Niels bohr
Niels Henrik David Bohr (danés: [ˈne̝ls ˈpoɐ̯ˀ]; 7 de octubre de 1885 - 18 de noviembre de 1962) fue un físico danés que hizo contribuciones fundamentales para comprender la estructura atómica y la teoría cuántica, por lo que recibió el Premio Nobel de Física en 1922. Bohr Fue también filósofo y promotor de la investigación científica.
Bohr desarrolló el modelo de Bohr del átomo, en el que propuso que los niveles de energía de los electrones son discretos y que los electrones giran en órbitas estables alrededor del núcleo atómico pero pueden saltar de un nivel de energía (u órbita) a otro. Aunque el modelo de Bohr ha sido suplantado por otros modelos, sus principios subyacentes siguen siendo válidos. Él concibió el principio de complementariedad: que los elementos podrían analizarse por separado en términos de propiedades contradictorias, como comportarse como una onda o una corriente de partículas. La noción de complementariedad dominó el pensamiento de Bohr tanto en ciencia como en filosofía.
Bohr fundó el Instituto de Física Teórica en la Universidad de Copenhague, ahora conocido como Instituto Niels Bohr, que abrió sus puertas en 1920. Bohr fue mentor y colaboró con físicos como Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy y Werner Heisenberg. Predijo la existencia de un nuevo elemento similar al zirconio, que recibió el nombre de hafnio, por el nombre en latín de Copenhague, donde fue descubierto. Más tarde, el elemento bohrium recibió su nombre.
Durante la década de 1930, Bohr ayudó a los refugiados del nazismo. Después de que Dinamarca fuera ocupada por los alemanes, tuvo una famosa reunión con Heisenberg, quien se había convertido en el jefe del proyecto de armas nucleares alemán. En septiembre de 1943, Bohr se enteró de que estaba a punto de ser arrestado por los alemanes, por lo que huyó a Suecia. Desde allí, voló a Gran Bretaña, donde se unió al proyecto de armas nucleares British Tube Alloys y formó parte de la misión británica al Proyecto Manhattan. Después de la guerra, Bohr hizo un llamado a la cooperación internacional en energía nuclear. Participó en el establecimiento del CERN y el Establecimiento de Investigación Risø de la Comisión Danesa de Energía Atómica y se convirtió en el primer presidente del Instituto Nórdico de Física Teórica en 1957.
Primeros años
Niels Henrik David Bohr nació en Copenhague, Dinamarca, el 7 de octubre de 1885, el segundo de tres hijos de Christian Bohr, profesor de fisiología en la Universidad de Copenhague, y su esposa Ellen née Adler, que procedía de una rica familia de banqueros judíos. Tenía una hermana mayor, Jenny, y un hermano menor, Harald. Jenny se convirtió en maestra, mientras que Harald se convirtió en matemático y futbolista que jugó para el equipo nacional danés en los Juegos Olímpicos de Verano de 1908 en Londres. Niels también era un futbolista apasionado, y los dos hermanos jugaron varios partidos para el Akademisk Boldklub (Academic Football Club) con sede en Copenhague, con Niels como portero.
Bohr fue educado en Gammelholm Latin School, comenzando cuando tenía siete años. En 1903, Bohr se matriculó como estudiante en la Universidad de Copenhague. Su especialidad era la física, que estudió con el profesor Christian Christiansen, el único profesor de física de la universidad en ese momento. También estudió astronomía y matemáticas con el profesor Thorvald Thiele y filosofía con el profesor Harald Høffding, un amigo de su padre.
En 1905, la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras patrocinó una competencia por la medalla de oro para investigar un método para medir la tensión superficial de los líquidos que había sido propuesto por Lord Rayleigh en 1879. Se trataba de medir la frecuencia de oscilación del radio de un chorro de agua. Bohr realizó una serie de experimentos utilizando el laboratorio de su padre en la universidad; la universidad en sí no tenía laboratorio de física. Para completar sus experimentos, tuvo que hacer su propia cristalería, creando tubos de ensayo con las secciones transversales elípticas requeridas. Fue más allá de la tarea original, incorporando mejoras tanto en la teoría de Rayleigh como en su método, teniendo en cuenta la viscosidad del agua y trabajando con amplitudes finitas en lugar de solo infinitesimales. Su ensayo, que presentó en el último minuto, ganó el premio. Más tarde envió una versión mejorada del artículo a la Royal Society de Londres para su publicación en Philosophical Transactions of the Royal Society.
Harald se convirtió en el primero de los dos hermanos Bohr en obtener una maestría, que obtuvo en matemáticas en abril de 1909. Niels tardó otros nueve meses en obtener la suya en la teoría electrónica de los metales, un tema asignado por su supervisor, Christiansen. Posteriormente, Bohr elaboró su tesis de maestría en su tesis mucho más grande de Doctor en Filosofía (dr. phil.). Examinó la literatura sobre el tema y se decidió por un modelo postulado por Paul Drude y elaborado por Hendrik Lorentz, en el que se considera que los electrones de un metal se comportan como un gas. Bohr amplió el modelo de Lorentz, pero aún no pudo explicar fenómenos como el efecto Hall y concluyó que la teoría electrónica no podía explicar completamente las propiedades magnéticas de los metales. La tesis fue aceptada en abril de 1911 y Bohr llevó a cabo su defensa formal el 13 de mayo. Harald había recibido su doctorado el año anterior. La tesis de Bohr fue pionera, pero atrajo poco interés fuera de Escandinavia porque estaba escrita en danés, un requisito de la Universidad de Copenhague en ese momento. En 1921, la física holandesa Hendrika Johanna van Leeuwen derivaría de forma independiente un teorema de la tesis de Bohr que hoy se conoce como el teorema de Bohr-Van Leeuwen.
