Zdjęcie w tle: Wikimedia

Nielsa Bohra nikomu przedstawiać nie trzeba – duński fizyk noblista, który był swego rodzaju adwokatem mechaniki kwantowej i interpretacji kopenhaskiej, twórca modelu budowy atomu wodoru. Niels Henrik David Bohr urodził się w 1885 roku w stolicy Danii, Kopenhadze, z którą mocno się związał. Młodszy brat Nielsa był znanym piłkarzem, który pojechał z Danią na Olimpiadę w 1908 roku. Młody Niels Bohr przeniósł się na pewien czas do Manchesteru, w którym pod okiem noblisty Ernesta Rutherforda, znanego między innymi z odkrycia jądra atomu, rozpoczął pracę nad badaniem jądra atomu wodoru. W 1913 roku, po dwóch latach, opublikował swoją pracę, która zmieniła Świat.

Model budowy atomu wodoru

Niels Bohr opublikował pracę, w której by wyjaśnić budowę atomu wodoru, w celu wyjaśnienia obserwacji dokonał dwóch kluczowych założeń ad hoc, o których dziś licealiści uczą się w szkołach:

  • Moment pędu elektronu na orbicie jądra wodoru nie może przyjmować dowolnych wartości, tylko musi być wielokrotnością stałej Diraca. Tylko na takiej orbicie elektron nie promieniuje, co oznacza, że każda inna orbita byłaby niestabilna przez utratę energii kinetycznej.
  • Elektron poruszający się po orbicie nie promieniuje ani nie pochłania fotonów. Elektron może wypromieniować pewną określoną energię tylko, jeśli może tym sposobem spaść na niższą orbitę. By wejść na wyższą orbitę, elektron potrzebuje uzyskać energię od fotonu.

Takie kwantowe założenia pozwoliły wyjaśnić podstawowe zagadnienia budowy atomu wodoru, takie jak energia całkowita elektronu, która zgadzała się z doświadczeniami. Model, mimo że szybko przestarzały i po trzynastu latach zastąpiony przez równanie Schrödingera, był jednym z pierwszych kroków do powstania mechaniki kwantowej. W roku 1922 Niels otrzymał za to nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Debaty z Albertem Einsteinem

Niels w momencie opublikowania pracy był jeszcze przed trzydziestką. Należał do nowego pokolenia fizyków, którzy potrafili zaakceptować odmienność mechaniki kwantowej od fizyki klasycznej. Bohr był orędownikiem najbardziej egzotycznych idei mechaniki kwantowej, w tym zjawiska dualizmu korpuskularno-falowego oraz zasady nieoznaczoności, odkrytej przez jego własnego studenta, Wernera Heisenberga. Znane są kłótnie Nielsa Bohra z Albertem Einsteinem na temat mechaniki kwantowej. Einstein, mimo że do powstania mechaniki kwantowej sam dołożył swoje dwa grosze, odkrywając efekt fotoelektryczny, był sceptyczny wobec nowej dziedziny fizyki i postulował bardziej klasyczne rozumowanie.

Niels Bohr i Albert Einstein. Zdjęcie zostało wykonane w domu Ehrenfesta w Lejdzie, najprawdopodobniej z okazji 50. rocznicy doktoratu Hendrika Lorentza (11 grudnia 1925).

„Bóg nie gra w kości”
– Albert Einstein

„Albercie, nie mów Bogu co ma robić”
– odpowiedź Bohra, gdy Einstein po raz kolejny powtórzył swój słynny aforyzm

Niels Bohr stał na czele interpretacji kopenhaskiej, która zakłada, że pomiar funkcji falowej jest prawdziwie losowy, w czasie gdy Einstein był zdania, że elektron dokładnie wie, gdzie się znajduje jeszcze przed pomiarem. To, kto miał rację, udało się zweryfikować w 1964 roku, dwa lata po śmierci samego Bohra i dziewięć po śmierci Einsteina. John Bell udowodnił wtedy twierdzenie Bella, które, choć nie przyznało pełnej racji interpretacji kopenhaskiej, oznaczało, że Einstein był w błędzie.

Spotkanie z Heisenbergiem podczas okupacji

Jeden z najwybitniejszych studentów Bohra, młody Niemiec noblista Werner Heisenberg, podczas wojny zdecydował się na przewodniczenie nazistowskiemu programowi jądrowemu. W 1941 roku, kiedy Dania była pod niemiecką okupacją, Werner odwiedził swojego byłego wykładowcę. Co do ich rozmowy nie ma pewności, ponieważ po wojnie oboje opowiedzieli zgoła inne wersje wydarzeń. W czasie, gdy Werner twierdził, że chciał zawrzeć pakt o nierozwijaniu broni jądrowej, Bohr opisywał ich rozmowę jako próbę przekonania go do dołączenia do nazistowskiego programu budowy bomby atomowej, na co się nie zgodził. Według Bohra Heisenberg zaakceptował zwycięstwo Niemców podczas II wojny światowej.

Werner Heisenberg oraz Niels Bohr na kopenhaskiej konferencji w 1934 r.

Zainspirowany tą historią pisarz Michael Frayn napisał sztukę Kopenhaga, która przedstawia możliwy przebieg spotkania Bohra i Heisenberga. W 2002 roku powstał również film o tym tytule.

W roku 1943 Bohr uciekł do Szwecji, aby uniknąć aresztowania przez Gestapo. Następnie przez Londyn dostał się do USA. Brał udział przy projekcie Manhattan, lecz nie wniósł do niego dużo, ponieważ jako pacyfista nie chciał brać udziału przy budowie broni atomowej.

Niels Bohr zmarł w 1962 roku w swoim miejscu urodzenia, Kopenhadze. Jego nazwiskiem nazwano pierwiastek o liczbie atomowej 107.

„Ekspert to taki człowiek, który popełnił wszystkie możliwe błędy w bardzo wąskiej dziedzinie”
– Niels Bohr

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor Naczelny Portalu Astronomicznego AstroNET, członek Klubu Astronomicznego Almukantarat. Autor gry planszowej Solar System Voyager.