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 a la comprensión de la estructura atómica y la teoría cuántica , por las que recibió el Premio Nobel de Física en 1922. Bohr fue también filósofo y promotor de la investigación científica.
Bohr desarrolló el modelo del átomo de Bohr , 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 reemplazado por otros modelos, sus principios subyacentes siguen siendo válidos. Concibió el principio de complementariedad : que los elementos podían 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 de 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 las propiedades de un nuevo elemento similar al circonio , que recibió el nombre de hafnio , en honor al nombre latino de Copenhague, donde fue descubierto. Más tarde, el elemento sintético bohrio recibió su nombre.
Durante la década de 1930, Bohr ayudó a los refugiados del nazismo . Después de que Dinamarca fue ocupada por los alemanes , se reunió con Heisenberg, quien se había convertido en el jefe del proyecto de armas nucleares alemán . En septiembre de 1943, Bohr recibió la noticia de que estaba a punto de ser arrestado por los alemanes, por lo que huyó a Suecia. Desde allí, lo trasladaron en avión a Gran Bretaña, donde se unió al proyecto de armas nucleares British Tube Alloys y formó parte de la misión británica en el Proyecto Manhattan . Después de la guerra, Bohr pidió cooperación internacional en materia de energía nuclear. Participó en el establecimiento del CERN y del Centro 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.
Niels Henrik David Bohr nació en Copenhague , Dinamarca, el 7 de octubre de 1885, el segundo de tres hijos de Christian Bohr , [1] [2] profesor de fisiología en la Universidad de Copenhague, y su esposa Ellen, de soltera Adler, que vino de una rica familia de banqueros judíos. [3] Tenía una hermana mayor, Jenny, y un hermano menor, Harald . [1] Jenny se convirtió en profesora, [2] 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 (Club de fútbol académico) con sede en Copenhague, con Niels como portero . [4]
Bohr se educó en la escuela latina Gammelholm cuando tenía siete años. [5] En 1903, Bohr se matriculó como estudiante universitario en la Universidad de Copenhague . Se especializó en 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 , amigo de su padre. [6] [7]
En 1905, la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras patrocinó un concurso por la medalla de oro para investigar un método para medir la tensión superficial de líquidos que había sido propuesto por Lord Rayleigh en 1879. Esto implicaba medir la frecuencia de oscilación del radio de una chorro de agua. Bohr realizó una serie de experimentos utilizando el laboratorio de su padre en la universidad; la propia universidad no tenía laboratorio de física. Para completar sus experimentos, tuvo que fabricar 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 simplemente infinitesimales. Su ensayo, que presentó en el último momento, ganó el premio. Posteriormente envió una versión mejorada del artículo a la Royal Society de Londres para su publicación en Philosophical Transactions of the Royal Society . [8] [9] [7] [10]
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 de Doctorado en Filosofía, mucho más amplia . 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 todavía no podía explicar fenómenos como el efecto Hall , y concluyó que la teoría de los electrones no podía explicar completamente las propiedades magnéticas de los metales. La tesis fue aceptada en abril de 1911 [11] y Bohr llevó a cabo su defensa formal el 13 de mayo. Harald se había doctorado el año anterior. [12] La tesis de Bohr fue innovadora, 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 teorema de Bohr-Van Leeuwen . [13]
En 1910, Bohr conoció a Margrethe Nørlund , la hermana del matemático Niels Erik Nørlund . [14] 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 abandonó la iglesia antes de casarse. [15] Bohr y Margrethe tuvieron seis hijos. [16] El mayor, Christian, murió en un accidente de navegación en 1934, [17] y otro, Harald, quedó gravemente discapacitado mental. Fue internado en una institución lejos del hogar de su familia a la edad de cuatro años y murió de meningitis infantil seis años después. [18] [16] Aage Bohr se convirtió en un físico de éxito y en 1975 recibió el Premio Nobel de Física, al igual que su padre. Un hijo de Aage, Vilhem A. Bohr, es un científico afiliado a la Universidad de Copenhague [19] y al Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de Estados Unidos. [20] Hans se convirtió en médico; Erik , ingeniero químico; y Ernest , abogado. [21] 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. [22]
