Niels Bohr

Mary Stone | 24 srpna, 2022

Souhrn

Niels Henrik David Bohr (7. října 1885 – 18. listopadu 1962) byl dánský fyzik, který zásadním způsobem přispěl k pochopení atomové struktury a kvantové teorie, za což v roce 1922 obdržel Nobelovu cenu za fyziku. Bohr byl také filozof a propagátor vědeckého výzkumu.

Bohr vytvořil Bohrův model atomu, v němž navrhl, že energetické hladiny elektronů jsou diskrétní a že elektrony obíhají po stabilních oběžných drahách kolem atomového jádra, ale mohou přecházet z jedné energetické hladiny (nebo dráhy) na druhou. Přestože byl Bohrův model nahrazen jinými modely, jeho základní principy zůstávají v platnosti. Koncipoval princip komplementarity: že prvky lze analyzovat odděleně z hlediska protichůdných vlastností, například chovat se jako vlna nebo proud částic. Pojem komplementarity dominoval Bohrovu myšlení ve vědě i filozofii.

Bohr založil Ústav teoretické fyziky na Kodaňské univerzitě, dnes známý jako Institut Nielse Bohra, který byl otevřen v roce 1920. Bohr byl mentorem a spolupracoval s fyziky, jako byli Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy a Werner Heisenberg. Předpověděl existenci nového prvku podobného zirkoniu, který byl pojmenován hafnium podle latinského názvu Kodaně, kde byl objeven. Později byl po něm pojmenován prvek bohrium.

Ve 30. letech 20. století Bohr pomáhal uprchlíkům před nacismem. Po obsazení Dánska Němci se slavně setkal s Heisenbergem, který se stal vedoucím německého projektu jaderné zbraně. V září 1943 se k Bohrovi dostala zpráva, že ho Němci zatknou, a tak uprchl do Švédska. Odtud byl letecky přepraven do Velké Británie, kde se připojil k britskému projektu jaderných zbraní Tube Alloys a byl součástí britské mise projektu Manhattan. Po válce Bohr vyzýval k mezinárodní spolupráci v oblasti jaderné energie. Podílel se na založení CERN a výzkumného zařízení Risø Dánské komise pro atomovou energii a v roce 1957 se stal prvním předsedou Severského institutu pro teoretickou fyziku.

Bohr se narodil 7. října 1885 v dánské Kodani jako druhé ze tří dětí Christiana Bohra, profesora fyziologie na Kodaňské univerzitě, a Ellen Bohrové (rozené Adlerové), která byla dcerou Davida B. Adlera z bohaté dánské židovské bankovní rodiny Adlerů. Měl starší sestru Jenny a mladšího bratra Haralda. zatímco Harald se stal matematikem a fotbalistou, který hrál za dánský národní tým na letních olympijských hrách v Londýně v roce 1908. Niels byl také vášnivým fotbalistou a oba bratři odehráli několik zápasů za kodaňský Akademisk Boldklub (Akademický fotbalový klub), v němž Niels působil jako brankář.

Bohr se vzdělával na Gammelholmské latinské škole od svých sedmi let. V roce 1903 se Bohr zapsal na Kodaňskou univerzitu. Jeho oborem byla fyzika, kterou studoval pod vedením profesora Christiana Christiansena, v té době jediného profesora fyziky na univerzitě. Dále studoval astronomii a matematiku u profesora Thorvalda Thieleho a filozofii u profesora Haralda Høffdinga, přítele svého otce.

V roce 1905 vyhlásila Královská dánská akademie věd a literatury soutěž o zlatou medaili za metodu měření povrchového napětí kapalin, kterou v roce 1879 navrhl lord Rayleigh. Jednalo se o měření frekvence kmitání poloměru vodního paprsku. Bohr provedl řadu experimentů s využitím laboratoře svého otce na univerzitě; univerzita sama fyzikální laboratoř neměla. Aby mohl své experimenty dokončit, musel si vyrobit vlastní skleněné nádobí a vytvořit zkumavky s požadovaným eliptickým průřezem. Šel nad rámec původního úkolu a do Rayleighovy teorie i své metody vnesl vylepšení, když zohlednil viskozitu vody a pracoval s konečnými amplitudami namísto pouhých infinitezimálních. Jeho esej, kterou odevzdal na poslední chvíli, získala cenu. Později předložil vylepšenou verzi práce Královské společnosti v Londýně k publikaci ve Philosophical Transactions of the Royal Society.