En 1910, Bohr conoció a Margrethe Nørlund, la hermana del matemático Niels Erik Nørlund. Bohr renunció a su membresía en la Iglesia de Dinamarca el 16 de abril de 1912, y él y Margrethe se casaron en una ceremonia civil en el ayuntamiento de Slagelse el 1 de agosto. Años más tarde, su hermano Harald también dejó la iglesia antes de casarse. Bohr y Margrethe tuvieron seis hijos. El mayor, Christian, murió en un accidente de navegación en 1934, y otro, Harald, sufrió una discapacidad mental grave. Fue colocado en una institución lejos de la casa de su familia a la edad de cuatro años y murió de meningitis infantil seis años después. Aage Bohr se convirtió en un físico exitoso y en 1975 recibió el Premio Nobel de física, como su padre. Un hijo de Aage, Vilhem A. Bohr, es un científico afiliado a la Universidad de Copenhague y al Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de los EE. UU. Hans se convirtió en médico; Erik, ingeniero químico; y Ernest, un abogado. Al igual que su tío Harald, Ernest Bohr se convirtió en atleta olímpico y jugó hockey sobre césped para Dinamarca en los Juegos Olímpicos de verano de 1948 en Londres.
Física
Modelo de Bohr
En septiembre de 1911, Bohr, apoyado por una beca de la Fundación Carlsberg, viajó a Inglaterra, donde se estaba realizando la mayor parte del trabajo teórico sobre la estructura de los átomos y las moléculas. Conoció a J. J. Thomson del Laboratorio Cavendish y del Trinity College de Cambridge. Asistió a conferencias sobre electromagnetismo impartidas por James Jeans y Joseph Larmor, e investigó un poco sobre los rayos catódicos, pero no logró impresionar a Thomson. Tuvo más éxito con físicos más jóvenes como el australiano William Lawrence Bragg y el neozelandés Ernest Rutherford, cuyo modelo del átomo de Rutherford de núcleo central pequeño de 1911 había desafiado el modelo de pudín de pasas de 1904 de Thomson. Bohr recibió una invitación de Rutherford para realizar un trabajo posdoctoral en la Universidad Victoria de Manchester, donde Bohr conoció a George de Hevesy y Charles Galton Darwin (a quien Bohr se refirió como "el nieto del verdadero Darwin").
Bohr regresó a Dinamarca en julio de 1912 para su boda y viajó por Inglaterra y Escocia en su luna de miel. A su regreso, se convirtió en docente privado en la Universidad de Copenhague, dando conferencias sobre termodinámica. Martin Knudsen propuso el nombre de Bohr para un docente, que fue aprobado en julio de 1913, y luego Bohr comenzó a enseñar a los estudiantes de medicina. Sus tres artículos, que luego se hicieron famosos como "la trilogía", se publicaron en Philosophical Magazine en julio, septiembre y noviembre de ese año. Adaptó la estructura nuclear de Rutherford a la teoría cuántica de Max Planck y así creó su modelo del átomo de Bohr.
Los modelos planetarios de los átomos no eran nuevos, pero el tratamiento de Bohr sí lo era. Tomando como punto de partida el artículo de 1912 de Darwin sobre el papel de los electrones en la interacción de las partículas alfa con un núcleo, avanzó la teoría de los electrones que viajan en órbitas de "estados estacionarios" cuantificados. alrededor del núcleo del átomo para estabilizar el átomo, pero no fue hasta su artículo de 1921 que demostró que las propiedades químicas de cada elemento estaban determinadas en gran medida por el número de electrones en las órbitas externas de su átomos Introdujo la idea de que un electrón podría caer desde una órbita de mayor energía a una más baja, emitiendo en el proceso un cuanto de energía discreta. Esto se convirtió en la base de lo que ahora se conoce como la antigua teoría cuántica.
En 1885, Johann Balmer había ideado su serie Balmer para describir las líneas espectrales visibles de un átomo de hidrógeno:
donde λ es la longitud de onda de la luz absorbida o emitida y RH es la constante de Rydberg. La fórmula de Balmer fue corroborada por el descubrimiento de líneas espectrales adicionales, pero durante treinta años nadie pudo explicar por qué funcionaba. En el primer artículo de su trilogía, Bohr pudo derivarlo de su modelo:
donde me es la masa del electrón, e es su carga, h es la constante de Planck y Z es el número atómico del átomo (1 para el hidrógeno).
El primer obstáculo del modelo fue la serie Pickering, líneas que no encajaban en la fórmula de Balmer. Cuando Alfred Fowler le preguntó sobre esto, Bohr respondió que eran causados por helio ionizado, átomos de helio con un solo electrón. Se encontró que el modelo de Bohr funcionaba para tales iones. A muchos físicos mayores, como Thomson, Rayleigh y Hendrik Lorentz, no les gustó la trilogía, pero la generación más joven, incluidos Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born y Arnold Sommerfeld, la vieron como un gran avance. La aceptación de la trilogía se debió enteramente a su capacidad para explicar fenómenos que obstaculizaron otros modelos y para predecir resultados que posteriormente se verificaron mediante experimentos. Hoy en día, el modelo del átomo de Bohr ha sido reemplazado, pero sigue siendo el modelo más conocido del átomo, ya que a menudo aparece en los textos de física y química de la escuela secundaria.