En septiembre de 1911, Bohr, con el apoyo de una beca de la Fundación Carlsberg , viajó a Inglaterra, donde se estaba realizando la mayor parte del trabajo teórico sobre la estructura de átomos y moléculas. [23] Conoció a JJ 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. [24] [25] Tuvo más éxito con físicos más jóvenes como el australiano William Lawrence Bragg , [26] y el neozelandés Ernest Rutherford , cuyo modelo del átomo de Rutherford de núcleo central pequeño de 1911 había desafiado el modelo de pudín de ciruela de Thomson de 1904 . [27] Bohr recibió una invitación de Rutherford para realizar un trabajo postdoctoral en la Universidad Victoria de Manchester , [28] donde Bohr conoció a George de Hevesy y Charles Galton Darwin (a quien Bohr se refirió como "el nieto del verdadero Darwin "). [29]
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, impartiendo 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 estudiantes de medicina. [30] Sus tres artículos, que más tarde se hicieron famosos como "la trilogía", [28] fueron publicados en Philosophical Magazine en julio, septiembre y noviembre de ese año. [31] [32] [33] [34] Adaptó la estructura nuclear de Rutherford a la teoría cuántica de Max Planck y así creó su modelo de Bohr del átomo. [32]
Los modelos planetarios de átomos no eran nuevos, pero el tratamiento de Bohr sí lo era. [35] Tomando como punto de partida el artículo de Darwin de 1912 sobre el papel de los electrones en la interacción de las partículas alfa con un núcleo, [36] [37] avanzó la teoría de los electrones que viajan en órbitas de "estados estacionarios" cuantificados alrededor el núcleo del átomo para estabilizarlo, 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 exteriores de sus átomos. [38] [39] [40] [41] 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 hoy se conoce como la antigua teoría cuántica . [42]
En 1885, Johann Balmer ideó su serie de 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 . [43] 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 m e 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). [44]
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 descubrió que el modelo de Bohr funciona para tales iones. [44] 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. [45] [46] La aceptación de la trilogía se debió enteramente a su capacidad para explicar fenómenos que obstaculizaban otros modelos y para predecir resultados que posteriormente fueron verificados mediante experimentos. [47] [48] Hoy en día, el modelo atómico de Bohr ha sido reemplazado, pero sigue siendo el modelo más conocido del átomo, como aparece a menudo en los textos de física y química de la escuela secundaria. [49]
A Bohr no le gustaba enseñar a 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. Tomó una licencia 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 dirigió 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. Permanecieron hasta julio de 1916, momento en el que ya había sido designado para el cargo. Catedrático de Física Teórica de la Universidad de Copenhague, puesto creado especialmente para él. Su puesto de docente fue abolido al mismo tiempo, por lo que todavía tenía que enseñar física a 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. [50]
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 donantes privados, muchos de ellos judíos, también hicieron importantes contribuciones. La legislación que estableció el instituto se aprobó en noviembre de 1918. Ahora conocido como Instituto Niels Bohr , se inauguró el 3 de marzo de 1921, con Bohr como director. Su familia se mudó a un departamento en el primer piso. [51] [52] 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 compañía. Entre los primeros en llegar se encontraban 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 ampliamente apreciado como su agradable anfitrión y eminente colega. [53] [54] Klein y Rosseland produjeron la primera publicación del instituto incluso antes de su apertura. [52]
El modelo de Bohr funcionó bien para el hidrógeno y el helio ionizado de un solo electrón, lo que impresionó a Einstein [55] [56] 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 químicamente similares. En 1924 se produjo un avance importante con el descubrimiento por parte de Wolfgang Pauli del principio de exclusión de Pauli , que colocó 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 propiedades químicas [57] ), y Bohr fue inmediatamente cuestionado por el químico francés Georges Urbain , quien afirmó haber descubierto un elemento de tierras raras 72, al que llamó "celcio". En el Instituto de Copenhague, Dirk Coster y George de Hevesy asumieron el desafío de demostrar que Bohr tenía razón y Urbain estaba equivocado. 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 latino de Copenhague), resultó ser más común que el oro. [58] [59]