Harald se stal prvním z obou bratrů Bohrových, který získal magisterský titul v oboru matematika, a to v dubnu 1909. Nielsovi trvalo dalších devět měsíců, než získal diplom z elektronové teorie kovů, což bylo téma zadané jeho školitelem Christiansenem. Svou magisterskou práci Bohr následně rozpracoval do mnohem rozsáhlejší doktorské práce (dr. phil.). Prozkoumal literaturu k tomuto tématu a rozhodl se pro model, který postuloval Paul Drude a rozpracoval Hendrik Lorentz, v němž se elektrony v kovech chovají jako plyn. Bohr Lorentzův model rozšířil, ale stále nebyl schopen vysvětlit jevy, jako je Hallův jev, a dospěl k závěru, že elektronová teorie nemůže plně vysvětlit magnetické vlastnosti kovů. Práce byla přijata v dubnu 1911 a 13. května provedl Bohr její formální obhajobu. Harald získal doktorát již v předchozím roce. Bohrova disertační práce byla přelomová, ale mimo Skandinávii vzbudila jen malý zájem, protože byla napsána v dánštině, která byla v té době na kodaňské univerzitě vyžadována. V roce 1921 nizozemská fyzička Hendrika Johanna van Leeuwenová nezávisle na Bohrově práci odvodila větu, která je dnes známá jako Bohrova-Van Leeuwenova věta.

V roce 1910 se Bohr seznámil s Margrethe Nørlundovou, sestrou matematika Nielse Erika Nørlunda. Bohr se 16. dubna 1912 vzdal členství v dánské církvi a 1. srpna se s Margrethe oženil při civilním obřadu na radnici ve Slagelse. O několik let později jeho bratr Harald podobně vystoupil z církve ještě před svatbou. Nejstarší Christian zemřel v roce 1934 při nehodě na lodi a další Harald zemřel v dětství na meningitidu. Aage Bohr se stal úspěšným fyzikem a v roce 1975 získal stejně jako jeho otec Nobelovu cenu za fyziku. Hans , chemický inženýr, a Ernest, právník. Stejně jako jeho strýc Harald se i Ernest Bohr stal olympijským sportovcem a v roce 1948 hrál za Dánsko pozemní hokej na letních olympijských hrách v Londýně.

Přečtěte si také, zivotopisy – Dan Flavin

Bohrův model

V září 1911 odcestoval Bohr za podpory stipendia Carlsbergovy nadace do Anglie, kde probíhala většina teoretických prací o struktuře atomů a molekul. Setkal se s J. J. Thomsonem z Cavendishovy laboratoře a Trinity College v Cambridgi. Navštěvoval přednášky o elektromagnetismu, které vedli James Jeans a Joseph Larmor, a prováděl výzkum katodového záření, ale na Thomsona nezapůsobil. Větší úspěch měl u mladších fyziků, jako byl Australan William Lawrence Bragg a Novozélanďan Ernest Rutherford, jehož Rutherfordův model atomu s malým centrálním jádrem z roku 1911 zpochybnil Thomsonův model švestkového pudinku z roku 1904. Bohr dostal od Rutherforda pozvání k postdoktorské práci na Viktoriině univerzitě v Manchesteru, kde se seznámil s Georgem de Hevesym a Charlesem Galtonem Darwinem (kterého Bohr označil za „vnuka skutečného Darwina“).

V červenci 1912 se Bohr vrátil do Dánska na svou svatbu a během líbánek cestoval po Anglii a Skotsku. Po návratu se stal soukromým docentem na Kodaňské univerzitě, kde přednášel termodynamiku. Martin Knudsen navrhl Bohrovo jméno na docenturu, které bylo schváleno v červenci 1913, a Bohr poté začal vyučovat studenty medicíny. Jeho tři práce, které později prosluly jako „trilogie“, byly publikovány ve Filosofickém časopise v červenci, září a listopadu téhož roku. Přizpůsobil Rutherfordovu jadernou strukturu kvantové teorii Maxe Plancka a vytvořil tak svůj Bohrův model atomu.

Planetární modely atomů nebyly nové, ale Bohrovo zpracování ano. Vycházel z Darwinovy práce z roku 1912 o úloze elektronů při interakci částic alfa s jádrem a rozvinul teorii elektronů pohybujících se po oběžných drahách kvantovaných „stacionárních stavů“ kolem jádra atomu za účelem stabilizace atomu, ale teprve ve své práci z roku 1921 ukázal, že chemické vlastnosti každého prvku jsou do značné míry určeny počtem elektronů na vnějších oběžných drahách jeho atomů. Představil myšlenku, že elektron může spadnout z orbitu s vyšší energií na nižší orbit, a přitom vyzařovat kvanta diskrétní energie. To se stalo základem toho, co je dnes známo jako stará kvantová teorie.

V roce 1885 přišel Johann Balmer se svou Balmerovou řadou pro popis viditelných spektrálních čar atomu vodíku:

kde λ je vlnová délka absorbovaného nebo emitovaného světla a RH je Rydbergova konstanta. Balmerův vzorec byl potvrzen objevem dalších spektrálních čar, ale třicet let nikdo nedokázal vysvětlit, proč funguje. V prvním článku své trilogie jej Bohr dokázal odvodit ze svého modelu:

kde me je hmotnost elektronu, e je jeho náboj, h je Planckova konstanta a Z je atomové číslo atomu (1 pro vodík).