Bohr no disfrutaba enseñar a los estudiantes de medicina. Decidió regresar a Manchester, donde Rutherford le había ofrecido un trabajo como lector en lugar de Darwin, cuyo mandato había expirado. Bohr aceptó. Se ausentó de la Universidad de Copenhague, que comenzó tomando unas vacaciones en el Tirol con su hermano Harald y su tía Hanna Adler. Allí visitó la Universidad de Göttingen y la Universidad Ludwig Maximilian de Munich, donde conoció a Sommerfeld y realizó seminarios sobre la trilogía. La Primera Guerra Mundial estalló mientras estaban en el Tirol, lo que complicó enormemente el viaje de regreso a Dinamarca y el posterior viaje de Bohr con Margrethe a Inglaterra, donde llegó en octubre de 1914. Se quedaron hasta julio de 1916, momento en el que ya había sido designado para ocupar la Cátedra de Física Teórica en la Universidad de Copenhague, cargo creado especialmente para él. Su docencia fue abolida al mismo tiempo, por lo que todavía tenía que enseñar física a los estudiantes de medicina. Los nuevos profesores fueron presentados formalmente al rey Christian X, quien expresó su alegría por conocer a un jugador de fútbol tan famoso.
Instituto de Física
En abril de 1917, Bohr inició una campaña para establecer un Instituto de Física Teórica. Obtuvo el apoyo del gobierno danés y de la Fundación Carlsberg, y la industria y los donantes privados también hicieron contribuciones considerables, muchos de ellos judíos. La legislación que estableció el instituto se aprobó en noviembre de 1918. Ahora conocido como Instituto Niels Bohr, abrió el 3 de marzo de 1921, con Bohr como director. Su familia se mudó a un apartamento en el primer piso. El instituto de Bohr sirvió como punto focal para los investigadores de la mecánica cuántica y temas relacionados en las décadas de 1920 y 1930, cuando la mayoría de los físicos teóricos más conocidos del mundo pasaron algún tiempo en su empresa. Los primeros en llegar incluyeron a Hans Kramers de los Países Bajos, Oskar Klein de Suecia, George de Hevesy de Hungría, Wojciech Rubinowicz de Polonia y Svein Rosseland de Noruega. Bohr llegó a ser muy apreciado como su simpático anfitrión y eminente colega. Klein y Rosseland produjeron la primera publicación del instituto incluso antes de que abriera.
El modelo de Bohr funcionó bien para el hidrógeno y el helio de un solo electrón ionizado que impresionó a Einstein, pero no pudo explicar elementos más complejos. En 1919, Bohr se estaba alejando de la idea de que los electrones orbitaban alrededor del núcleo y desarrolló heurísticas para describirlos. Los elementos de tierras raras plantearon un problema de clasificación particular para los químicos, porque eran muy similares químicamente. Un desarrollo importante se produjo en 1924 con el descubrimiento de Wolfgang Pauli del principio de exclusión de Pauli, que puso los modelos de Bohr sobre una base teórica firme. Bohr pudo entonces declarar que el elemento 72, aún no descubierto, no era un elemento de tierras raras, sino un elemento con propiedades químicas similares a las del circonio. (Los elementos habían sido predichos y descubiertos desde 1871 por sus propiedades químicas) y Bohr fue cuestionado de inmediato por el químico francés Georges Urbain, quien afirmó haber descubierto un elemento de tierras raras 72, al que llamó "celtium". En el Instituto de Copenhague, Dirk Coster y George de Hevesy aceptaron el desafío de demostrar que Bohr tenía razón y Urbain no. Comenzar con una idea clara de las propiedades químicas del elemento desconocido simplificó enormemente el proceso de búsqueda. Revisaron muestras del Museo de Mineralogía de Copenhague en busca de un elemento similar al circonio y pronto lo encontraron. El elemento, al que llamaron hafnio (Hafnia es el nombre en latín de Copenhague) resultó ser más común que el oro.
En 1922, Bohr recibió el Premio Nobel de Física "por sus servicios en la investigación de la estructura de los átomos y de la radiación que emana de ellos". Así, el premio reconoció tanto la Trilogía como sus primeros trabajos destacados en el campo emergente de la mecánica cuántica. Para su conferencia Nobel, Bohr le dio a su audiencia una revisión completa de lo que se sabía sobre la estructura del átomo, incluido el principio de correspondencia, que había formulado. Esta establece que el comportamiento de los sistemas descrito por la teoría cuántica reproduce la física clásica en el límite de los grandes números cuánticos.
El descubrimiento de la dispersión de Compton por Arthur Holly Compton en 1923 convenció a la mayoría de los físicos de que la luz estaba compuesta de fotones y que la energía y el momento se conservaban en colisiones entre electrones y fotones. En 1924, Bohr, Kramers y John C. Slater, un físico estadounidense que trabajaba en el Instituto de Copenhague, propusieron la teoría Bohr-Kramers-Slater (BKS). Era más un programa que una teoría física completa, ya que las ideas que desarrolló no se elaboraron cuantitativamente. La teoría BKS se convirtió en el intento final de comprender la interacción de la materia y la radiación electromagnética sobre la base de la antigua teoría cuántica, en la que los fenómenos cuánticos se trataban imponiendo restricciones cuánticas en una descripción de onda clásica del campo electromagnético.
Modelado del comportamiento atómico bajo radiación electromagnética incidente utilizando "osciladores virtuales" en las frecuencias de absorción y emisión, en lugar de las (diferentes) frecuencias aparentes de las órbitas de Bohr, llevó a Max Born, Werner Heisenberg y Kramers a explorar diferentes modelos matemáticos. Condujeron al desarrollo de la mecánica matricial, la primera forma de mecánica cuántica moderna. La teoría BKS también generó discusión y atención renovada a las dificultades en los fundamentos de la antigua teoría cuántica. El elemento más provocador de BKS, que el impulso y la energía no necesariamente se conservarían en cada interacción, sino solo estadísticamente, pronto se demostró que estaba en conflicto con los experimentos realizados por Walther Bothe y Hans Geiger. A la luz de estos resultados, Bohr informó a Darwin que "no hay nada más que hacer que brindar a nuestros esfuerzos revolucionarios un funeral tan honorable como sea posible".
