými amplitúdami, a nie len s nekonečne malými. Jeho esej, ktorú predložil na poslednú chvíľu, získala cenu. Neskôr predložil vylepšenú verziu práce Kráľovskej spoločnosti v Londýne na uverejnenie v časopise Philosophical Transactions of the Royal Society.
Harald sa stal prvým z dvoch bratov Bohrovcov, ktorý získal magisterský titul z matematiky v apríli 1909. Nielsovi trvalo ďalších deväť mesiacov, kým získal diplom z elektrónovej teórie kovov, čo bola téma, ktorú mu zadal jeho školiteľ Christiansen. Bohr svoju magisterskú prácu následne rozpracoval do oveľa rozsiahlejšej dizertačnej práce doktora filozofie (dr. phil.). Preskúmal literatúru na túto tému a rozhodol sa pre model, ktorý postuloval Paul Drude a rozpracoval Hendrik Lorentz, v ktorom sa elektróny v kove správajú ako plyn. Bohr rozšíril Lorentzov model, ale stále nebol schopný vysvetliť javy, ako je Hallov jav, a dospel k záveru, že elektrónová teória nemôže úplne vysvetliť magnetické vlastnosti kovov. Práca bola prijatá v apríli 1911 a Bohr ju formálne obhájil 13. mája. Harald získal doktorát v predchádzajúcom roku. Bohrova dizertačná práca bola prelomová, ale mimo Škandinávie vzbudila len malý záujem, pretože bola napísaná v dánčine, čo sa v tom čase na Kodanskej univerzite vyžadovalo. V roku 1921 holandská fyzička Hendrika Johanna van Leeuwenová nezávisle odvodila v Bohrovej práci vetu, ktorá je dnes známa ako Bohrova-Van Leeuwenova veta.
V roku 1910 sa Bohr zoznámil s Margrethe Nørlundovou, sestrou matematika Nielsa Erika Nørlunda. Bohr sa 16. apríla 1912 vzdal členstva v dánskej cirkvi a 1. augusta sa s Margrethe zosobášili na civilnom obrade na radnici v Slagelse. O niekoľko rokov neskôr jeho brat Harald podobne vystúpil z cirkvi ešte pred svadbou. Najstarší Christian zomrel v roku 1934 pri lodnej nehode a ďalší Harald zomrel v detstve na meningitídu. Aage Bohr sa stal úspešným fyzikom a v roku 1975 mu bola rovnako ako jeho otcovi udelená Nobelova cena za fyziku. Hans , chemický inžinier, a Ernest, právnik. Podobne ako jeho strýko Harald, aj Ernest Bohr sa stal olympijským športovcom a hral pozemný hokej za Dánsko na Letných olympijských hrách 1948 v Londýne.
Bohrov model
V septembri 1911 odcestoval Bohr so štipendiom od Carlsbergovej nadácie do Anglicka, kde sa vykonávala väčšina teoretických prác o štruktúre atómov a molekúl. Stretol sa s J. J. Thomsonom z Cavendishovho laboratória a Trinity College v Cambridgei. Zúčastnil sa na prednáškach o elektromagnetizme, ktoré viedli James Jeans a Joseph Larmor, a uskutočnil niekoľko výskumov katódových lúčov, ale na Thomsona nezapôsobil. Väčší úspech mal u mladších fyzikov, ako bol Austrálčan William Lawrence Bragg a Novozélanďan Ernest Rutherford, ktorého Rutherfordov model atómu s malým centrálnym jadrom z roku 1911 spochybnil Thomsonov model slivkového pudingu z roku 1904. Bohr dostal od Rutherforda pozvanie na postdoktorandskú prácu na Victoria University of Manchester, kde sa stretol s Georgeom de Hevesym a Charlesom Galtonom Darwinom (ktorého Bohr označil za „vnuka skutočného Darwina“).
V júli 1912 sa Bohr vrátil do Dánska na svoju svadbu a počas medových týždňov cestoval po Anglicku a Škótsku. Po návrate sa stal privatdocentom na Kodanskej univerzite a prednášal termodynamiku. Martin Knudsen navrhol Bohrovo meno za docenta, ktoré bolo schválené v júli 1913, a Bohr potom začal učiť študentov medicíny. Jeho tri práce, ktoré sa neskôr preslávili ako „trilógia“, boli uverejnené vo Filozofickom časopise v júli, septembri a novembri toho istého roku. Prispôsobil Rutherfordovu jadrovú štruktúru kvantovej teórii Maxa Plancka a vytvoril tak svoj Bohrov model atómu.
Planetárne modely atómov neboli nové, ale Bohrovo spracovanie bolo nové. Vychádzal z Darwinovho článku z roku 1912 o úlohe elektrónov pri interakcii častíc alfa s jadrom a rozvinul teóriu elektrónov pohybujúcich sa po orbitách kvantovaných „stacionárnych stavov“ okolo jadra atómu s cieľom stabilizovať atóm, ale až vo svojom článku z roku 1921 ukázal, že chemické vlastnosti každého prvku sú do veľkej miery určené počtom elektrónov na vonkajších orbitách jeho atómov. Zaviedol myšlienku, že elektrón môže klesnúť z orbity s vyššou energiou na nižšiu, pričom vyžaruje kvantum diskrétnej energie. To sa stalo základom toho, čo je dnes známe ako stará kvantová teória.