První překážkou modelu byla Pickeringova řada, linie, které neodpovídaly Balmerovu vzorci. Když ho Alfred Fowler zpochybnil, odpověděl Bohr, že jsou způsobeny ionizovaným heliem, tedy atomy helia s jedním elektronem. Bylo zjištěno, že pro takové ionty Bohrův model funguje. Mnoha starším fyzikům, jako byli Thomson, Rayleigh a Hendrik Lorentz, se tato trilogie nelíbila, ale mladší generace, včetně Rutherforda, Davida Hilberta, Alberta Einsteina, Enrica Fermiho, Maxe Borna a Arnolda Sommerfelda, ji považovala za průlomovou. K přijetí trilogie přispěla výhradně její schopnost vysvětlit jevy, které jiným modelům překážely, a předpovědět výsledky, které byly následně ověřeny experimenty. Dnes je již Bohrův model atomu překonaný, ale stále je nejznámějším modelem atomu, protože se často objevuje ve středoškolských učebnicích fyziky a chemie.

Bohr nerad učil studenty medicíny. Rozhodl se vrátit do Manchesteru, kde mu Rutherford nabídl místo lektora místo Darwina, kterému vypršel mandát. Bohr nabídku přijal. Vzal si dovolenou na kodaňské univerzitě, kterou zahájil dovolenou v Tyrolsku se svým bratrem Haraldem a tetou Hannou Adlerovou. Tam navštívil univerzitu v Göttingenu a Univerzitu Ludwiga Maximiliána v Mnichově, kde se setkal se Sommerfeldem a vedl semináře o trilogii. Během jejich pobytu v Tyrolsku vypukla první světová válka, která značně zkomplikovala cestu zpět do Dánska a následnou Bohrovu cestu s Margrethe do Anglie, kam dorazil v říjnu 1914. Zůstali zde až do července 1916, kdy byl již jmenován na katedru teoretické fyziky na Kodaňské univerzitě, což byla pozice vytvořená speciálně pro něj. Současně bylo zrušeno jeho docentské místo, takže musel nadále vyučovat fyziku studenty medicíny. Noví profesoři byli oficiálně představeni králi Kristiánu X., který vyjádřil potěšení nad setkáním s tak slavným fotbalistou.

Přečtěte si také, bitvy – Bitva u Gaugamél

Fyzikální ústav

V dubnu 1917 zahájil Bohr kampaň za založení Ústavu teoretické fyziky. Získal podporu dánské vlády a Carlsbergovy nadace a značné příspěvky poskytl také průmysl a soukromí dárci, z nichž mnozí byli Židé. Zákon o zřízení ústavu byl přijat v listopadu 1918. Nyní byl známý jako Institut Nielse Bohra a byl otevřen 3. března 1921, přičemž Bohr byl jeho ředitelem. Jeho rodina se nastěhovala do bytu v prvním patře. Ve dvacátých a třicátých letech 20. století sloužil Bohrův institut jako ústřední bod pro výzkum kvantové mechaniky a příbuzných oborů, kdy většina nejznámějších světových teoretických fyziků strávila nějaký čas v jeho společnosti. Mezi prvními příchozími byli Hans Kramers z Nizozemska, Oskar Klein ze Švédska, George de Hevesy z Maďarska, Wojciech Rubinowicz z Polska a Svein Rosseland z Norska. Bohr se stal všeobecně uznávaným hostitelem a významným kolegou. Klein a Rosseland vydali první publikaci institutu ještě před jeho otevřením.

Bohrův model fungoval dobře pro vodík a ionizované jednoelektronové helium, což Einsteina ohromilo, ale nedokázal vysvětlit složitější prvky. V roce 1919 se Bohr odklonil od myšlenky, že elektrony obíhají kolem jádra, a vyvinul heuristiku pro jejich popis. Prvky vzácných zemin představovaly pro chemiky zvláštní klasifikační problém, protože si byly chemicky velmi podobné. Důležitý vývoj nastal v roce 1924, kdy Wolfgang Pauli objevil Pauliho vylučovací princip, který dal Bohrovým modelům pevný teoretický základ. Bohr pak mohl prohlásit, že dosud neobjevený prvek 72 není prvkem vzácných zemin, ale prvkem s chemickými vlastnostmi podobnými zirkoniu. (Prvky byly předpovídány a objevovány již od roku 1871 na základě chemických vlastností) a Bohr byl okamžitě zpochybněn francouzským chemikem Georgesem Urbainem, který tvrdil, že objevil prvek vzácné zeminy 72, který nazval „celcium“. V kodaňském ústavu se Dirk Coster a George de Hevesy ujali úkolu dokázat, že Bohr měl pravdu a Urbain se mýlil. Vycházeli z jasné představy o chemických vlastnostech neznámého prvku, což proces hledání značně zjednodušilo. Procházeli vzorky z kodaňského Mineralogického muzea a hledali prvek podobný zirkoniu a brzy ho našli. Ukázalo se, že prvek, který pojmenovali hafnium (Hafnia je latinský název Kodaně), je běžnější než zlato.

V roce 1922 byla Bohrovi udělena Nobelova cena za fyziku „za zásluhy při zkoumání struktury atomů a záření, které z nich vychází“. Ocenění tak bylo uznáním jak trilogie, tak jeho rané vedoucí práce ve vznikajícím oboru kvantové mechaniky. Při své nobelovské přednášce Bohr podal posluchačům ucelený přehled toho, co bylo v té době známo o struktuře atomu, včetně jím formulovaného principu korespondence. Ten říká, že chování systémů popsaných kvantovou teorií reprodukuje klasickou fyziku v limitě velkých kvantových čísel.