Mecánica cuántica
La introducción del giro por parte de George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit en noviembre de 1925 fue un hito. El mes siguiente, Bohr viajó a Leiden para asistir a las celebraciones del 50 aniversario de la recepción del doctorado de Hendrick Lorentz. Cuando su tren se detuvo en Hamburgo, fue recibido por Wolfgang Pauli y Otto Stern, quienes le pidieron su opinión sobre la teoría del espín. Bohr señaló que le preocupaba la interacción entre los electrones y los campos magnéticos. Cuando llegó a Leiden, Paul Ehrenfest y Albert Einstein le informaron a Bohr que Einstein había resuelto este problema usando la relatividad. Bohr luego hizo que Uhlenbeck y Goudsmit incorporaran esto en su artículo. Así, cuando se encontró con Werner Heisenberg y Pascual Jordan en Göttingen en el camino de regreso, se había convertido, en sus propias palabras, en 'un profeta del evangelio del imán electrónico'.
Heisenberg llegó por primera vez a Copenhague en 1924, luego regresó a Göttingen en junio de 1925 y poco después desarrolló los fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica. Cuando mostró sus resultados a Max Born en Göttingen, Born se dio cuenta de que podían expresarse mejor usando matrices. Este trabajo atrajo la atención del físico británico Paul Dirac, quien vino a Copenhague durante seis meses en septiembre de 1926. El físico austriaco Erwin Schrödinger también visitó en 1926. Su intento de explicar la física cuántica en términos clásicos utilizando la mecánica ondulatoria impresionó a Bohr, quien lo creyó. contribuyó 'tanto a la claridad y simplicidad matemática que representa un avance gigantesco sobre todas las formas anteriores de mecánica cuántica'.
Cuando Kramers dejó el instituto en 1926 para ocupar una cátedra como profesor de física teórica en la Universidad de Utrecht, Bohr dispuso que Heisenberg regresara y ocupara el lugar de Kramers como lector en la Universidad de Copenhague. Heisenberg trabajó en Copenhague como profesor universitario y asistente de Bohr desde 1926 hasta 1927.
Bohr se convenció de que la luz se comportaba como ondas y partículas y, en 1927, los experimentos confirmaron la hipótesis de De Broglie de que la materia (como los electrones) también se comportaba como ondas. Concibió el principio filosófico de la complementariedad: que los elementos podrían tener propiedades aparentemente mutuamente excluyentes, como ser una onda o una corriente de partículas, según el marco experimental. Sintió que los filósofos profesionales no lo entendían completamente.
En febrero de 1927, Heisenberg desarrolló la primera versión del principio de incertidumbre y lo presentó mediante un experimento mental en el que se observaba un electrón a través de un microscopio de rayos gamma. Bohr no estaba satisfecho con el argumento de Heisenberg, ya que solo requería que una medida alterara las propiedades que ya existían, en lugar de la idea más radical de que las propiedades del electrón no podían discutirse en absoluto aparte del contexto en el que estaban. medido en. En un documento presentado en la Conferencia Volta en Como en septiembre de 1927, Bohr enfatizó que las relaciones de incertidumbre de Heisenberg podrían derivarse de consideraciones clásicas sobre el poder de resolución de los instrumentos ópticos. Comprender el verdadero significado de la complementariedad requeriría, creía Bohr, una "investigación más detallada". Einstein prefirió el determinismo de la física clásica a la nueva física cuántica probabilística a la que él mismo había contribuido. Las cuestiones filosóficas que surgieron de los aspectos novedosos de la mecánica cuántica se convirtieron en temas de debate muy celebrados. Einstein y Bohr mantuvieron discusiones afables sobre estos temas a lo largo de sus vidas.
En 1914, Carl Jacobsen, el heredero de las cervecerías Carlsberg, legó su mansión (la Residencia Honoraria de Carlsberg, actualmente conocida como Academia Carlsberg) para que la usara de por vida el danés que había hecho la contribución más destacada a la ciencia, la literatura o la arts, como residencia honoraria (danés: Æresbolig). Harald Høffding había sido el primer ocupante y, tras su muerte en julio de 1931, la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras otorgó la ocupación a Bohr. Él y su familia se mudaron allí en 1932. Fue elegido presidente de la Academia el 17 de marzo de 1939.
En 1929, el fenómeno de la desintegración beta llevó a Bohr a sugerir de nuevo que se abandonara la ley de conservación de la energía, pero el neutrino hipotético de Enrico Fermi y el subsiguiente descubrimiento del neutrón en 1932 proporcionaron otra explicación. Esto llevó a Bohr a crear una nueva teoría del núcleo compuesto en 1936, que explicaba cómo el núcleo podía capturar los neutrones. En este modelo, el núcleo podría deformarse como una gota de líquido. Trabajó en esto con un nuevo colaborador, el físico danés Fritz Kalckar, quien murió repentinamente en 1938.