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". [60] El premio reconoció así tanto la trilogía como sus primeros trabajos destacados en el campo emergente de la mecánica cuántica. Para su conferencia Nobel, Bohr ofreció a su audiencia un amplio panorama de lo que se sabía entonces sobre la estructura del átomo, incluido el principio de correspondencia que él mismo había formulado. Éste afirma que el comportamiento de los sistemas descritos por la teoría cuántica reproduce la física clásica en el límite de los grandes números cuánticos . [61]
El descubrimiento de la dispersión 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 las 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 de Bohr-Kramers-Slater (BKS). Era más un programa que una teoría física completa, ya que las ideas que desarrolló no se desarrollaron cuantitativamente. La teoría BKS se convirtió en el último intento de comprender la interacción entre 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 a una descripción ondulatoria clásica del campo electromagnético. [62] [63]
Modelar el 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 la mecánica cuántica moderna . La teoría BKS también generó debates y una atención renovada sobre las dificultades en los fundamentos de la antigua teoría cuántica. [64] Pronto se demostró que el elemento más provocativo de BKS –que el impulso y la energía no necesariamente se conservarían en cada interacción, sino sólo estadísticamente– estaba en conflicto con los experimentos realizados por Walther Bothe y Hans Geiger . [65] A la luz de estos resultados, Bohr informó a Darwin que "no hay nada más que hacer que dar a nuestros esfuerzos revolucionarios un funeral lo más honorable posible". [66]
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 de su doctorado por Hendrick Lorentz. Cuando su tren se detuvo en Hamburgo , se encontró con 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 informaron a Bohr que Einstein había resuelto este problema utilizando la relatividad . Luego, Bohr hizo que Uhlenbeck y Goudsmit incorporaran esto en su artículo. Así, cuando en el camino de regreso se encontró con Werner Heisenberg y Pascual Jordan en Gotinga , se había convertido, según sus propias palabras, en "un profeta del evangelio del imán electrónico". [67]
Heisenberg llegó por primera vez a Copenhague en 1924 y luego regresó a Göttingen en junio de 1925, donde poco después desarrolló los fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica. Cuando le mostró sus resultados a Max Born en Göttingen, Born se dio cuenta de que la mejor manera de expresarlos era mediante matrices . Este trabajo atrajo la atención del físico británico Paul Dirac , [68] quien vino a Copenhague durante seis meses en septiembre de 1926. El físico austriaco Erwin Schrödinger también lo visitó en 1926. Su intento de explicar la física cuántica en términos clásicos utilizando la mecánica ondulatoria impresionó a Bohr. quien creía que contribuía "tanto a la claridad y simplicidad matemática que representa un avance gigantesco sobre todas las formas anteriores de mecánica cuántica". [69]
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. [70] Heisenberg trabajó en Copenhague como profesor universitario y asistente de Bohr de 1926 a 1927. [71]
Bohr se convenció de que la luz se comportaba como ondas y partículas y, en 1927, unos experimentos confirmaron la hipótesis de De Broglie de que la materia (al igual que los electrones) también se comportaba como ondas. [72] Concibió el principio filosófico de complementariedad : que los elementos podrían tener propiedades aparentemente mutuamente excluyentes, como ser una onda o una corriente de partículas, dependiendo del marco experimental. [73] Sintió que los filósofos profesionales no lo entendían completamente. [74]
En febrero de 1927, Heisenberg desarrolló la primera versión del principio de incertidumbre , presentándolo 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 sólo requería que una medición perturbara propiedades que ya existían, en lugar de la idea más radical de que las propiedades del electrón no podían discutirse en absoluto fuera del contexto en el que se midieron. En la Conferencia Volta de Como en septiembre de 1927, Bohr enfatizó que las relaciones de incertidumbre de Heisenberg podían derivarse de consideraciones clásicas sobre el poder de resolución de los instrumentos ópticos. [75] Comprender el verdadero significado de complementariedad, creía Bohr, requeriría una "investigación más cercana". [76] 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 discusión ampliamente celebrados. Einstein y Bohr tuvieron discusiones afables sobre estos temas a lo largo de sus vidas. [77]
En 1914, Carl Jacobsen , heredero de las cervecerías Carlsberg , legó su mansión (la Residencia Honoraria Carlsberg, actualmente conocida como Academia Carlsberg) para que la utilizara de por vida el danés que había hecho la contribución más destacada a la ciencia, la literatura o las artes, como una 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. [78] Fue elegido presidente de la Academia el 17 de marzo de 1939. [79]