Objev Comptonova rozptylu Arthurem Holly Comptonem v roce 1923 přesvědčil většinu fyziků, že světlo se skládá z fotonů a že energie a hybnost se při srážkách elektronů s fotony zachovávají. V roce 1924 navrhli Bohr, Kramers a John C. Slater, americký fyzik působící v Institutu v Kodani, Bohrovu-Kramersovu-Slaterovu teorii (BKS). Jednalo se spíše o program než o plnohodnotnou fyzikální teorii, protože myšlenky, které rozvíjela, nebyly kvantitativně rozpracovány. Teorie BKS se stala posledním pokusem o pochopení interakce hmoty a elektromagnetického záření na základě staré kvantové teorie, v níž se kvantové jevy řešily vnucením kvantových omezení klasickému vlnovému popisu elektromagnetického pole.

Modelování chování atomů při dopadajícím elektromagnetickém záření pomocí „virtuálních oscilátorů“ na absorpčních a emisních frekvencích namísto (různých) zdánlivých frekvencí Bohrových oběžných drah vedlo Maxe Borna, Wernera Heisenberga a Kramerse ke zkoumání různých matematických modelů. Ty vedly k vývoji maticové mechaniky, první formy moderní kvantové mechaniky. Teorie BKS také vyvolala diskusi o obtížích v základech staré kvantové teorie a znovu jim věnovala pozornost. Brzy se ukázalo, že nejprovokativnější prvek BKS – že hybnost a energie se nemusí nutně zachovávat při každé interakci, ale pouze statisticky – je v rozporu s experimenty, které provedli Walther Bothe a Hans Geiger. Ve světle těchto výsledků Bohr informoval Darwina, že „nezbývá nic jiného než našemu revolučnímu úsilí vystrojit co nejčestnější pohřeb“.

Přečtěte si také, zivotopisy – James Baldwin

Kvantová mechanika

Důležitým mezníkem bylo zavedení spinu Georgem Uhlenbeckem a Samuelem Goudsmitem v listopadu 1925. Následující měsíc odcestoval Bohr do Leidenu, aby se zúčastnil oslav 50. výročí udělení doktorátu Hendricku Lorentzovi. Když jeho vlak zastavil v Hamburku, setkal se s Wolfgangem Paulim a Otto Sternem, kteří se ho zeptali na jeho názor na spinovou teorii. Bohr zdůraznil, že má obavy z interakce mezi elektrony a magnetickým polem. Když přijel do Leidenu, Paul Ehrenfest a Albert Einstein informovali Bohra, že Einstein tento problém vyřešil pomocí teorie relativity. Bohr pak nechal Uhlenbecka a Goudsmita, aby tuto skutečnost začlenili do svého článku. Když se tedy na zpáteční cestě setkal v Göttingenu s Wernerem Heisenbergem a Pascualem Jordanem, stal se podle vlastních slov „prorokem evangelia elektronového magnetu“.

Heisenberg přijel do Kodaně nejprve v roce 1924, v červnu 1925 se vrátil do Göttingenu a krátce nato vytvořil matematické základy kvantové mechaniky. Když své výsledky ukázal Maxi Bornovi v Göttingenu, Born si uvědomil, že je lze nejlépe vyjádřit pomocí matic. Tato práce přitáhla pozornost britského fyzika Paula Diraca, který v září 1926 přijel na šest měsíců do Kodaně. V roce 1926 ji navštívil také rakouský fyzik Erwin Schrödinger. Jeho pokus o vysvětlení kvantové fyziky v klasických termínech pomocí vlnové mechaniky udělal na Bohra dojem a podle jeho názoru přispěl „k takové matematické jasnosti a jednoduchosti, že představuje gigantický pokrok oproti všem předchozím formám kvantové mechaniky“.

Když Kramers v roce 1926 ústav opustil a nastoupil na místo profesora teoretické fyziky na univerzitě v Utrechtu, Bohr zařídil, aby se Heisenberg vrátil a zaujal Kramersovo místo lektora na univerzitě v Kodani. Heisenberg působil v Kodani v letech 1926-1927 jako univerzitní lektor a Bohrův asistent.

Bohr se přesvědčil, že světlo se chová jako vlny i částice, a v roce 1927 experimenty potvrdily de Broglieho hypotézu, že hmota (stejně jako elektrony) se také chová jako vlny. Vymyslel filozofický princip komplementarity: že předměty mohou mít zdánlivě vzájemně se vylučující vlastnosti, například být vlnou nebo proudem částic, v závislosti na experimentálním rámci. Domníval se, že profesionální filosofové mu plně nerozumějí.

