Niels Bohr: Fakta og relateret indhold
Også kendt som Niels Henrik David Bohr
Født 7. oktober 1885 • København • Danmark
Død 18. november 1962 (77 år gammel) • København • Danmark • (jubilæum om 2 dage)
Awards And Honours Copley Medal (1938) ) • Nobelpris (1922)
Bemærkelsesværdige familiemedlemmer søn Aage N. Bohr • bror Harald August Bohr
Undersøgelsesemner Bohr-model • atom • atommodel • atomteori • komplementaritetsprincip • korrespondanceprincip • væskedråbemodel • kvante
Topspørgsmål
Hvad var Niels Bohrs vigtigste opdagelse?
Niels Bohr foreslog en model af atomet, hvor elektronen kun var i stand til at optage bestemte baner omkring kernen. Denne atommodel var den første til at bruge kvanteteori, idet elektronerne var begrænset til specifikke baner omkring kernen. Bohr brugte sin model til at forklare brints spektrallinjer.
Hvad var Niels Bohrs atommodel?
Niels Bohr modellerede atomet med elektroner, der kun kunne have specifikke stabile baner . Denne model af atomet var den første til at inkorporere kvanteteori. At elektroner kun kunne forekomme i bestemte baner, forklarede, hvorfor elementer som brint udsendte og absorberede lys ved bestemte bølgelængder. Niels Bohr, fuldt ud Niels Henrik David Bohr, (født 7. oktober 1885, København, Danmark – død 18. november 1962, København), dansk fysiker, der i almindelighed anses for at være en af det 20. århundredes fremmeste fysikere. Han var den første til at anvende kvantekonceptet, som begrænser energien i et system til bestemte diskrete værdier, på problemet med atom- og molekylær struktur. For det arbejde modtog han Nobelprisen i fysik i 1922. Hans mangfoldige roller i kvantefysikkens oprindelse og udvikling kan være hans vigtigste bidrag, men gennem hans lange karriere var hans involvering væsentligt bredere, både i og uden for verden af fysik.
Det tidlige liv
Bohr var det andet af tre børn, der blev født i en københavnerfamilie i den øvre middelklasse. Hans mor, Ellen (født Adler), var datter af en fremtrædende jødisk bankmand. Hans far, Christian, blev professor i fysiologi ved Københavns Universitet og blev nomineret to gange til Nobelprisen. Ved at indskrive sig på Københavns Universitet i 1903 var Bohr aldrig i tvivl om, at han ville studere fysik. Forskning og undervisning på det område foregik i trange lokaler på Polyteknisk Institut, der var udlejet til Universitetet til formålet. Bohr opnåede sin doktorgrad i 1911 med en afhandling om elektronteorien om metaller. Den 1. august 1912 giftede Bohr sig med Margrethe Nørlund, og ægteskabet viste sig at være særdeles lykkeligt. Hele sit liv var Margrethe hans mest betroede rådgiver. De havde seks sønner, hvoraf den fjerde, Aage N. Bohr, delte en tredjedel af Nobelprisen i fysik i 1975 som en anerkendelse af den kollektive model for atomkernen, der blev foreslået i begyndelsen af 1950’erne.
Bohrs første bidrag til den nye idé om kvantefysik startede i 1912 under det, der i dag ville blive kaldt postdoktoral forskning i England med Ernest Rutherford ved University of Manchester. Kun året før havde Rutherford og hans samarbejdspartnere fastslået eksperimentelt, at atomet består af en tung positivt ladet kerne med væsentligt lettere negativt ladede elektroner, der cirkulerer omkring den på betydelig afstand. Ifølge klassisk fysik ville et sådant system være ustabilt, og Bohr følte sig tvunget til at postulere i en indholdsrig trilogi af artikler publiceret i The Philosophical Magazine i 1913, at elektroner kun kunne optage bestemte baner bestemt af virkningens kvantum og at elektromagnetisk stråling fra et atom forekom kun, når en elektron hoppede til en kredsløb med lavere energi. Selvom det var radikalt og uacceptabelt for de fleste fysikere på det tidspunkt, var Bohr-atommodellen i stand til at tage højde for et stadigt stigende antal eksperimentelle data, berømt begyndende med spektrallinjerækken udsendt af brint.