V roku 1885 prišiel Johann Balmer so svojím Balmerovým radom na opis viditeľných spektrálnych čiar atómu vodíka:
kde λ je vlnová dĺžka absorbovaného alebo emitovaného svetla a RH je Rydbergova konštanta. Balmerov vzorec bol potvrdený objavom ďalších spektrálnych čiar, ale tridsať rokov nikto nevedel vysvetliť, prečo funguje. V prvom článku svojej trilógie ho Bohr dokázal odvodiť zo svojho modelu:
kde me je hmotnosť elektrónu, e je jeho náboj, h je Planckova konštanta a Z je atómové číslo atómu (1 pre vodík).
Prvou prekážkou modelu bol Pickeringov rad, čiary, ktoré nezodpovedali Balmerovmu vzorcu. Keď ho Alfred Fowler spochybnil, Bohr odpovedal, že ich spôsobuje ionizované hélium, atómy hélia s jedným elektrónom. Zistilo sa, že Bohrov model funguje aj pre takéto ióny. Mnohým starším fyzikom, ako napríklad Thomsonovi, Rayleighovi a Hendrikovi Lorentzovi, sa táto trilógia nepáčila, ale mladšia generácia vrátane Rutherforda, Davida Hilberta, Alberta Einsteina, Enrica Fermiho, Maxa Borna a Arnolda Sommerfelda ju považovala za prelomovú. Trilógia bola prijatá výlučne vďaka svojej schopnosti vysvetliť javy, ktoré bránili iným modelom, a predpovedať výsledky, ktoré boli následne overené experimentmi. Dnes je Bohrov model atómu prekonaný, ale stále je najznámejším modelom atómu, pretože sa často objavuje v stredoškolských učebniciach fyziky a chémie.
Bohr nerád učil študentov medicíny. Rozhodol sa vrátiť do Manchestru, kde mu Rutherford ponúkol miesto lektora namiesto Darwina, ktorému vypršal mandát. Bohr súhlasil. Vzal si dovolenku z Kodanskej univerzity, ktorú začal dovolenkou v Tirolsku so svojím bratom Haraldom a tetou Hannou Adlerovou. Tam navštívil univerzitu v Göttingene a Univerzitu Ludwiga Maximiliána v Mníchove, kde sa stretol so Sommerfeldom a viedol semináre o trilógii. Počas ich pobytu v Tirolsku vypukla prvá svetová vojna, ktorá výrazne skomplikovala cestu späť do Dánska a následnú Bohrovu cestu s Margrethe do Anglicka, kam dorazil v októbri 1914. Zostali tam až do júla 1916, keď už bol vymenovaný za vedúceho katedry teoretickej fyziky na Kodanskej univerzite, ktorá bola vytvorená špeciálne pre neho. Jeho docentúra bola v tom istom čase zrušená, takže musel naďalej učiť fyziku študentov medicíny. Noví profesori boli oficiálne predstavení kráľovi Kristiánovi X., ktorý vyjadril radosť zo stretnutia s takým slávnym futbalistom.
Fyzikálny ústav
V apríli 1917 začal Bohr kampaň za založenie Ústavu teoretickej fyziky. Získal podporu dánskej vlády a Carlsbergovej nadácie a značné príspevky poskytli aj priemyselní a súkromní darcovia, z ktorých mnohí boli Židia. V novembri 1918 bol prijatý zákon o založení inštitútu. Inštitút, teraz známy ako Inštitút Nielsa Bohra, bol otvorený 3. marca 1921 a jeho riaditeľom bol Bohr. Jeho rodina sa presťahovala do bytu na prvom poschodí. V 20. a 30. rokoch 20. storočia slúžil Bohrov inštitút ako ústredný bod pre výskumníkov kvantovej mechaniky a súvisiacich tém, keď väčšina najznámejších svetových teoretických fyzikov strávila určitý čas v jeho spoločnosti. Medzi prvými príchodmi boli Hans Kramers z Holandska, Oskar Klein zo Švédska, George de Hevesy z Maďarska, Wojciech Rubinowicz z Poľska a Svein Rosseland z Nórska. Bohr sa stal všeobecne uznávaným hostiteľom a významným kolegom. Klein a Rosseland vydali prvú publikáciu inštitútu ešte pred jeho otvorením.
Bohrov model fungoval dobre pre vodík a ionizované jednoelektrónové hélium, čo na Einsteina zapôsobilo, ale nedokázal vysvetliť zložitejšie prvky. Do roku 1919 sa Bohr odklonil od myšlienky, že elektróny obiehajú okolo jadra, a vyvinul heuristiku na ich opis. Prvky vzácnych zemín predstavovali pre chemikov osobitný klasifikačný problém, pretože si boli chemicky veľmi podobné. Dôležitý vývoj nastal v roku 1924, keď Wolfgang Pauli objavil Pauliho vylučovací princíp, ktorý dal Bohrovým modelom pevný teoretický základ. Bohr vtedy mohol vyhlásiť, že doteraz neobjavený prvok 72 nie je prvkom vzácnych zemín, ale prvkom s chemickými vlastnosťami podobnými zirkóniu. (Prvky boli predpovedané a objavované od roku 1871 na základe chemických vlastností) a Bohra okamžite spochybnil francúzsky chemik Georges Urbain, ktorý tvrdil, že objavil prvok vzácnej zeminy 72, ktorý nazval „celtium“. Na inštitúte v Kodani sa Dirk Coster a George de Hevesy chopili úlohy dokázať, že Bohr mal pravdu a Urbain sa mýlil. Začiatok s jasnou predstavou o chemických vlastnostiach neznámeho prvku výrazne zjednodušil proces hľadania. Prešli vzorky z kodanského Mineralogického múzea a hľadali prvok podobný zirkóniu a čoskoro ho našli. Ukázalo sa, že prvok, ktorý nazvali hafnium (Hafnia je latinský názov Kodane), je bežnejší ako zlato.