V únoru 1927 Heisenberg vytvořil první verzi principu neurčitosti a představil ji pomocí myšlenkového experimentu, při němž byl elektron pozorován pomocí gama mikroskopu. Bohr byl s Heisenbergovým argumentem nespokojen, protože vyžadoval pouze to, aby měření narušilo již existující vlastnosti, a nikoli radikálnější myšlenku, že o vlastnostech elektronu nelze vůbec hovořit jinak než v kontextu, v němž byly měřeny. V příspěvku předneseném na Voltově konferenci v Comu v září 1927 Bohr zdůraznil, že Heisenbergovy vztahy neurčitosti lze odvodit z klasických úvah o rozlišovací schopnosti optických přístrojů. Pochopení skutečného významu komplementarity by podle Bohra vyžadovalo „bližší zkoumání“. Einstein dával přednost determinismu klasické fyziky před pravděpodobnostní novou kvantovou fyzikou, k níž sám přispěl. Filozofické otázky, které vyplynuly z nových aspektů kvantové mechaniky, se staly široce proslulými tématy diskusí. Einstein a Bohr vedli o těchto otázkách po celý život dobromyslné spory.

V roce 1914 odkázal Carl Jacobsen, dědic pivovaru Carlsberg, své sídlo jako čestnou rezidenci (dánsky Æresbolig), kterou bude doživotně užívat ten Dán, který se nejvíce zasloužil o vědu, literaturu nebo umění. Prvním nájemníkem byl Harald Høffding a po jeho smrti v červenci 1931 Královská dánská akademie věd a literatury propůjčila byt Bohrovi. Bohr se tam s rodinou přestěhoval v roce 1932. Dne 17. března 1939 byl zvolen prezidentem akademie.

V roce 1929 přiměl fenomén beta rozpadu Bohra, aby znovu navrhl opustit zákon zachování energie, ale hypotetické neutrino Enrica Fermiho a následný objev neutronu v roce 1932 poskytly jiné vysvětlení. To přimělo Bohra v roce 1936 vytvořit novou teorii složeného jádra, která vysvětlovala, jak mohou být neutrony zachyceny jádrem. V tomto modelu se jádro mohlo deformovat jako kapka kapaliny. Pracoval na ní s novým spolupracovníkem, dánským fyzikem Fritzem Kalckarem, který v roce 1938 náhle zemřel.

Objev jaderného štěpení Otto Hahnem v prosinci 1938 (a jeho teoretické vysvětlení Lise Meitnerovou) vyvolal mezi fyziky velký zájem. Bohr přivezl tuto zprávu do Spojených států, kde 26. ledna 1939 zahájil spolu s Fermim pátou washingtonskou konferenci o teoretické fyzice. Když Bohr řekl Georgi Placzkovi, že tím jsou vyřešeny všechny záhady transuranových prvků, Placzek mu řekl, že jedna zůstává: energie záchytu neutronů uranu neodpovídá energiím jeho rozpadu. Bohr o tom několik minut přemýšlel a pak Placzkovi, Léonu Rosenfeldovi a Johnu Wheelerovi oznámil: „Pochopil jsem všechno.“ Bohr se zamyslel. Na základě svého modelu jádra v kapalném stavu dospěl Bohr k závěru, že za štěpení tepelnými neutrony je primárně zodpovědný izotop uranu-235, a nikoliv hojnější uran-238. Bohr se domníval, že je to právě izotop uranu-238, který se štěpí za pomoci tepelných neutronů. V dubnu 1940 John R. Dunning prokázal, že Bohr měl pravdu. Mezitím Bohr a Wheeler vypracovali teoretické pojednání, které publikovali v článku „The Mechanism of Nuclear Fission“ (Mechanismus jaderného štěpení) ze září 1939.

Heisenberg o Bohrovi řekl, že je „především filozof, nikoli fyzik“. Bohr četl dánského křesťanského existencialistického filozofa 19. století Sørena Kierkegaarda. Richard Rhodes v knize The Making of the Atomic Bomb (Výroba atomové bomby) tvrdí, že Bohr byl Kierkegaardem ovlivněn prostřednictvím Høffdinga. V roce 1909 poslal Bohr svému bratrovi jako dárek k narozeninám Kierkegaardovu knihu Etapy na životní cestě. V přiloženém dopise Bohr napsal: „Je to jediná věc, kterou mohu poslat domů; ale nevěřím, že by bylo velmi snadné najít něco lepšího …. Dokonce si myslím, že je to jedna z nejúchvatnějších věcí, které jsem kdy četl.“ Bohrovi se líbil Kierkegaardův jazyk a literární styl, ale zmínil se, že s Kierkegaardovou filozofií poněkud nesouhlasí. Někteří Bohrovi životopisci naznačovali, že tento nesouhlas pramenil z toho, že Kierkegaard obhajoval křesťanství, zatímco Bohr byl ateista.

O tom, do jaké míry Kierkegaard ovlivnil Bohrovu filozofii a vědu, se vedou spory. David Favrholdt tvrdil, že Kierkegaard měl na Bohrovo dílo minimální vliv, přičemž Bohrovo prohlášení o nesouhlasu s Kierkegaardem bral za bernou minci, zatímco Jan Faye argumentoval, že lze nesouhlasit s obsahem teorie a zároveň přijmout její obecné předpoklady a strukturu.