El descubrimiento de la fisión nuclear por Otto Hahn en diciembre de 1938 (y su explicación teórica por parte de Lise Meitner) generó un gran interés entre los físicos. Bohr trajo la noticia a los Estados Unidos donde abrió la Quinta Conferencia de Washington sobre Física Teórica con Fermi el 26 de enero de 1939. Cuando Bohr le dijo a George Placzek que esto resolvía todos los misterios de los elementos transuránicos, Placzek le dijo que quedaba uno: la captura de neutrones. las energías del uranio no coincidían con las de su desintegración. Bohr lo pensó durante unos minutos y luego anunció a Placzek, Léon Rosenfeld y John Wheeler que "lo he entendido todo". Basándose en su modelo de gota líquida del núcleo, Bohr concluyó que era el isótopo uranio-235 y no el uranio-238 más abundante el principal responsable de la fisión con neutrones térmicos. En abril de 1940, John R. Dunning demostró que Bohr estaba en lo cierto. Mientras tanto, Bohr y Wheeler desarrollaron un tratamiento teórico que publicaron en un artículo de septiembre de 1939 sobre "El mecanismo de la fisión nuclear".
Filosofía
Heisenberg dijo de Bohr que era "principalmente un filósofo, no un físico". Bohr leyó al filósofo existencialista cristiano danés del siglo XIX Søren Kierkegaard. Richard Rhodes argumentó en La fabricación de la bomba atómica que Bohr fue influenciado por Kierkegaard a través de Høffding. En 1909, Bohr envió a su hermano Kierkegaard Stages on Life's Way como regalo de cumpleaños. En la carta adjunta, Bohr escribió: 'Es lo único que tengo que enviar a casa; pero no creo que sea muy fácil encontrar algo mejor... Incluso creo que es una de las cosas más deliciosas que he leído." Bohr disfrutó del lenguaje y el estilo literario de Kierkegaard, pero mencionó que tenía cierto desacuerdo con la filosofía de Kierkegaard. Algunos de los biógrafos de Bohr sugirieron que este desacuerdo surgió de la defensa del cristianismo por parte de Kierkegaard, mientras que Bohr era ateo.
Ha habido cierta controversia sobre la medida en que Kierkegaard influyó en la filosofía y la ciencia de Bohr. David Favrholdt argumentó que Kierkegaard tuvo una influencia mínima sobre el trabajo de Bohr, tomando la declaración de Bohr sobre el desacuerdo con Kierkegaard al pie de la letra, mientras que Jan Faye argumentó que uno puede estar en desacuerdo con el contenido de una teoría y aceptar sus premisas generales. y estructura
Física cuántica
Ha habido mucho debate y discusión posterior sobre los puntos de vista y la filosofía de la mecánica cuántica de Bohr. En cuanto a su interpretación ontológica del mundo cuántico, Bohr ha sido visto como un antirrealista, un instrumentista, un realista fenomenológico o algún otro tipo de realista. Además, aunque algunos han visto a Bohr como subjetivista o positivista, la mayoría de los filósofos están de acuerdo en que esto es un malentendido de Bohr, ya que nunca defendió el verificacionismo o la idea de que el sujeto tenía un impacto directo en el resultado de una medición.
Bohr ha sido citado a menudo diciendo que "no existe un mundo cuántico" pero solo una 'descripción física cuántica abstracta'. Esto no fue dicho por Bohr, sino por Aage Petersen intentando resumir la filosofía de Bohr en una reminiscencia después de la muerte de Bohr. N. David Mermin recordó a Victor Weisskopf declarando que Bohr no habría dicho nada por el estilo y exclamando: "¡Qué vergüenza Aage Petersen por poner esas ridículas palabras en boca de Bohr!".
Numerosos estudiosos han argumentado que la filosofía de Immanuel Kant tuvo una fuerte influencia en Bohr. Al igual que Kant, Bohr pensó que distinguir entre la experiencia del sujeto y el objeto era una condición importante para alcanzar el conocimiento. Esto solo se puede hacer mediante el uso de conceptos causales y espacio-temporales para describir la experiencia del sujeto. Por lo tanto, según Jan Faye, Bohr pensó que se debe a la "clásica" conceptos como "espacio", "posición", "tiempo," "causalidad" y "impulso" que se puede hablar de objetos y de su existencia objetiva. Bohr sostuvo que conceptos básicos como "tiempo" están integrados en nuestro lenguaje ordinario y que los conceptos de la física clásica son simplemente un refinamiento de ellos. Por lo tanto, para Bohr, necesitamos usar conceptos clásicos para describir experimentos que traten con el mundo cuántico. Bohr escribe:
Es decisivo reconocer que, sin embargo, los fenómenos trascienden el alcance de la explicación física clásica, la cuenta de todas las pruebas debe expresarse en términos clásicos. El argumento es simplemente que por la palabra 'experimento' nos referimos a una situación en la que podemos decir a otros lo que hemos hecho y lo que hemos aprendido y que, por lo tanto, la cuenta del arreglo experimental y de los resultados de las observaciones debe expresarse en un lenguaje inequívoco con la aplicación adecuada de la terminología de la física clásica (APHK, pág. 39).
Según Faye, hay varias explicaciones de por qué Bohr creía que los conceptos clásicos eran necesarios para describir los fenómenos cuánticos. Faye agrupa las explicaciones en cinco marcos: empirismo (es decir, positivismo lógico); el kantianismo (o modelos neokantianos de epistemología en los que las ideas clásicas son conceptos a priori que la mente impone a las impresiones sensoriales); Pragmatismo (que se enfoca en cómo los seres humanos interactúan experiencialmente con los sistemas atómicos de acuerdo con sus necesidades e intereses); darwinismo (es decir, estamos adaptados para usar conceptos de tipo clásico, que Léon Rosenfeld dijo que evolucionamos para usar); y Experimentalismo (que se centra estrictamente en la función y el resultado de los experimentos que, por lo tanto, deben describirse de forma clásica). Estas explicaciones no son mutuamente excluyentes, y en ocasiones Bohr parece enfatizar algunos de estos aspectos mientras que en otras ocasiones se enfoca en otros elementos. Según Faye 'Bohr pensaba que el átomo era real. Los átomos no son construcciones heurísticas ni lógicas." Sin embargo, según Faye, él no creía "que el formalismo de la mecánica cuántica fuera cierto en el sentido de que nos diera una representación literal ("pictórica") en lugar de una representación simbólica del mundo cuántico". " Por lo tanto, la teoría de la complementariedad de Bohr "es ante todo una lectura semántica y epistemológica de la mecánica cuántica que conlleva ciertas implicaciones ontológicas". Como explica Faye, la tesis de la indefinibilidad de Bohr es que
las condiciones de verdad de las oraciones que atribuyen un determinado valor cinemático o dinámico a un objeto atómico dependen del aparato involucrado, de tal manera que estas condiciones de verdad tienen que incluir referencia a la configuración experimental, así como el resultado real del experimento.