V roku 1922 dostal Bohr Nobelovu cenu za fyziku „za zásluhy pri skúmaní štruktúry atómov a žiarenia, ktoré z nich vychádza“. Ocenenie tak bolo uznaním trilógie aj jeho ranej vedúcej práce vo vznikajúcej oblasti kvantovej mechaniky. V rámci svojej Nobelovej prednášky Bohr podal poslucháčom komplexný prehľad vtedajších poznatkov o štruktúre atómu vrátane princípu korešpondencie, ktorý sformuloval. Ten hovorí, že správanie systémov opísaných kvantovou teóriou reprodukuje klasickú fyziku v limite veľkých kvantových čísel.
Objav Comptonovho rozptylu Arthurom Holly Comptonom v roku 1923 presvedčil väčšinu fyzikov, že svetlo sa skladá z fotónov a že energia a hybnosť sa pri zrážkach elektrónov s fotónmi zachovávajú. V roku 1924 Bohr, Kramers a John C. Slater, americký fyzik pracujúci na inštitúte v Kodani, navrhli Bohrovu-Kramersovu-Slaterovu teóriu (BKS). Bol to skôr program ako úplná fyzikálna teória, pretože myšlienky, ktoré rozvíjala, neboli kvantitatívne rozpracované. Teória BKS sa stala posledným pokusom o pochopenie interakcie hmoty a elektromagnetického žiarenia na základe starej kvantovej teórie, v ktorej sa kvantové javy riešili zavedením kvantových obmedzení na klasický vlnový opis elektromagnetického poľa.
Modelovanie správania atómov pri dopadajúcom elektromagnetickom žiarení pomocou „virtuálnych oscilátorov“ na absorpčných a emisných frekvenciách namiesto (rôznych) zdanlivých frekvencií Bohrových orbitov viedlo Maxa Borna, Wernera Heisenberga a Kramersa k preskúmaniu rôznych matematických modelov. Tie viedli k vývoju maticovej mechaniky, prvej formy modernej kvantovej mechaniky. Teória BKS tiež vyvolala diskusiu o ťažkostiach v základoch starej kvantovej teórie a obnovila pozornosť voči nim. Čoskoro sa ukázalo, že najprovokatívnejší prvok BKS – že hybnosť a energia sa nemusia zachovávať pri každej interakcii, ale len štatisticky – je v rozpore s experimentmi, ktoré uskutočnili Walther Bothe a Hans Geiger. Vo svetle týchto výsledkov Bohr informoval Darwina, že „nám nezostáva nič iné, ako vypraviť našim revolučným snahám čo najčestnejší pohreb“.
Kvantová mechanika
Zavedenie pradenia Georgeom Uhlenbeckom a Samuelom Goudsmitom v novembri 1925 bolo míľnikom. Nasledujúci mesiac odcestoval Bohr do Leidenu, aby sa zúčastnil na oslavách 50. výročia získania doktorátu Hendricka Lorentza. Keď jeho vlak zastavil v Hamburgu, stretli sa s ním Wolfgang Pauli a Otto Stern, ktorí ho požiadali o názor na spinovú teóriu. Bohr zdôraznil, že má obavy zo vzájomného pôsobenia elektrónov a magnetických polí. Keď prišiel do Leidenu, Paul Ehrenfest a Albert Einstein informovali Bohra, že Einstein tento problém vyriešil pomocou teórie relativity. Bohr potom požiadal Uhlenbecka a Goudsmita, aby to zahrnuli do svojej práce. Keď sa teda na spiatočnej ceste stretol v Göttingene s Wernerom Heisenbergom a Pascualom Jordanom, stal sa podľa vlastných slov „prorokom evanjelia elektrónového magnetu“.
Heisenberg najprv prišiel do Kodane v roku 1924, potom sa v júni 1925 vrátil do Göttingenu a krátko nato vytvoril matematické základy kvantovej mechaniky. Keď svoje výsledky ukázal Maxovi Bornovi v Göttingene, Born si uvedomil, že ich možno najlepšie vyjadriť pomocou matíc. Táto práca upútala pozornosť britského fyzika Paula Diraca, ktorý v septembri 1926 prišiel na šesť mesiacov do Kodane. V roku 1926 ho navštívil aj rakúsky fyzik Erwin Schrödinger. Jeho pokus o vysvetlenie kvantovej fyziky v klasických pojmoch pomocou vlnovej mechaniky zapôsobil na Bohra, ktorý sa domnieval, že prispel „natoľko k matematickej jasnosti a jednoduchosti, že predstavuje gigantický pokrok oproti všetkým predchádzajúcim formám kvantovej mechaniky“.
Keď Kramers v roku 1926 opustil inštitút a nastúpil na miesto profesora teoretickej fyziky na Utrechtskej univerzite, Bohr zariadil, aby sa Heisenberg vrátil a zaujal Kramersovo miesto lektora na Kodanskej univerzite. Heisenberg pôsobil v Kodani ako univerzitný lektor a Bohrov asistent v rokoch 1926 až 1927.
Bohr sa presvedčil, že svetlo sa správa ako vlny aj častice, a v roku 1927 experimenty potvrdili de Broglieho hypotézu, že hmota (ako elektróny) sa tiež správa ako vlny. Vymyslel filozofický princíp komplementarity: že predmety môžu mať zdanlivo vzájomne sa vylučujúce vlastnosti, napríklad byť vlnou alebo prúdom častíc, v závislosti od experimentálneho rámca. Domnieval sa, že profesionálni filozofi mu nie celkom rozumejú.