En 1929, el fenómeno de la desintegración beta llevó a Bohr a sugerir nuevamente que se abandonara la ley de conservación de la energía , pero el hipotético neutrino de Enrico Fermi y el posterior 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, que murió repentinamente en 1938. [80] [81]
El descubrimiento de la fisión nuclear por Otto Hahn en diciembre de 1938 (y su explicación teórica por Lise Meitner ) generó un intenso interés entre los físicos. Bohr llevó la noticia a los Estados Unidos, donde inauguró la Quinta Conferencia de Washington sobre Física Teórica con Fermi el 26 de enero de 1939. [82] Cuando Bohr le dijo a George Placzek que esto resolvía todos los misterios de los elementos transuránicos , Placzek le dijo que quedaba uno: las energías de captura de neutrones del uranio no coincidían con las de su desintegración. Bohr lo pensó unos minutos y luego anunció a Placzek, Léon Rosenfeld y John Wheeler que "lo he entendido todo". [83] Basándose en su modelo de gota de líquido del núcleo, Bohr concluyó que era el isótopo de uranio-235 y no el más abundante uranio-238 el principal responsable de la fisión con neutrones térmicos. En abril de 1940, John R. Dunning demostró que Bohr tenía razón. [82] 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". [84]
Heisenberg dijo de Bohr que era "principalmente un filósofo, no un físico". [85] 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. [86] En 1909, Bohr envió a su hermano Kierkegaard Etapas del camino de la vida como regalo de cumpleaños. En la carta adjunta, Bohr escribió: "Es lo único que tengo para 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 recibido". he leído alguna vez." Bohr disfrutó del lenguaje y el estilo literario de Kierkegaard, pero mencionó que tenía cierto desacuerdo con la filosofía de Kierkegaard . [87] Algunos de los biógrafos de Bohr sugirieron que este desacuerdo se debía a la defensa del cristianismo por parte de Kierkegaard, mientras que Bohr era ateo . [88] [89] [90]
Ha habido cierta controversia sobre hasta qué punto 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 al pie de la letra la afirmación de Bohr de que no estaba de acuerdo con Kierkegaard, [91] mientras que Jan Faye argumentó que uno puede estar en desacuerdo con el contenido de una teoría mientras se aceptan sus premisas y estructura generales. [92] [87]
Ha habido mucho debate y discusión posterior sobre las opiniones y la filosofía de la mecánica cuántica de Bohr. [93] En cuanto a su interpretación ontológica del mundo cuántico, Bohr ha sido visto como un antirrealista , un instrumentalista , un realista fenomenológico o algún otro tipo de realista. Además, aunque algunos han visto a Bohr como un subjetivista o un 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 tuviera un impacto directo en el resultado de una medición. [94]
A menudo se ha citado a Bohr diciendo que "no existe un mundo cuántico", sino sólo una "descripción física cuántica abstracta". Esto no lo dijo Bohr, sino más bien Aage Petersen intentando resumir la filosofía de Bohr en una reminiscencia posterior a su muerte. N. David Mermin recordó que Victor Weisskopf declaró que Bohr no habría dicho nada parecido y exclamó: "¡Qué vergüenza para Aage Petersen por poner esas ridículas palabras en boca de Bohr!" [95]
Numerosos estudiosos han sostenido que la filosofía de Immanuel Kant tuvo una fuerte influencia en Bohr. Al igual que Kant, Bohr pensaba que distinguir entre la experiencia del sujeto y el objeto era una condición importante para alcanzar el conocimiento. Esto sólo puede hacerse mediante el uso de conceptos causales y espacio-temporales para describir la experiencia del sujeto. [94] Así, según Jan Faye, Bohr pensaba que es gracias a conceptos "clásicos" como "espacio", "posición", "tiempo", "causalidad" e "impulso" que se puede hablar de objetos y sus 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. [94] Por lo tanto, para Bohr, los conceptos clásicos deben usarse para describir experimentos que tratan con el mundo cuántico. Bohr escribe:
[L]a explicación de toda la evidencia debe expresarse en términos clásicos. El argumento es simplemente que con la palabra "experimento" nos referimos a una situación en la que podemos contar a otros lo que hemos hecho y lo que hemos aprendido y que, por lo tanto, la explicación 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 , p. 39). [94]