Bohrs Institut for Teoretisk Fysik
I foråret 1916 blev Bohr tilbudt et nyt professorat ved Københavns Universitet; dedikeret til teoretisk fysik var det det andet professorat i fysik der. Da der stadig blev drevet fysik i Polyteknisk Instituts trange kvarterer, er det ikke overraskende, at Bohr allerede i foråret 1917 skrev et langt brev til sit fakultet, hvori han bad om oprettelse af et Institut for Teoretisk Fysik. I indvielsestalen for sit nye institut den 3. marts 1921 understregede han for det første, at eksperimenter og eksperimentatorer var uundværlige på et institut for teoretisk fysik for at teste teoretikernes udsagn. For det andet udtrykte han sin ambition om at gøre det nye institut til et sted, hvor den yngre generation af fysikere kunne foreslå nye ideer. Med udgangspunkt i en lille stab nåede Bohrs institut snart disse mål i højeste grad.
Nobelpris
Allerede i sin trilogi fra 1913 havde Bohr søgt at anvende sin teori til forståelsen af grundstoffernes periodiske system. Han forbedrede det aspekt af sit arbejde ind i begyndelsen af 1920’erne, hvor han havde udviklet et udførligt skema, der opbyggede det periodiske system ved at tilføje elektroner en efter en til atomet ifølge hans atommodel. Da Bohr blev tildelt Nobelprisen for sit arbejde i 1922, arbejdede den ungarske fysisk kemiker Georg Hevesy sammen med fysikeren Dirk Coster fra Holland på Bohrs institut på eksperimentelt at fastslå, at det endnu uopdagede atomelement 72 ville opføre sig som forudsagt af Bohrs teori. Det lykkedes i 1923 og beviste dermed både styrken af Bohrs teori og sandheden i praksis af Bohrs ord ved instituttets indvielse om eksperimentets vigtige rolle. Grundstoffet fik navnet hafnium (latin for København).
Københavnsk fortolkning af kvantemekanik
Blandt fysikere, der arbejdede på Bohrs institut mellem verdenskrigene, kom “Københavnerånden” for at betegne det helt specielle sociale miljø der, der omfatter en fuldstændig uformel atmosfære, muligheden for at diskutere fysik uden at bekymre sig om andre forhold, og for de særligt privilegerede den unikke mulighed for at arbejde med Bohr.
Uanset det vigtige eksperimentelle arbejde udført af Hevesy, Coster og andre, var det teoretikerne, der førte an. I 1925 udviklede Werner Heisenberg fra Tyskland den revolutionære kvantemekanik, som i modsætning til sin forgænger, den såkaldte “gamle kvanteteori”, der trak på klassisk fysik, udgjorde en fuldstændig uafhængig teori. I det akademiske år 1926–27 fungerede Heisenberg som Bohrs assistent i København, hvor han formulerede det grundlæggende usikkerhedsprincip som en konsekvens af kvantemekanikken. Bohr, Heisenberg og et par andre fortsatte derefter med at udvikle, hvad der blev kendt som den københavnske fortolkning af kvantemekanik, som stadig giver et begrebsmæssigt grundlag for teorien. Et centralt element i den københavnske fortolkning er Bohrs komplementaritetsprincip, som blev præsenteret første gang i 1927 på en konference i Como, Italien. Ifølge komplementariteten udtrykker et fysisk fænomen sig forskelligt på atomniveau afhængigt af den eksperimentelle opsætning, der bruges til at observere det. Således optræder lys nogle gange som bølger og nogle gange som partikler. For en fuldstændig forklaring skal begge aspekter, som ifølge klassisk fysik er modstridende, tages i betragtning. Den anden tårnhøje fysikfigur i det 20. århundrede, Albert Einstein, accepterede aldrig den københavnske fortolkning, og erklærede berømt imod dens sandsynlige implikationer, at “Gud spiller ikke terninger.” Diskussionerne mellem Bohr og Einstein, især ved to af de berømte serier af Solvay-konferencer i fysik, i 1927 og 1930, udgør en af de mest grundlæggende og inspirerede diskussioner mellem fysikere i det 20. århundrede. Resten af sit liv arbejdede Bohr på at generalisere komplementaritet som en vejledende idé, der gjaldt langt ud over fysikken.