Přečtěte si také, zivotopisy – Lorenzo Ghiberti

Kvantová fyzika

O Bohrových názorech a filozofii kvantové mechaniky se následně vedlo mnoho debat a diskusí. Pokud jde o jeho ontologickou interpretaci kvantového světa, byl Bohr považován za antirealistu, instrumentalistu, fenomenologického realistu nebo jiný druh realistů. Kromě toho, i když někteří považují Bohra za subjektivistu nebo pozitivistu, většina filozofů se shoduje, že jde o nepochopení Bohra, protože nikdy netvrdil, že je verifikacionista nebo že subjekt má přímý vliv na výsledek měření.

Bohr často citoval, že „neexistuje kvantový svět“, ale pouze „abstraktní kvantový fyzikální popis“. To však neřekl Bohr, ale Aage Petersen, který se po Bohrově smrti pokusil shrnout Bohrovu filozofii v jedné vzpomínce. N. David Mermin vzpomíná, jak Victor Weisskopf prohlásil, že Bohr by nic takového neřekl, a zvolal: „Aage Petersen se má stydět, že vkládá Bohrovi do úst tato směšná slova!“.

Řada badatelů tvrdí, že na Bohra měla silný vliv filozofie Immanuela Kanta. Stejně jako Kant i Bohr považoval rozlišování mezi zkušeností subjektu a objektem za důležitou podmínku pro dosažení poznání. Toho lze dosáhnout pouze pomocí kauzálních a časoprostorových pojmů k popisu zkušenosti subjektu. Podle Jana Faye se tedy Bohr domníval, že právě díky „klasickým“ pojmům jako „prostor“, „poloha“, „čas“, „kauzalita“ a „hybnost“ lze hovořit o objektech a jejich objektivní existenci. Bohr zastával názor, že základní pojmy jako „čas“ jsou zabudovány do našeho běžného jazyka a že pojmy klasické fyziky jsou pouze jejich zdokonalením. Proto podle Bohra musíme k popisu experimentů, které se zabývají kvantovým světem, používat klasické pojmy. Bohr píše:

Rozhodující je uznat, že ať už jevy přesahují rámec klasického fyzikálního vysvětlení jakkoli, je třeba všechny důkazy vyjádřit v klasických termínech. Argumentem je jednoduše to, že slovem „experiment“ označujeme situaci, kdy můžeme ostatním sdělit, co jsme udělali a co jsme zjistili, a že tedy popis experimentálního uspořádání a výsledků pozorování musí být vyjádřen jednoznačným jazykem s vhodným použitím terminologie klasické fyziky (APHK, s. 39).

Podle Fayeho existují různá vysvětlení, proč se Bohr domníval, že pro popis kvantových jevů jsou nezbytné klasické pojmy. Faye seskupuje vysvětlení do pěti rámců: empirismus (kantovství (nebo novokantovské modely epistemologie, v nichž jsou klasické pojmy apriorními pojmy, které mysl vnucuje smyslovým vjemům); pragmatismus (který se zaměřuje na to, jak lidské bytosti zkušenostně interagují s atomárními systémy podle svých potřeb a zájmů); darwinismus (tj. jsme uzpůsobeni k používání pojmů klasického typu, k čemuž jsme se podle Léona Rosenfelda vyvinuli); a experimentalizmus (který se zaměřuje striktně na funkci a výsledek experimentů, které tedy musí být popsány klasicky). Tato vysvětlení se vzájemně nevylučují a někdy se zdá, že Bohr zdůrazňuje některé z těchto aspektů, zatímco jindy se zaměřuje na jiné prvky. Podle Fayeho „Bohr považoval atom za skutečný. Atomy nejsou ani heuristické, ani logické konstrukce“. Podle Fayeho však nevěřil, „že kvantově mechanický formalismus je pravdivý v tom smyslu, že nám poskytuje doslovnou (“obrazovou“), a nikoli symbolickou reprezentaci kvantového světa“. Proto je Bohrova teorie komplementarity „především sémantickým a epistemologickým výkladem kvantové mechaniky, který s sebou nese určité ontologické důsledky“. Jak vysvětluje Faye, Bohrova teze o nedefinovatelnosti spočívá v tom, že

pravdivostní podmínky vět přisuzujících atomárnímu objektu určitou kinematickou nebo dynamickou hodnotu jsou závislé na použitém přístroji tak, že tyto pravdivostní podmínky musí zahrnovat odkaz na experimentální uspořádání i na skutečný výsledek experimentu.

Faye poznamenává, že Bohrova interpretace se nezmiňuje o „kolapsu vlnové funkce během měření“ (a ve skutečnosti se o této myšlence nikdy nezmínil). Místo toho Bohr „přijal Bornovu statistickou interpretaci, protože věřil, že ψ-funkce má pouze symbolický význam a nepředstavuje nic reálného“. Protože pro Bohra ψ-funkce není doslovným obrazovým znázorněním reality, nemůže dojít k žádnému skutečnému kolapsu vlnové funkce.