Según Faye, existen 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 ); Pragmatismo (que se centra en cómo los seres humanos interactúan experiencialmente con los sistemas atómicos según sus necesidades e intereses); darwinismo (es decir, estamos adaptados para utilizar conceptos de tipo clásico, para los cuales Léon Rosenfeld dijo que evolucionamos); y el experimentalismo (que se centra estrictamente en la función y el resultado de los experimentos que, por tanto, deben describirse de forma clásica). [94] Estas explicaciones no son mutuamente excluyentes, y en ocasiones Bohr parece enfatizar algunos de estos aspectos mientras que en otras ocasiones se centra en otros elementos. [94]
Según Faye, "Bohr pensaba que el átomo era real. Los átomos no son construcciones heurísticas ni lógicas". Sin embargo, según Faye, no creía "que el formalismo de la mecánica cuántica fuera cierto en el sentido de que nos diera una representación literal ("pictórica") más que simbólica del mundo cuántico". [94] 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". [94] Como explica Faye, la tesis de la indefinibilidad de Bohr es que
[L]as condiciones de verdad de oraciones que atribuyen un cierto valor cinemático o dinámico a un objeto atómico dependen del aparato involucrado, de tal manera que estas condiciones de verdad deben incluir referencias a la configuración experimental así como al resultado real del experimento. experimento. [94]
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 tiene sólo 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. [94]
Un punto muy debatido en la literatura reciente es lo que creía Bohr sobre los átomos y su realidad y si son algo más de lo que parecen ser. Algunos como Henry Folse sostienen 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 eran lo único que podíamos decir sobre el mundo cuántico y que "no hay más evidencia en los escritos de Bohr que indique que Bohr atribuiría estados intrínsecos e independientes de la medición". propiedades a los objetos atómicos [...] además de las clásicas que se manifiestan en la medición." [94]
El ascenso del nazismo en Alemania impulsó a muchos académicos a huir de sus países, ya sea porque eran judíos o porque eran opositores políticos del régimen nazi. En 1933, la Fundación Rockefeller creó un fondo para ayudar a apoyar 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, organizó la concesión de becas de la Fundación Rockefeller y, finalmente, les encontró plazas en instituciones de todo el mundo. Entre aquellos a quienes 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 . [96]
En abril de 1940, a principios de la Segunda Guerra Mundial, la Alemania nazi invadió y ocupó Dinamarca . [97] Para evitar que los alemanes descubrieran las medallas Nobel de oro de Max von Laue y James Franck , Bohr hizo que De Hevesy las disolviera en agua regia . De esta forma, permanecieron guardadas en un estante del Instituto hasta después de la guerra, cuando la Fundación Nobel precipitó el oro y las medallas fueron acuñadas de nuevo. La propia medalla de Bohr había sido donada a una subasta del Fondo de Ayuda 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. [98]
Bohr mantuvo el Instituto en funcionamiento, pero todos los eruditos extranjeros se marcharon. [99]
Bohr era consciente de la posibilidad de utilizar uranio-235 para construir una bomba atómica , y se refirió a ello en conferencias en Gran Bretaña y Dinamarca poco antes y después de que comenzara la guerra, pero no creía que fuera técnicamente factible extraer una cantidad suficiente de uranio-235. uranio-235. [100] En septiembre de 1941, Heisenberg, que se había convertido en jefe del proyecto de energía nuclear alemán , 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 poniendo fin abruptamente a la conversación sin darle a Heisenberg pistas sobre sus propias opiniones. [101] 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. [102]
En 1957, Heisenberg escribió a Robert Jungk , que entonces estaba trabajando en el libro Más brillantes que mil soles: una historia personal de los científicos atómicos . Heisenberg explicó que había visitado Copenhague para comunicar a Bohr las opiniones de varios científicos alemanes, que la producción de un arma nuclear era posible con grandes esfuerzos, y esto planteaba enormes responsabilidades para los científicos mundiales de ambos lados. [103] 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 y que estaba sorprendido por la opinión de Heisenberg de que Alemania ganaría la guerra. , y que las armas atómicas podrían ser decisivas. [104]
La obra de Michael Frayn de 1998, Copenhague, explora lo que pudo haber sucedido en el encuentro de 1941 entre Heisenberg y Bohr. [105] Una versión cinematográfica para televisión de la obra de la BBC se proyectó por primera vez el 26 de septiembre de 2002, con Stephen Rea como Bohr. La misma reunión había sido dramatizada previamente por la serie documental científica Horizon de la BBC en 1992, con Anthony Bate como Bohr y Philip Anthony como Heisenberg. [106] La reunión también se dramatiza en la miniserie noruega, danesa y británica The Heavy Water War . [107]