Faye señala que la interpretación de Bohr no hace referencia a un "colapso de la función de onda durante las mediciones" (y de hecho, nunca mencionó esta idea). En cambio, Bohr "aceptó la interpretación estadística de Born porque creía que la función ψ solo tiene un significado simbólico y no representa nada real". Dado que para Bohr, la función ψ no es una representación pictórica literal de la realidad, no puede haber un colapso real de la función de onda.
Un punto muy debatido en la literatura reciente es qué creía Bohr sobre los átomos y su realidad y si son algo más de lo que parecen ser. Algunos como Henry Folse argumentan que Bohr vio una distinción entre los fenómenos observados y una realidad trascendental. Jan Faye no está de acuerdo con esta posición y sostiene que para Bohr, el formalismo cuántico y la complementariedad era lo único que podíamos decir sobre el mundo cuántico y que "no hay más evidencia en los escritos de Bohr que indique que Bohr atribuye propiedades de estado intrínsecas e independientes de la medición a los objetos atómicos (aunque bastante ininteligibles e inaccesibles para nosotros) además de las clásicas que se manifiestan en la medición."
Nazismo y Segunda Guerra Mundial
El surgimiento del nazismo en Alemania llevó a muchos académicos a huir de sus países, ya sea porque eran judíos o porque eran oponentes políticos del régimen nazi. En 1933, la Fundación Rockefeller creó un fondo para ayudar a los académicos refugiados, y Bohr discutió este programa con el presidente de la Fundación Rockefeller, Max Mason, en mayo de 1933 durante una visita a los Estados Unidos. Bohr ofreció a los refugiados trabajos temporales en el instituto, les brindó apoyo financiero, hizo arreglos para que obtuvieran becas de la Fundación Rockefeller y, finalmente, les encontró lugares en instituciones de todo el mundo. Entre los que ayudó se encontraban 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 y Victor Weisskopf.
En abril de 1940, a principios de la Segunda Guerra Mundial, la Alemania nazi invadió y ocupó Dinamarca. Para evitar que los alemanes descubrieran las medallas de oro del Nobel de Max von Laue y James Franck, Bohr hizo que De Hevesy las disolviera en agua regia. De esta forma, se almacenaron en un estante en el Instituto hasta después de la guerra, cuando se precipitó el oro y la Fundación Nobel volvió a acuñar las medallas. La propia medalla de Bohr había sido donada a una subasta del Fondo para el Alivio de Finlandia y fue subastada en marzo de 1940, junto con la medalla de August Krogh. Posteriormente, el comprador donó las dos medallas al Museo Histórico Danés en el castillo de Frederiksborg, donde aún se conservan.
Bohr mantuvo el Instituto funcionando, pero todos los académicos extranjeros se fueron.
Reunión con Heisenberg
Bohr estaba al tanto de la posibilidad de usar uranio-235 para construir una bomba atómica, y se refirió a él en conferencias en Gran Bretaña y Dinamarca poco antes y después de que comenzara la guerra, pero no creía que fuera técnicamente factible extraer un cantidad suficiente de uranio-235. En septiembre de 1941, Heisenberg, que se había convertido en jefe del proyecto alemán de energía nuclear, visitó a Bohr en Copenhague. Durante esta reunión, los dos hombres tuvieron un momento privado afuera, cuyo contenido ha causado mucha especulación, ya que ambos dieron versiones diferentes. Según Heisenberg, comenzó a abordar la energía nuclear, la moralidad y la guerra, a lo que Bohr parece haber reaccionado terminando la conversación abruptamente sin darle pistas a Heisenberg sobre sus propias opiniones. Ivan Supek, uno de los estudiantes y amigos de Heisenberg, afirmó que el tema principal de la reunión era Carl Friedrich von Weizsäcker, quien había propuesto tratar de persuadir a Bohr para mediar en la paz entre Gran Bretaña y Alemania.
En 1957, Heisenberg le escribió a Robert Jungk, quien entonces estaba trabajando en el libro Más brillante que mil soles: una historia personal de los científicos atómicos. Heisenberg explicó que había visitado Copenhague para comunicarle a Bohr los puntos de vista de varios científicos alemanes, que la producción de un arma nuclear era posible con grandes esfuerzos, y esto planteaba enormes responsabilidades para los científicos de ambos lados del mundo. Cuando Bohr vio la descripción de Jungk en la traducción danesa del libro, redactó (pero nunca envió) una carta a Heisenberg, afirmando que nunca entendió el propósito de la visita de Heisenberg, estaba sorprendido por Heisenberg. Su opinión de que Alemania ganaría la guerra y que las armas atómicas podrían ser decisivas.