V poslední době se v literatuře hodně diskutuje o tom, co Bohr věřil o atomech a jejich realitě a zda jsou něčím jiným, než čím se zdají být. Někteří jako Henry Folse tvrdí, že Bohr viděl rozdíl mezi pozorovanými jevy a transcendentální realitou. Jan Faye s tímto stanoviskem nesouhlasí a domnívá se, že pro Bohra byl kvantový formalismus a komplementarita tím jediným, co jsme mohli říci o kvantovém světě, a že „v Bohrových spisech není žádný další důkaz, který by naznačoval, že by Bohr atomovým objektům přisuzoval vnitřní a na měření nezávislé stavové vlastnosti (byť pro nás zcela nesrozumitelné a nedostupné) navíc k těm klasickým, které se projevují při měření“.

Nástup nacismu v Německu přiměl mnoho učenců k útěku ze země, ať už kvůli židovskému původu, nebo proto, že byli politickými odpůrci nacistického režimu. V roce 1933 vytvořila Rockefellerova nadace fond na podporu uprchlých vědců a Bohr o tomto programu jednal s prezidentem Rockefellerovy nadace Maxem Masonem v květnu 1933 během návštěvy Spojených států. Bohr nabídl uprchlíkům dočasnou práci v ústavu, poskytl jim finanční podporu, zařídil jim stipendia Rockefellerovy nadace a nakonec jim našel místa v institucích po celém světě. Mezi ty, kterým pomohl, patřili Guido Beck, Felix Bloch, James Franck, George de Hevesy, Otto Frisch, Hilde Levi, Lise Meitner, George Placzek, Eugene Rabinowitch, Stefan Rozental, Erich Ernst Schneider, Edward Teller, Arthur von Hippel a Victor Weisskopf.

V dubnu 1940, na počátku druhé světové války, nacistické Německo napadlo a okupovalo Dánsko. Aby Němci nemohli objevit zlaté Nobelovy medaile Maxe von Laueho a Jamese Francka, nechal je Bohr de Hevesy rozpustit v aqua regia. V této podobě byly medaile uloženy na polici v Institutu až do konce války, kdy bylo zlato vysráženo a medaile znovu vyraženy Nobelovou nadací. Bohrova vlastní medaile byla věnována do aukce Fondu pro pomoc Finsku a byla vydražena v březnu 1940 spolu s medailí Augusta Krogha. Kupec později obě medaile věnoval Dánskému historickému muzeu na zámku Frederiksborg, kde jsou uloženy dodnes.

Bohr udržel ústav v chodu, ale všichni zahraniční vědci odešli.

Přečtěte si také, zivotopisy – John Huston

Setkání s Heisenbergem

Bohr si byl vědom možnosti použití uranu 235 k výrobě atomové bomby, zmiňoval se o ní na přednáškách v Británii a Dánsku krátce před začátkem války a po ní, ale nevěřil, že je technicky možné získat dostatečné množství uranu 235. V září 1941 navštívil Heisenberg, který se stal vedoucím německého projektu jaderné energie, Bohra v Kodani. Během tohoto setkání si oba muži udělali venku soukromou chvilku, jejíž obsah vyvolal mnoho spekulací, protože oba podávali rozdílné výpovědi. Podle Heisenberga se začal zabývat jadernou energií, morálkou a válkou, na což Bohr zřejmě reagoval tím, že rozhovor náhle ukončil, přičemž Heisenbergovi nenaznačil své vlastní názory. Ivan Supek, jeden z Heisenbergových studentů a přátel, tvrdil, že hlavním tématem schůzky byl Carl Friedrich von Weizsäcker, který navrhl, že se pokusí přesvědčit Bohra, aby zprostředkoval mír mezi Británií a Německem.

V roce 1957 napsal Heisenberg Robertu Jungkovi, který tehdy pracoval na knize Jasnější než tisíc sluncí: A Personal History of the Atomic Scientists (Osobní historie atomových vědců). Heisenberg vysvětloval, že navštívil Kodaň, aby Bohrovi sdělil názory několika německých vědců, že výroba jaderné zbraně je s velkým úsilím možná a že to vyvolává obrovskou odpovědnost světových vědců na obou stranách. Když Bohr viděl Jungkovo líčení v dánském překladu knihy, vypracoval (ale nikdy neodeslal) Heisenbergovi dopis, v němž uvedl, že nikdy nepochopil účel Heisenbergovy návštěvy, byl šokován Heisenbergovým názorem, že Německo válku vyhraje a že atomové zbraně mohou být rozhodující.

Michael Frayn ve své hře Kodaň z roku 1998 zkoumá, co se mohlo stát na setkání Heisenberga a Bohra v roce 1941. Televizní filmová verze této hry byla poprvé uvedena 26. září 2002, v níž Stephen Rea hraje Bohra, Daniel Craig Heisenberga a Francesca Annisová Margrethe Bohr. Stejné setkání bylo již dříve zdramatizováno v roce 1992 v rámci vědeckého dokumentárního cyklu BBC Horizon, kde se v roli Bohra představil Anthony Bate a v roli Heisenberga Philip Anthony. Setkání je zdramatizováno také v norském