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, corrían peligro de ser arrestados. La resistencia danesa ayudó a Bohr y su esposa a escapar por mar a Suecia el 29 de septiembre. [108] [109] 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 dispuesta a ofrecer asilo, y poco después se produjo el rescate masivo de los judíos daneses por parte de sus compatriotas. 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 tuvieron una influencia decisiva en los acontecimientos más amplios. [109] [110] [111] [112] Finalmente, más de 7.000 judíos daneses escaparon a Suecia. [113]
Cuando la noticia de la fuga de Bohr llegó a Gran Bretaña, Lord Cherwell envió un telegrama a Bohr pidiéndole que viniera a Gran Bretaña. Bohr llegó a Escocia el 6 de octubre en un De Havilland Mosquito operado por la British Overseas Airways Corporation (BOAC). [114] [115] Los Mosquitos eran aviones bombarderos desarmados de alta velocidad que habían sido convertidos para transportar cargas pequeñas y valiosas o pasajeros importantes. Volando a gran velocidad y gran altitud, podían cruzar la Noruega ocupada por los alemanes y, aun así, evitar a los cazas alemanes. Bohr, equipado con paracaídas, traje de vuelo y máscara de oxígeno, pasó las tres horas de vuelo tumbado sobre un colchón en la bodega de bombas del avión . [116] 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 sólo revivió cuando el avión descendió a una altitud más baja sobre el Mar del Norte. [117] [118] [119] 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. [120]
Bohr fue recibido calurosamente por James Chadwick y Sir John Anderson , pero por razones de seguridad Bohr se mantuvo fuera de la vista. Le dieron un apartamento en el Palacio de St James y una oficina en el equipo de desarrollo de armas nucleares de British Tube Alloys . Bohr quedó asombrado por la cantidad de progresos que se habían logrado. [120] [121] Chadwick organizó una visita de Bohr a los Estados Unidos como consultor de Tube Alloys, con Aage como su asistente. [122] El 8 de diciembre de 1943, Bohr llegó a Washington, DC , 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. [123] Por razones de seguridad, pasó a llamarse "Nicholas Baker" en los Estados Unidos, mientras que Aage se convirtió en "James Baker". [124] En mayo de 1944, el periódico de resistencia danés 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 podría suponer que apoyaría el esfuerzo bélico. [125]
Bohr no permaneció en Los Álamos, pero realizó una serie de visitas prolongadas a lo largo de los dos años siguientes. Robert Oppenheimer le dio crédito a Bohr por actuar "como una figura paterna científica para los hombres más jóvenes", en particular Richard Feynman . [126] Se cita a Bohr diciendo: "No necesitaron mi ayuda para fabricar la bomba atómica". [127] Oppenheimer le dio crédito a Bohr por una importante contribución al trabajo sobre iniciadores de neutrones modulados . "Este dispositivo seguía siendo un enigma persistente", señaló Oppenheimer, "pero a principios de febrero de 1945 Niels Bohr aclaró lo que había que hacer". [126]
Bohr reconoció tempranamente 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 alcanzarlo. Envió a Kapitza una respuesta evasiva, que mostró a las autoridades británicas antes de publicarla. [128] Bohr se reunió con Churchill el 16 de mayo de 1944, pero descubrió que "no hablábamos el mismo idioma". [129] 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 hecho ver que está muy cerca del borde de los crímenes mortales. ". [130]
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 tuvo lugar una reunión entre ellos. Roosevelt sugirió que Bohr regresara al Reino Unido para tratar de ganarse la aprobación británica. [131] [132] 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 "deben hacerse consultas sobre el actividades del profesor Bohr y las medidas adoptadas para garantizar que no sea responsable de ninguna filtración de información, en particular a los rusos". [133]
En junio de 1950, Bohr dirigió una "Carta Abierta" a las Naciones Unidas pidiendo cooperación internacional en materia de energía nuclear. [134] [135] [136] En la década de 1950, después de la primera prueba de arma nuclear de la Unión Soviética , se creó la Agencia Internacional de Energía Atómica siguiendo las líneas de la sugerencia de Bohr. [137] En 1957 recibió el primer Premio Átomos para la Paz . [138]
Tras el final de la guerra, Bohr regresó a Copenhague el 25 de agosto de 1945 y fue reelegido presidente de la Real Academia Danesa de Artes y Ciencias el 21 de septiembre. [140] En una reunión conmemorativa de la Academia el 17 de octubre de 1947 en honor del rey Cristián X , que había muerto en abril, el nuevo rey, Federico IX , anunció que confería la Orden del Elefante a Bohr. Este premio normalmente se otorgaba sólo a la realeza y a los jefes de estado, pero el rey dijo que honraba no sólo a Bohr personalmente, sino también a la ciencia danesa. [141] [142] 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". [143] [142] [144]