Vo februári 1927 Heisenberg vypracoval prvú verziu princípu neurčitosti a prezentoval ju pomocou myšlienkového experimentu, pri ktorom bol elektrón pozorovaný cez gama mikroskop. Bohr bol s Heisenbergovým argumentom nespokojný, pretože vyžadoval len to, aby meranie narušilo vlastnosti, ktoré už existovali, a nie radikálnejšiu myšlienku, že o vlastnostiach elektrónu nemožno vôbec hovoriť inak ako v kontexte, v ktorom sa merali. V príspevku prednesenom na Voltovej konferencii v Como v septembri 1927 Bohr zdôraznil, že Heisenbergove vzťahy neurčitosti možno odvodiť z klasických úvah o rozlišovacej schopnosti optických prístrojov. Pochopenie skutočného významu komplementarity by si podľa Bohra vyžadovalo „bližšie skúmanie“. Einstein uprednostňoval determinizmus klasickej fyziky pred pravdepodobnostnou novou kvantovou fyzikou, ku ktorej sám prispel. Filozofické otázky, ktoré vyplynuli z nových aspektov kvantovej mechaniky, sa stali široko oslavovanými predmetmi diskusií. Einstein a Bohr viedli o týchto otázkach dobromyseľné spory počas celého života.
V roku 1914 Carl Jacobsen, dedič pivovaru Carlsberg, odkázal svoje sídlo ako čestnú rezidenciu (dánsky Æresbolig) Dánovi, ktorý sa najviac zaslúžil o vedu, literatúru alebo umenie. Prvým nájomníkom bol Harald Høffding a po jeho smrti v júli 1931 Kráľovská dánska akadémia vied a literatúry udelila Bohrovi právo bývania. Spolu s rodinou sa tam presťahoval v roku 1932. Za prezidenta akadémie bol zvolený 17. marca 1939.
V roku 1929 fenomén beta rozpadu podnietil Bohra, aby opäť navrhol upustiť od zákona zachovania energie, ale hypotetické neutríno Enrica Fermiho a následný objav neutrónu v roku 1932 poskytli iné vysvetlenie. To podnietilo Bohra, aby v roku 1936 vytvoril novú teóriu zloženého jadra, ktorá vysvetľovala, ako môžu byť neutróny zachytené jadrom. V tomto modeli sa jadro mohlo deformovať ako kvapka kvapaliny. Pracoval na nej s novým spolupracovníkom, dánskym fyzikom Fritzom Kalckarom, ktorý v roku 1938 náhle zomrel.
Objav jadrového štiepenia Ottom Hahnom v decembri 1938 (a jeho teoretické vysvetlenie Lise Meitnerovou) vyvolal medzi fyzikmi intenzívny záujem. Bohr priniesol túto správu do Spojených štátov, kde 26. januára 1939 otvoril spolu s Fermim piatu washingtonskú konferenciu o teoretickej fyzike. Keď Bohr povedal Georgovi Placzekovi, že sa tým vyriešili všetky záhady transuránových prvkov, Placzek mu povedal, že jedna zostáva: energie záchytu neutrónov uránu sa nezhodujú s energiami jeho rozpadu. Bohr o tom niekoľko minút premýšľal a potom Placzekovi, Léonovi Rosenfeldovi a Johnovi Wheelerovi oznámil, že „som všetko pochopil“. Na základe svojho modelu jadra s kvapkou kvapaliny Bohr dospel k záveru, že za štiepenie tepelnými neutrónmi je zodpovedný predovšetkým izotop uránu 235, a nie hojnejší urán 238. V apríli 1940 John R. Dunning dokázal, že Bohr mal pravdu. Medzitým Bohr a Wheeler vypracovali teoretické spracovanie, ktoré uverejnili v článku „Mechanizmus jadrového štiepenia“ zo septembra 1939.
Heisenberg o Bohrovi povedal, že bol „predovšetkým filozof, nie fyzik“. Bohr čítal dánskeho kresťanského existencialistického filozofa 19. storočia Sørena Kierkegaarda. Richard Rhodes v knihe The Making of the Atomic Bomb tvrdí, že Bohr bol ovplyvnený Kierkegaardom prostredníctvom Høffdinga. V roku 1909 poslal Bohr svojmu bratovi Kierkegaardove Etapy na ceste životom ako darček k narodeninám. V priloženom liste Bohr napísal: „Je to jediná vec, ktorú mám poslať domov; ale neverím, že by bolo veľmi ľahké nájsť niečo lepšie … Dokonca si myslím, že je to jedna z najúžasnejších vecí, aké som kedy čítal.“ Bohrovi sa páčil Kierkegaardov jazyk a literárny štýl, ale spomínal, že s Kierkegaardovou filozofiou trochu nesúhlasí. Niektorí Bohrovi životopisci naznačili, že tento nesúhlas pramenil z toho, že Kierkegaard obhajoval kresťanstvo, zatiaľ čo Bohr bol ateista.
O tom, do akej miery Kierkegaard ovplyvnil Bohrovu filozofiu a vedu, sa vedú spory. David Favrholdt tvrdil, že Kierkegaard mal na Bohrovu prácu minimálny vplyv, pričom Bohrov výrok o nesúhlase s Kierkegaardom považoval za nominálnu hodnotu, zatiaľ čo Jan Faye argumentoval, že človek môže nesúhlasiť s obsahom teórie a zároveň akceptovať jej všeobecné predpoklady a štruktúru.