Kernefysik
I begyndelsen af 1930’erne fandt Bohr endnu en gang brug for hans fundraising-evner og hans vision om en frugtbar kombination af teori og eksperiment. Han indså tidligt, at forskningsfronten i teoretisk fysik bevægede sig fra studiet af atomet som helhed til studiet af dets kerne. Bohr henvendte sig til Rockefeller Foundation, hvis “eksperimentelle biologi”-program var designet til at forbedre forholdene for biovidenskaberne. Sammen med Hevesy og den danske fysiolog August Krogh søgte Bohr om støtte til at bygge en cyklotron – en slags partikelaccelerator, der for nylig er opfundet af Ernest O. Lawrence i USA – som et middel til at forfølge biologiske undersøgelser. Selvom Bohr havde til hensigt at bruge cyklotronen primært til undersøgelser inden for kernefysik, kunne den også producere isotoper af elementer involveret i organiske processer, hvilket gør det muligt især at udvide den radioaktive indikatormetode, opfundet og fremmet af Hevesy, til biologiske formål. Udover støtten fra Rockefeller Fonden blev der også bevilget midler til cyklotronen og andet udstyr til at studere kernen til Bohr fra danske kilder.
Spaltning af atomet
Ligesom den tætte forbindelse mellem teori og eksperiment havde vist sig frugtbar for atomfysikken, så kom den samme forbindelse nu til at fungere godt i studiet af kernen. Efter at de tyske fysikere Otto Hahn og Fritz Strassmann i slutningen af 1938 havde gjort den uventede og uforklarede eksperimentelle opdagelse, at et uranatom kan deles i to omtrent lige store halvdele, når det bombarderes med neutroner, er en teoretisk forklaring baseret på Bohrs nyligt foreslåede teori om sammensat kerne blev foreslået af to østrigske fysikere tæt på Bohr-Lise Meitner og hendes nevø Otto Robert Frisch; forklaringen blev hurtigt bekræftet i eksperimenter af Meitner og Frisch på instituttet. På det tidspunkt, i begyndelsen af 1939, var Bohr i USA, hvor et voldsomt kapløb om eksperimentelt at bekræfte den såkaldte fission af kernen begyndte, efter at nyheden om de tyske eksperimenter og deres forklaring var blevet kendt. I USA udførte Bohr et banebrydende arbejde sammen med sin yngre amerikanske kollega John Archibald Wheeler ved Princeton University for at forklare fission teoretisk.
Hjælp flygtningene
Bohr havde mærket konsekvenserne af det nazistiske regime næsten lige så snart Adolf Hitler kom til magten i Tyskland i 1933, da flere af hans kolleger dér var af jødisk afstamning og mistede deres job uden udsigt til en fremtid i deres hjemland. Bohr brugte sine forbindelser med veletablerede fonde – samt den nyoprettede Danske Komité til Støtte for Flygtninge Intellektuelle Arbejdere, hvori han sad i direktionen fra oprettelsen i 1933 – til at få fysikere ud af Tyskland mhp. dem til at tilbringe noget tid på Bohrs institut, før de opnåede fast ansættelse andetsteds, oftest i USA.