La obra de teatro Copenhagen de Michael Frayn de 1998 explora lo que podría haber sucedido en la reunión de 1941 entre Heisenberg y Bohr. Una versión cinematográfica de la obra para televisión de la BBC se proyectó por primera vez el 26 de septiembre de 2002, con Stephen Rea como Bohr, Daniel Craig como Heisenberg y Francesca Annis como Margrethe Bohr. La misma reunión había sido previamente dramatizada por la serie de documentales científicos Horizon de la BBC en 1992, con Anthony Bate como Bohr y Philip Anthony como Heisenberg. La reunión también está dramatizada en la miniserie noruega/danesa/británica The Heavy Water War.
Proyecto Manhattan
En septiembre de 1943, Bohr y su hermano Harald recibieron la noticia de que los nazis consideraban que su familia era judía, ya que su madre era judía, y que por lo tanto estaban en peligro de ser arrestados. La resistencia danesa ayudó a Bohr y su esposa a escapar por mar a Suecia el 29 de septiembre. Al día siguiente, Bohr persuadió al rey Gustavo V de Suecia para que hiciera pública la voluntad de Suecia de brindar asilo a los refugiados judíos. El 2 de octubre de 1943, la radio sueca transmitió que Suecia estaba lista para ofrecer asilo, y el rescate masivo de los judíos daneses por parte de sus compatriotas siguió rápidamente a partir de entonces. Algunos historiadores afirman que las acciones de Bohr condujeron directamente al rescate masivo, mientras que otros dicen que, aunque Bohr hizo todo lo que pudo por sus compatriotas, sus acciones no fueron una influencia decisiva en los eventos más amplios. Eventualmente, más de 7000 judíos daneses escaparon a Suecia.
Cuando la noticia de la fuga de Bohr llegó a Gran Bretaña, Lord Cherwell envió un telegrama a Bohr pidiéndole que fuera a Gran Bretaña. Bohr llegó a Escocia el 6 de octubre en un de Havilland Mosquito operado por British Overseas Airways Corporation (BOAC). Los Mosquito eran aviones bombarderos de alta velocidad desarmados que se habían convertido para transportar cargas pequeñas y valiosas o pasajeros importantes. Al volar a gran velocidad y gran altitud, podrían cruzar la Noruega ocupada por los alemanes y, sin embargo, evitar a los cazas alemanes. Bohr, equipado con paracaídas, traje de vuelo y máscara de oxígeno, pasó las tres horas de vuelo acostado sobre un colchón en la bahía de bombas del avión. Durante el vuelo, Bohr no usó su casco de vuelo porque era demasiado pequeño y, en consecuencia, no escuchó las instrucciones del intercomunicador del piloto para encender su suministro de oxígeno cuando el avión ascendió a gran altura para sobrevolar Noruega. Se desmayó por falta de oxígeno y solo revivió cuando el avión descendió a una altitud más baja sobre el Mar del Norte. El hijo de Bohr, Aage, siguió a su padre a Gran Bretaña en otro vuelo una semana después y se convirtió en su asistente personal.
Bohr fue cálidamente recibido por James Chadwick y Sir John Anderson, pero por razones de seguridad, Bohr no fue visto. Le dieron un apartamento en St James's Palace y una oficina con el equipo de desarrollo de armas nucleares de British Tube Alloys. Bohr estaba asombrado por la cantidad de progreso que se había hecho. Chadwick hizo arreglos para que Bohr visitara los Estados Unidos como consultor de Tube Alloys, con Aage como su asistente. El 8 de diciembre de 1943, Bohr llegó a Washington, D.C., donde se reunió con el director del Proyecto Manhattan, el general de brigada Leslie R. Groves Jr. Visitó a Einstein y Pauli en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey, y fue a Los Álamos en Nuevo México, donde se estaban diseñando las armas nucleares. Por razones de seguridad, se hizo llamar "Nicholas Baker" en los Estados Unidos, mientras que Aage se convirtió en 'James Baker'. En mayo de 1944, el periódico de la resistencia danesa De frie Danske informó que se habían enterado de que 'el famoso hijo de Dinamarca, el profesor Niels Bohr' en octubre del año anterior había huido de su país vía Suecia a Londres y desde allí viajó a Moscú desde donde se suponía que apoyaría el esfuerzo bélico.
Bohr no se quedó en Los Álamos, sino que realizó una serie de visitas prolongadas en el transcurso de los siguientes dos años. Robert Oppenheimer le dio crédito a Bohr por actuar 'como una figura paterna científica para los hombres más jóvenes', sobre todo para Richard Feynman. Se cita a Bohr diciendo: "No necesitaron mi ayuda para fabricar la bomba atómica". Oppenheimer le dio crédito a Bohr por una importante contribución al trabajo sobre iniciadores de neutrones modulados. "Este dispositivo siguió siendo un rompecabezas obstinado," Oppenheimer señaló, "pero a principios de febrero de 1945, Niels Bohr aclaró lo que había que hacer".
Bohr reconoció pronto que las armas nucleares cambiarían las relaciones internacionales. En abril de 1944, recibió una carta de Peter Kapitza, escrita unos meses antes cuando Bohr estaba en Suecia, invitándolo a venir a la Unión Soviética. La carta convenció a Bohr de que los soviéticos estaban al tanto del proyecto angloamericano y se esforzarían por ponerse al día. Le envió a Kapitza una respuesta evasiva, que mostró a las autoridades en Gran Bretaña antes de publicarla. Bohr conoció a Churchill el 16 de mayo de 1944, pero descubrió que "no hablábamos el mismo idioma". Churchill no estuvo de acuerdo con la idea de apertura hacia los rusos hasta el punto de que escribió en una carta: "Me parece que Bohr debería ser confinado o al menos hacerle ver que está muy cerca del borde de los crímenes mortales".."