Kvantová fyzika
O Bohrových názoroch a filozofii kvantovej mechaniky sa neskôr viedlo veľa diskusií. Pokiaľ ide o jeho ontologickú interpretáciu kvantového sveta, Bohr bol považovaný za antirealistu, inštrumentalistu, fenomenologického realistu alebo iný druh realistov. Okrem toho, hoci niektorí považujú Bohra za subjektivistu alebo pozitivistu, väčšina filozofov sa zhoduje, že ide o nesprávne chápanie Bohra, pretože nikdy netvrdil, že je verifikátor alebo že subjekt má priamy vplyv na výsledok merania.
Bohr sa často vyjadroval, že „neexistuje kvantový svet“, ale len „abstraktný kvantový fyzikálny opis“. Toto nepovedal Bohr, ale Aage Petersen, ktorý sa pokúsil zhrnúť Bohrovu filozofiu v spomienke po Bohrovej smrti. N. David Mermin si spomína, ako Victor Weisskopf vyhlásil, že Bohr by nič také nepovedal, a zvolal: „Hanba Aage Petersenovi, že vložil Bohrovi do úst tieto smiešne slová!“
Mnohí vedci tvrdia, že filozofia Immanuela Kanta mala na Bohra silný vplyv. Podobne ako Kant, aj Bohr považoval rozlišovanie medzi skúsenosťou subjektu a objektom za dôležitú podmienku dosiahnutia poznania. To sa dá dosiahnuť len pomocou kauzálnych a priestorovo-časových pojmov na opis skúsenosti subjektu. Podľa Jana Fayeho si teda Bohr myslel, že práve vďaka „klasickým“ pojmom ako „priestor“, „poloha“, „čas“, „kauzalita“ a „hybnosť“ možno hovoriť o objektoch a ich objektívnej existencii. Bohr zastával názor, že základné pojmy ako „čas“ sú zabudované do nášho bežného jazyka a že pojmy klasickej fyziky sú len ich zdokonalením. Preto podľa Bohra musíme na opis experimentov, ktoré sa zaoberajú kvantovým svetom, používať klasické pojmy. Bohr píše:
Rozhodujúce je uvedomiť si, že bez ohľadu na to, ako veľmi javy presahujú rámec klasického fyzikálneho vysvetlenia, musí byť opis všetkých dôkazov vyjadrený v klasických pojmoch. Argumentom je jednoducho to, že slovom „experiment“ označujeme situáciu, v ktorej môžeme ostatným povedať, čo sme urobili a čo sme sa dozvedeli, a že teda opis experimentálneho usporiadania a výsledkov pozorovaní musí byť vyjadrený jednoznačným jazykom s vhodným použitím terminológie klasickej fyziky (APHK, s. 39).
Podľa Fayeho existujú rôzne vysvetlenia, prečo Bohr veril, že klasické pojmy sú potrebné na opis kvantových javov. Faye zoskupuje vysvetlenia do piatich rámcov: empirizmus (kantovské alebo novokantovské modely epistemológie, v ktorých sú klasické predstavy apriórnymi pojmami, ktoré myseľ vnucuje zmyslovým dojmom); pragmatizmus (ktoré sa zameriavajú na to, ako ľudské bytosti empiricky interagujú s atómovými systémami podľa svojich potrieb a záujmov); darvinizmus (t. j. sme prispôsobení používať pojmy klasického typu, na čo sme sa podľa Léona Rosenfelda vyvinuli); experimentalizmus (ktorý sa zameriava striktne na funkciu a výsledky experimentov, ktoré teda musia byť opísané klasicky). Tieto vysvetlenia sa navzájom nevylučujú a niekedy sa zdá, že Bohr zdôrazňuje niektoré z týchto aspektov, zatiaľ čo inokedy sa zameriava na iné prvky. podľa Fayeho „Bohr považoval atóm za skutočný. Atómy nie sú ani heuristické, ani logické konštrukcie.“ Podľa Fayeho však neveril, „že kvantovo-mechanický formalizmus je pravdivý v tom zmysle, že nám poskytuje doslovnú („obrazovú“), a nie symbolickú reprezentáciu kvantového sveta“. Preto Bohrova teória komplementarity „je predovšetkým sémantickým a epistemologickým čítaním kvantovej mechaniky, ktoré nesie určité ontologické dôsledky“. Ako vysvetľuje Faye, Bohrova téza o nedefinovateľnosti spočíva v tom, že
pravdivostné podmienky viet, ktoré atómovému objektu pripisujú určitú kinematickú alebo dynamickú hodnotu, závisia od použitého prístroja tak, že tieto pravdivostné podmienky musia obsahovať odkaz na experimentálne zariadenie, ako aj na skutočný výsledok experimentu.
Faye poznamenáva, že Bohrova interpretácia sa nezmieňuje o „kolapse vlnovej funkcie počas merania“ (a v skutočnosti túto myšlienku nikdy nespomínal). Namiesto toho Bohr „prijal Bornovu štatistickú interpretáciu, pretože veril, že ψ-funkcia má len symbolický význam a nepredstavuje nič skutočné“. Keďže pre Bohra ψ-funkcia nie je doslovnou obrazovou reprezentáciou reality, nemôže existovať žiadny skutočný kolaps vlnovej funkcie.