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 hacia Estados Unidos, doce países europeos se unieron para crear el CERN , una organización de investigación similar a los laboratorios nacionales de Estados Unidos, diseñada para emprender grandes proyectos científicos más allá de los recursos de cualquiera de ellos por sí solo. Pronto surgieron dudas sobre la mejor ubicación de las instalaciones. Bohr y Kramers sintieron que el Instituto de Copenhague sería el lugar ideal. Pierre Auger , que organizó las discusiones preliminares, no estuvo de acuerdo; sentía que tanto Bohr como su Instituto habían pasado su mejor momento y que la presencia de Bohr eclipsaría a otras. 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 Teórico del CERN tuvo su sede en Copenhague hasta que su nuevo alojamiento en Ginebra estuvo listo en 1957. [145] Victor Weisskopf, quien más tarde se convirtió en el Director General del CERN , resumió el papel de Bohr, diciendo que "hubo otras personalidades que iniciaron y concibieron "La idea del CERN . Sin embargo, el entusiasmo y las ideas de otras personas no habrían sido suficientes si un hombre de su estatura no lo hubiera apoyado." [146] [147]
Mientras tanto, los países escandinavos formaron el Instituto Nórdico de Física Teórica en 1957, con Bohr como presidente. También participó en la fundación del Centro de Investigación Risø de la Comisión Danesa de Energía Atómica y fue su primer presidente desde febrero de 1956. [148]
Bohr murió de insuficiencia cardíaca en su casa de Carlsberg el 18 de noviembre de 1962. [149] Fue incinerado y sus cenizas fueron enterradas en la parcela familiar en el cementerio Assistens en la sección Nørrebro de Copenhague, junto con las de sus padres, su hermano Harald y su hijo Christian. Años más tarde, allí también fueron enterradas las cenizas de su esposa. [150] 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 oficialmente a llamarse lo que se había llamado extraoficialmente durante muchos años: Instituto Niels Bohr. [151] [152]
Bohr recibió numerosos honores y reconocimientos. Además del Premio Nobel, recibió la Medalla Hughes en 1921, la Medalla Matteucci en 1923, la Medalla Franklin en 1926, [153] la Medalla Copley en 1938, la Orden del Elefante en 1947, el Premio Átomos para la Paz en 1957 y el Premio Sonning en 1961. Se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos en 1923, [154] miembro internacional de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1925, [155] miembro de la Royal Society en 1926, [156] miembro internacional de la Sociedad Filosófica Estadounidense en 1940, [157] y miembro honorario internacional de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1945. [158] El semicentenario del modelo de Bohr se conmemoró en Dinamarca el 21 de noviembre. 1963 con un sello postal que representa a Bohr, el átomo de hidrógeno y la fórmula para la diferencia de dos niveles de energía del hidrógeno: . Varios otros países también han emitido sellos postales que representan a Bohr. [159] En 1997, el Banco Nacional Danés comenzó a circular el billete de 500 coronas con el retrato de Bohr fumando en pipa. [160] [161] El 7 de octubre de 2012, para celebrar el 127 cumpleaños de Niels Bohr, apareció en la página de inicio de Google un Doodle de Google que representaba el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno. [162] Un asteroide, 3948 Bohr , recibió su nombre, [163] al igual que el cráter lunar Bohr y el bohrio , el elemento químico con número atómico 107. [164]
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La predicción es muy difícil, especialmente si se trata del futuro.
Istinu sam saznao od Margrethe, Bohrove supruge. ... Ni Heisenberg ni Bohr nisu bili glavni junaci toga susreta nego Carl Friedrich von Weizsaecker. ... Von Weizsaeckerova ideja, za koju mislim da je bila zamisao njegova oca koji je bio Ribbentropov zamjenik, bila je nagovoriti Nielsa Bohra da posreduje za mir između Velike Britanije i Njemačke.
[Aprendí la verdad de Margrethe, la esposa de Bohr. ... Ni Bohr ni Heisenberg fueron los protagonistas principales de este encuentro, sino Carl Friedrich von Weizsaecker. La idea de Von Weizsaecker, que creo que fue idea de
su padre
, que era el segundo de
Ribbentrop
, era persuadir a Niels Bohr para que mediara en la paz entre Gran Bretaña y Alemania.]
Una entrevista con Ivan Supek sobre la reunión Bohr-Heisenberg de 1941.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: posdata ( enlace )
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