Oppenheimer sugirió que Bohr visitara al presidente Franklin D. Roosevelt para convencerlo de que el Proyecto Manhattan debería compartirse con los soviéticos con la esperanza de acelerar sus resultados. El amigo de Bohr, el juez de la Corte Suprema Felix Frankfurter, informó al presidente Roosevelt sobre las opiniones de Bohr, y el 26 de agosto de 1944 se llevó a cabo una reunión entre ellos. Roosevelt sugirió que Bohr regresara al Reino Unido para tratar de ganar la aprobación. Cuando Churchill y Roosevelt se reunieron en Hyde Park el 19 de septiembre de 1944, rechazaron la idea de informar al mundo sobre el proyecto, y el aide-mémoire de su conversación contenía una cláusula que decía que "se deben realizar consultas sobre las actividades del profesor". Bohr y las medidas adoptadas para garantizar que no sea responsable de ninguna fuga de información, en particular a los rusos.
En junio de 1950, Bohr dirigió una "Carta abierta" a las Naciones Unidas llamando a la cooperación internacional en materia de energía nuclear. En la década de 1950, después de la primera prueba de armas nucleares de la Unión Soviética, se creó la Agencia Internacional de Energía Atómica siguiendo las líneas de la sugerencia de Bohr. En 1957 recibió el primer premio Atoms for Peace.
Años posteriores
Con la guerra ahora terminada, Bohr regresó a Copenhague el 25 de agosto de 1945 y fue reelegido presidente de la Real Academia Danesa de las Artes y las Ciencias el 21 de septiembre. En una reunión conmemorativa de la Academia el 17 de octubre de 1947 para el rey Christian X, que había muerto en abril, el nuevo rey, Federico IX, anunció que otorgaría la Orden del Elefante a Bohr. Este premio normalmente se otorgaba solo a la realeza y los jefes de estado, pero el rey dijo que honraba no solo a Bohr personalmente, sino también a la ciencia danesa. Bohr diseñó su propio escudo de armas que presentaba un taijitu (símbolo del yin y el yang) y un lema en latín: contraria sunt complementa, "los opuestos son complementarios".
La Segunda Guerra Mundial demostró que la ciencia, y la física en particular, ahora requerían considerables recursos financieros y materiales. Para evitar una fuga de cerebros a los Estados Unidos, doce países europeos se unieron para crear el CERN, una organización de investigación similar a los laboratorios nacionales de los Estados Unidos, diseñada para emprender proyectos de Big Science más allá de los recursos de cualquiera de ellos por sí solo. Pronto surgieron preguntas sobre la mejor ubicación para las instalaciones. Bohr y Kramers sintieron que el Instituto de Copenhague sería el sitio ideal. Pierre Auger, quien organizó las discusiones preliminares, no estuvo de acuerdo; sintió que tanto Bohr como su Instituto habían pasado su mejor momento y que la presencia de Bohr eclipsaría a los demás. Después de un largo debate, Bohr prometió su apoyo al CERN en febrero de 1952, y en octubre se eligió Ginebra como sede. El Grupo de Teoría del CERN tuvo su sede en Copenhague hasta que su nuevo alojamiento en Ginebra estuvo listo en 1957. Victor Weisskopf, quien más tarde se convirtió en el Director General del CERN, resumió el papel de Bohr diciendo que "había otras personalidades quien inició y concibió la idea del CERN. Sin embargo, el entusiasmo y las ideas de las demás personas no habrían sido suficientes si un hombre de su estatura no lo hubiera apoyado."
Mientras tanto, los países escandinavos formaron el Instituto Nórdico de Física Teórica en 1957, con Bohr como presidente. También participó en la fundación del Establecimiento de Investigación Risø de la Comisión Danesa de Energía Atómica, y fue su primer presidente desde febrero de 1956.
Bohr murió de insuficiencia cardíaca en su casa de Carlsberg el 18 de noviembre de 1962. Fue incinerado y sus cenizas fueron enterradas en el terreno familiar en el cementerio Assistens en la sección de Nørrebro de Copenhague, junto con las de sus padres, sus hermano Harald, y su hijo Christian. Años más tarde también fueron enterradas allí las cenizas de su esposa. El 7 de octubre de 1965, en lo que habría sido su 80 cumpleaños, el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague pasó a denominarse oficialmente como se había llamado extraoficialmente durante muchos años: Instituto Niels Bohr.
Reconocimientos
Bohr recibió numerosos honores y aclamaciones. Además del Premio Nobel, recibió la Medalla Hughes en 1921, la Medalla Matteucci en 1923, la Medalla Franklin en 1926, la Medalla Copley en 1938, la Orden del elefante en 1947, el Premio Atoms for Peace en 1957 y el Premio Sonning en 1961. Se convirtió en miembro extranjero de la Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences en 1923, y de la Royal Society en 1926. El semicentenario del modelo Bohr fue conmemorado en Dinamarca el 21 de noviembre de 1963 con un sello postal que representa Bohr, el átomo de hidrógeno y la fórmula para la diferencia de cualquier nivel de energía de hidrógeno: . Varios otros países también han emitido sellos postales que representan Bohr. En 1997, el Banco Nacional Danés comenzó a circular el billete de 500 krone con el retrato de Bohr fumando una pipa. El 7 de octubre de 2012, en celebración del 127o cumpleaños de Niels Bohr, un Google Doodle que representa el modelo Bohr del átomo de hidrógeno apareció en la página principal de Google. Un asteroide, 3948 Bohr, fue nombrado por él, como el cráter lunar Bohr y el bohrium, el elemento químico con el número atómico 107.
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