V najnovšej literatúre sa veľa diskutuje o tom, čo Bohr veril o atómoch a ich realite a či sú niečím iným, ako sa zdajú byť. Niektorí, ako napríklad Henry Folse, tvrdia, že Bohr videl rozdiel medzi pozorovanými javmi a transcendentálnou realitou. Jan Faye s týmto postojom nesúhlasí a zastáva názor, že pre Bohra bol kvantový formalizmus a komplementarita jedinou vecou, ktorú sme mohli povedať o kvantovom svete, a že „v Bohrových spisoch nie sú žiadne ďalšie dôkazy, ktoré by naznačovali, že Bohr by atómovým objektom pripisoval vnútorné a od merania nezávislé stavové vlastnosti (hoci nám celkom nezrozumiteľné a neprístupné) okrem tých klasických, ktoré sa prejavujú pri meraní“.
Nástup nacizmu v Nemecku prinútil mnohých vedcov utiecť zo svojej krajiny, buď preto, že boli Židia, alebo preto, že boli politickými odporcami nacistického režimu. V roku 1933 Rockefellerova nadácia vytvorila fond na podporu utečeneckých vedcov a Bohr o tomto programe diskutoval s prezidentom Rockefellerovej nadácie Maxom Masonom v máji 1933 počas návštevy Spojených štátov. Bohr ponúkol utečencom dočasné pracovné miesta v inštitúte, poskytol im finančnú podporu, zariadil, aby im Rockefellerova nadácia udelila štipendiá, a nakoniec im našiel miesta v inštitúciách po celom svete. Medzi tých, ktorým pomohol, patrili 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 a Victor Weisskopf.
V apríli 1940, na začiatku druhej svetovej vojny, nacistické Nemecko napadlo a okupovalo Dánsko. Aby Nemci nemohli objaviť zlaté Nobelove medaily Maxa von Laueho a Jamesa Francka, Bohr ich nechal de Hevesyho rozpustiť v aqua regia. V tejto podobe boli uložené na polici v inštitúte až do konca vojny, keď sa zlato vyzrážalo a medaily boli znovu vyrazené Nobelovou nadáciou. Bohrova vlastná medaila bola darovaná do aukcie Fondu pre fínsku pomoc a bola vydražená v marci 1940 spolu s medailou Augusta Krogha. Kupec neskôr daroval obe medaily Dánskemu historickému múzeu na zámku Frederiksborg, kde sú uložené dodnes.
Bohr udržal inštitút v chode, ale všetci zahraniční vedci odišli.
Stretnutie s Heisenbergom
Bohr si bol vedomý možnosti použitia uránu 235 na výrobu atómovej bomby, pričom o nej hovoril na prednáškach v Británii a Dánsku krátko pred začiatkom vojny a po nej, ale neveril, že je technicky možné získať dostatočné množstvo uránu 235. V septembri 1941 Heisenberg, ktorý sa stal vedúcim nemeckého projektu jadrovej energie, navštívil Bohra v Kodani. Počas tohto stretnutia sa obaja muži venovali súkromnej chvíli vonku, ktorej obsah vyvolal mnoho špekulácií, keďže obaja podali rozdielne výpovede. podľa Heisenberga sa začal venovať jadrovej energii, morálke a vojne, na čo Bohr zrejme reagoval náhlym ukončením rozhovoru, pričom Heisenbergovi nenaznačil svoje vlastné názory. Ivan Supek, jeden z Heisenbergových študentov a priateľov, tvrdil, že hlavnou témou stretnutia bol Carl Friedrich von Weizsäcker, ktorý navrhol, že sa pokúsi presvedčiť Bohra, aby sprostredkoval mier medzi Britániou a Nemeckom.
V roku 1957 napísal Heisenberg Robertovi Jungkovi, ktorý v tom čase pracoval na knihe Jasnejšie ako tisíc slncí: Osobná história atómových vedcov. Heisenberg vysvetľoval, že navštívil Kodaň, aby Bohrovi oznámil názory viacerých nemeckých vedcov, že výroba jadrovej zbrane je možná s veľkým úsilím, čo vyvoláva obrovskú zodpovednosť svetových vedcov na oboch stranách. Keď Bohr videl Jungkovo vyobrazenie v dánskom preklade knihy, vypracoval (ale nikdy neposlal) Heisenbergovi list, v ktorom uviedol, že nikdy nepochopil účel Heisenbergovej návštevy, bol šokovaný Heisenbergovým názorom, že Nemecko vyhrá vojnu a že atómové zbrane môžu byť rozhodujúce.
Michael Frayn v hre Kodaň z roku 1998 skúma, čo sa mohlo stať na stretnutí Heisenberga a Bohra v roku 1941. Televízna verzia hry BBC bola prvýkrát uvedená 26. septembra 2002, v ktorej Stephen Rea stvárnil Bohra, Daniel Craig Heisenberga a Francesca Annis Margrethe Bohr. Rovnaké stretnutie bolo predtým zdramatizované v roku 1992 v rámci vedeckého dokumentárneho seriálu Horizon BBC s Anthonym Bateom v úlohe Bohra a Philipom Anthonym v úlohe Heisenberga. Stretnutie je zdramatizované aj v nórskom
Projekt Manhattan
V septembri 1943 sa k Bohrovi a jeho bratovi Haraldovi dostala správa, že nacisti považujú ich rodinu za židovskú, keďže ich matka bola Židovka, a že im preto hrozí zatknutie. Dánsky odboj pomohol Bohrovi a jeho manželke 29. septembra utiecť po mori do Švédska. Nasledujúci deň Bohr presvedčil švédskeho kráľa Gustafa V., aby zverejnil ochotu Švédska poskytnúť azyl židovským utečencom. Dňa 2. októbra 1943 švédsky rozhlas odvysielal správu, že Švédsko je pripravené poskytnúť azyl, a vzápätí nasledovala hromadná záchrana dánskych Židov ich krajanmi. Niektorí historici tvrdia, že Bohrove činy viedli priamo k masovej záchrane, zatiaľ čo iní tvrdia, že hoci Bohr urobil pre svojich krajanov všetko, čo mohol, jeho činy nemali rozhodujúci vplyv na širšie udalosti. Do Švédska nakoniec utieklo viac ako 7 000 dánskych Židov.