Atombomben
Efter opdagelsen af fission var Bohr akut bevidst om den teoretiske mulighed for at lave en atombombe. Men som han meddelte i forelæsninger i Danmark og i Norge lige før den tyske besættelse af begge lande i april 1940, anså han de praktiske vanskeligheder for så uoverkommelige, at de kunne forhindre realiseringen af en bombe før langt efter krigen kunne forventes at være afsluttet. Selv da Heisenberg ved sit besøg i København i 1941 fortalte Bohr om sin rolle i et tysk atombombeprojekt, vaklede Bohr ikke fra den overbevisning. I begyndelsen af 1943 modtog Bohr en hemmelig besked fra sin britiske kollega James Chadwick, hvori han inviterede Bohr til at slutte sig til ham i England for at udføre vigtigt videnskabeligt arbejde. Selvom Chadwicks brev var vagt formuleret, forstod Bohr med det samme, at arbejdet havde at gøre med at udvikle en atombombe. Stadig overbevist om umuligheden af et sådant projekt, svarede Bohr, at der var større behov for ham i det besatte Danmark.
I efteråret 1943 ændrede den politiske situation i Danmark sig dramatisk efter den danske regerings samarbejde med den danske regering. Tyske besættere brød sammen. Efter at være blevet advaret om sin forestående arrestation, flygtede Bohr i båd med sin familie over det smalle sund til Sverige. I Stockholm blev invitationen til England gentaget, og Bohr blev bragt med et militærfly til Skotland og derefter videre til London. Kun få dage senere fik han selskab af sin søn Aage, en spæd fysiker på 21 år, som ville fungere som sin fars uundværlige klangbund under deres fravær fra Danmark. Da Bohr blev orienteret om tilstanden af det allierede atombombeprojekt ved sin ankomst til London, ændrede Bohr øjeblikkeligt sin mening om dets gennemførlighed. Bekymret over et tilsvarende projekt, der blev forfulgt i Tyskland, sluttede Bohr sig villig til det allierede projekt. Da han i flere uger ad gangen deltog i arbejdet i Los Alamos, New Mexico, for at udvikle atombomben, ydede han betydelige tekniske bidrag, især til udformningen af den såkaldte initiativtager til plutoniumbomben. Hans vigtigste rolle var dog at tjene, med J. Robert Oppenheimers ord, “som en videnskabelig skriftefader for de yngre mænd.”
En “åben verden”
Tidligt under sit eksil blev Bohr overbevist om, at eksistensen af bomben “ikke blot ville nødvendiggøre, men også skulle, på grund af den presserende gensidige tillid, lette en ny tilgang til problemerne med internationale forbindelser.” Det første skridt mod at undgå et atomvåbenkapløb efter krigen ville være at informere den allierede i krigen, Sovjetunionen, om projektet. Bohr drog ud på en ensom kampagne, hvor det endda lykkedes ham at få personlige interviews med den britiske premierminister Winston Churchill og den amerikanske præsident Franklin D. Roosevelt. Han var dog ikke i stand til at overbevise nogen af dem om sit synspunkt, men blev i stedet mistænkt af Churchill for at spionere for russerne. Efter krigen fortsatte Bohr i sin mission for, hvad han kaldte en “åben verden” mellem nationer, fortsatte sin fortrolige kontakt med statsmænd og skrev et åbent brev til FN i 1950.
Bohr fik lov til at først vende hjem, efter at atombomben var blevet kastet over Japan i august 1945. I Danmark blev han mødt som en helt, nogle aviser tog endda imod ham med stolthed som den dansker, der havde opfundet atombomben. Han fortsatte med at drive og udvide sit institut, og han var central i efterkrigstidens institutionsopbygning for fysik. På landsplan deltog han i høj grad i etableringen af forskningsanlægget ved Risø ved Roskilde, kun få kilometer uden for København, skabt for at forberede indførelse af atomkraft i Danmark, som dog aldrig er sket. Internationalt deltog han i etableringen af CERN, den europæiske eksperimentelle partikelfysikfacilitet nær Genève, Schweiz, samt af Nordisk Institut for Atomfysik (Nordita) ved siden af hans institut. Bohr efterlod sig en uovertruffen videnskabelig arv, såvel som et institut, der fortsat er et af de førende centre for teoretisk fysik i verden.