Keď sa správa o Bohrovom úteku dostala do Británie, lord Cherwell poslal Bohrovi telegram, v ktorom ho žiadal, aby prišiel do Británie. Bohr pricestoval do Škótska 6. októbra v lietadle de Havilland Mosquito, ktoré prevádzkovala spoločnosť British Overseas Airways Corporation (BOAC). Mosquita boli neozbrojené vysokorýchlostné bombardovacie lietadlá, ktoré boli upravené na prepravu malých, cenných nákladov alebo dôležitých cestujúcich. Vďaka tomu, že lietali vysokou rýchlosťou a vo veľkej výške, mohli preletieť Nemcami okupované Nórsko, a pritom sa vyhnúť nemeckým stíhačkám. Bohr, vybavený padákom, leteckou kombinézou a kyslíkovou maskou, strávil trojhodinový let ležiac na matraci v bombovnici lietadla. Počas letu nemal Bohr na hlave leteckú prilbu, pretože bola príliš malá, a preto nepočul pokyn pilota v interkome, aby si zapol prívod kyslíka, keď lietadlo stúpalo do veľkej výšky, aby preletelo nad Nórskom. Omdlel z nedostatku kyslíka a oživil sa, až keď lietadlo kleslo do nižšej výšky nad Severným morom. Bohrov syn Aage nasledoval svojho otca do Británie pri ďalšom lete o týždeň neskôr a stal sa jeho osobným asistentom.
James Chadwick a sir John Anderson Bohra srdečne prijali, ale z bezpečnostných dôvodov sa mu vyhýbali. Dostal byt v St James’s Palace a kanceláriu v tíme pre vývoj jadrových zbraní British Tube Alloys. Bohr bol ohromený dosiahnutým pokrokom. Chadwick zariadil, aby Bohr navštívil Spojené štáty ako konzultant spoločnosti Tube Alloys a Aage ako jeho asistent. Dňa 8. decembra 1943 prišiel Bohr do Washingtonu, kde sa stretol s riaditeľom projektu Manhattan, brigádnym generálom Leslie R. Grovesom Jr. Navštívil Einsteina a Pauliho v Inštitúte pre pokročilé štúdie v Princetone v New Jersey a odišiel do Los Alamos v Novom Mexiku, kde sa navrhovali jadrové zbrane. Z bezpečnostných dôvodov vystupoval v Spojených štátoch pod menom „Nicholas Baker“, zatiaľ čo Aage sa stal „Jamesom Bakerom“. V máji 1944 dánske odbojové noviny De frie Danske informovali, že sa dozvedeli, že „slávny syn Dánska profesor Niels Bohr“ v októbri predchádzajúceho roka utiekol zo svojej krajiny cez Švédsko do Londýna a odtiaľ odcestoval do Moskvy, odkiaľ sa dalo predpokladať, že bude podporovať vojnové úsilie.
Bohr v Los Alamos nezostal, ale v priebehu nasledujúcich dvoch rokov ho niekoľkokrát navštívil. Robert Oppenheimer pripisoval Bohrovi, že pôsobil „ako vedecký otec pre mladších“, najmä Richarda Feynmana. Bohr sa nechal počuť, že povedal: „Pri výrobe atómovej bomby nepotrebovali moju pomoc.“ Oppenheimer Bohrovi pripísal dôležitý prínos k práci na modulovaných neutrónových iniciátoroch. „Toto zariadenie zostávalo tvrdohlavou hádankou,“ poznamenal Oppenheimer, „ale začiatkom februára 1945 Niels Bohr objasnil, čo treba urobiť.“
Bohr si včas uvedomil, že jadrové zbrane zmenia medzinárodné vzťahy. V apríli 1944 dostal list od Petra Kapitzu, ktorý napísal niekoľko mesiacov predtým, keď bol Bohr vo Švédsku, a pozval ho do Sovietskeho zväzu. List presvedčil Bohra, že Sovieti sú si vedomí anglo-amerického projektu a budú sa ho snažiť dobehnúť. Poslal Kapitzovi nezáväznú odpoveď, ktorú pred odoslaním ukázal úradom v Británii. Bohr sa 16. mája 1944 stretol s Churchillom, ale zistil, že „nehovoríme rovnakým jazykom“. Churchill nesúhlasil s myšlienkou otvorenosti voči Rusom do takej miery, že v liste napísal: „Zdá sa mi, že Bohr by mal byť uzavretý alebo v každom prípade by mal vidieť, že je veľmi blízko k hranici smrteľných zločinov.“
Oppenheimer navrhol Bohrovi, aby navštívil prezidenta Franklina D. Roosevelta a presvedčil ho, že projekt Manhattan by mal byť zdieľaný so Sovietmi v nádeji, že sa urýchlia jeho výsledky. Bohrov priateľ, sudca Najvyššieho súdu Felix Frankfurter, informoval prezidenta Roosevelta o Bohrových názoroch a 26. augusta 1944 sa uskutočnilo ich stretnutie. Roosevelt navrhol, aby sa Bohr vrátil do Spojeného kráľovstva a pokúsil sa získať britský súhlas. Keď sa Churchill a Roosevelt stretli 19. septembra 1944 v Hyde Parku, odmietli myšlienku informovať svet o projekte a aide-mémoire ich rozhovoru obsahoval dodatok, že „by sa mali vykonať vyšetrovania týkajúce sa činnosti profesora Bohra a podniknúť kroky na zabezpečenie toho, aby nebol zodpovedný za únik informácií, najmä k Rusom“.
V júni 1950 Bohr adresoval Organizácii Spojených národov „Otvorený list“, v ktorom vyzval na medzinárodnú spoluprácu v oblasti jadrovej energie. V roku 1950, po prvom teste jadrovej zbrane v Sovietskom zväze, bola podľa Bohrovho návrhu vytvorená Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu. V roku 1957 dostal vôbec prvú cenu Atoms for Peace.
Po skončení vojny sa Bohr 25. augusta 1945 vrátil do Kodane a 21. septembra bol opäť zvolený za predsedu Dánskej kráľovskej akadémie vied a umení. Na spomienkovom stretnutí akadémie 17. októbra 1947 za kráľa Christiana X., ktorý zomrel v apríli, nový kráľ Frederick IX. oznámil, že udeľuje Bohrovi Rad slona. Toto vyznamenanie sa zvyčajne udeľovalo len kráľovským osobám a hlavám štátov, ale kráľ povedal, že si ním uctil nielen Bohra osobne, ale aj dánsku vedu. Bohr si navrhol vlastný erb, ktorý obsahoval tajjitu (symbol jin a jang) a motto v latinčine: contraria sunt complementa, „protiklady sa dopĺňajú“.
Druhá svetová vojna ukázala, že veda, a najmä fyzika, si v súčasnosti vyžaduje značné finančné a materiálne zdroje. Aby sa zabránilo odlivu mozgov do Spojených štátov, dvanásť európskych krajín sa spojilo a vytvorilo CERN, výskumnú organizáciu na spôsob národných laboratórií v Spojených štátoch, ktorej cieľom bolo realizovať veľké vedecké projekty presahujúce zdroje každej z nich. Čoskoro sa objavili otázky týkajúce sa najlepšieho umiestnenia zariadení. Bohr a Kramers sa domnievali, že ideálnym miestom by bol inštitút v Kodani. Pierre Auger, ktorý organizoval predbežné diskusie, s tým nesúhlasil; mal pocit, že Bohr aj jeho inštitút sú už za zenitom a že Bohrova prítomnosť by zatienila ostatných. Po dlhej diskusii Bohr vo februári 1952 prisľúbil svoju podporu CERN-u a v októbri bola za miesto vybraná Ženeva. Teoretická skupina CERN-u sídlila v Kodani až do roku 1957, keď bolo pripravené jej nové sídlo v Ženeve. Victor Weisskopf, ktorý sa neskôr stal generálnym riaditeľom CERN-u, zhrnul Bohrovu úlohu slovami: „Boli tu aj iné osobnosti, ktoré začali a vymysleli myšlienku CERN-u. Nadšenie a nápady ostatných ľudí by však nestačili, keby ich nepodporil človek jeho formátu“.
Škandinávske krajiny medzitým v roku 1957 založili Severský inštitút pre teoretickú fyziku, ktorého predsedom sa stal Bohr. Podieľal sa aj na založení Výskumného ústavu Risø Dánskej komisie pre atómovú energiu a od februára 1956 bol jeho prvým predsedom.
Bohr zomrel na zlyhanie srdca vo svojom dome v Carlsbergu 18. novembra 1962. Bol spopolnený a jeho popol bol pochovaný na rodinnom pozemku na cintoríne Assistens v časti Nørrebro v Kodani spolu s rodičmi, bratom Haraldom a synom Christianom. Po rokoch tam bol uložený aj popol jeho manželky. Dňa 7. októbra 1965, v deň jeho 80. narodenín, bol Inštitút teoretickej fyziky na Kodanskej univerzite oficiálne premenovaný na to, ako sa dlhé roky neoficiálne nazýval: Inštitút Nielsa Bohra.
Bohr získal mnohé vyznamenania a ocenenia. Okrem Nobelovej ceny dostal v roku 1921 Hughesovu medailu, v roku 1923 Matteucciho medailu, v roku 1926 Franklinovu medailu, v roku 1938 Copleyho medailu, v roku 1947 Sloní rád, v roku 1957 cenu Atoms for Peace a v roku 1961 Sonningovu cenu. V roku 1923 sa stal zahraničným členom Kráľovskej holandskej akadémie vied a umení a v roku 1926 členom Kráľovskej spoločnosti. Polstoročnicu Bohrovho modelu si Dánsko pripomenulo 21. novembra 1963 poštovou známkou s Bohrovým vyobrazením, atómom vodíka a vzorcom pre rozdiel dvoch energetických hladín vodíka: hν=ϵ2-ϵ1{displaystyle hu =epsilon _{2}-epsilon _{1}}. Niekoľko ďalších krajín vydalo poštové známky s Bohrovým vyobrazením. V roku 1997 začala Dánska národná banka uvádzať do obehu 500-korunovú bankovku s portrétom Bohra fajčiaceho fajku. Dňa 7. októbra 2012 sa pri príležitosti 127. výročia narodenia Nielsa Bohra objavil na domovskej stránke Google Doodle zobrazujúci Bohrov model atómu vodíka. Bol po ňom pomenovaný asteroid 3948 Bohr, mesačný kráter Bohr a chemický prvok bohrium s atómovým číslom 107.