Přečtěte si také, zivotopisy – Constantin Carathéodory

Projekt Manhattan

V září 1943 se k Bohrovi a jeho bratrovi Haraldovi donesla zpráva, že nacisté považují jejich rodinu za židovskou, protože jejich matka byla Židovka, a že jim proto hrozí zatčení. Dánský odboj pomohl Bohrovi a jeho ženě 29. září uprchnout po moři do Švédska. Následujícího dne Bohr přesvědčil švédského krále Gustafa V., aby zveřejnil ochotu Švédska poskytnout azyl židovským uprchlíkům. Dne 2. října 1943 švédský rozhlas odvysílal zprávu, že Švédsko je připraveno poskytnout azyl, a vzápětí následovala hromadná záchrana dánských Židů jejich krajany. Někteří historici tvrdí, že Bohrovo jednání vedlo přímo k masové záchraně, zatímco jiní tvrdí, že ačkoli Bohr udělal pro své krajany vše, co mohl, jeho činy neměly na širší události rozhodující vliv. Do Švédska nakonec uprchlo více než 7 000 dánských Židů.

Když zpráva o Bohrově útěku dorazila do Británie, poslal lord Cherwell Bohrovi telegram, v němž ho žádal, aby přijel do Británie. Bohr přiletěl do Skotska 6. října v letadle de Havilland Mosquito společnosti British Overseas Airways Corporation (BOAC). Mosquita byla neozbrojená rychlá bombardovací letadla, která byla upravena pro přepravu malých, cenných nákladů nebo důležitých cestujících. Díky tomu, že letěly vysokou rychlostí a ve velké výšce, mohly překonat Němci okupované Norsko, a přitom se vyhnout německým stíhačkám. Bohr, vybavený padákem, leteckou kombinézou a kyslíkovou maskou, strávil tříhodinový let vleže na matraci v pumovnici letadla. Během letu neměl Bohr na hlavě leteckou přilbu, protože mu byla příliš malá, a proto neslyšel pokyn pilota v interkomu, aby zapnul přívod kyslíku, když letadlo stoupalo do velké výšky, aby přeletělo Norsko. Omdlel z nedostatku kyslíku a oživil se, až když letadlo kleslo do nižší výšky nad Severním mořem. Bohrův syn Aage následoval svého otce do Británie při dalším letu o týden později a stal se jeho osobním asistentem.

James Chadwick a sir John Anderson Bohra vřele přijali, ale z bezpečnostních důvodů se mu vyhýbali. Dostal byt v St James“s Palace a kancelář v týmu vývoje jaderných zbraní British Tube Alloys. Bohr byl ohromen dosaženým pokrokem. Chadwick zařídil, aby Bohr navštívil Spojené státy jako konzultant společnosti Tube Alloys a Aage jako jeho asistent. Dne 8. prosince 1943 přijel Bohr do Washingtonu, kde se setkal s ředitelem projektu Manhattan, brigádním generálem Leslie R. Grovesem Jr. Navštívil Einsteina a Pauliho v Institutu pro pokročilá studia v Princetonu v New Jersey a odjel do Los Alamos v Novém Mexiku, kde se navrhovaly jaderné zbraně. Z bezpečnostních důvodů vystupoval ve Spojených státech pod jménem „Nicholas Baker“, zatímco Aage se stal „Jamesem Bakerem“. V květnu 1944 dánské odbojové noviny De frie Danske informovaly, že se dozvěděly, že „slavný syn Dánska profesor Niels Bohr“ v říjnu předchozího roku uprchl ze své země přes Švédsko do Londýna a odtud odcestoval do Moskvy, odkud se dalo předpokládat, že bude podporovat válečné úsilí.

Bohr v Los Alamos nezůstal, ale v průběhu následujících dvou let jej několikrát navštívil. Robert Oppenheimer připisoval Bohrovi zásluhy za to, že působil „jako vědecký otec mladších mužů“, zejména Richarda Feynmana. Bohr prý řekl: „Při výrobě atomové bomby mou pomoc nepotřebovali.“ Oppenheimer Bohrovi připsal významný podíl na práci na modulovaných neutronových iniciátorech. „Toto zařízení zůstávalo tvrdohlavou hádankou,“ poznamenal Oppenheimer, „ale počátkem února 1945 Niels Bohr objasnil, co je třeba udělat.“

Bohr si včas uvědomil, že jaderné zbraně změní mezinárodní vztahy. V dubnu 1944 obdržel dopis od Petera Kapitzy, který napsal o několik měsíců dříve, když byl Bohr ve Švédsku, a pozval ho do Sovětského svazu. Dopis přesvědčil Bohra, že Sověti o angloamerickém projektu vědí a budou se snažit jej dohnat. Poslal Kapitzovi nezávaznou odpověď, kterou před odesláním ukázal úřadům v Británii. Bohr se s Churchillem setkal 16. května 1944, ale zjistil, že „nemluvíme stejným jazykem“. Churchill s myšlenkou otevřenosti vůči Rusům nesouhlasil do té míry, že mu v dopise napsal: „Zdá se mi, že Bohr by měl být uzavřen nebo v každém případě přiměn k tomu, aby pochopil, že je velmi blízko hranici smrtelných zločinů.“

Oppenheimer navrhl Bohrovi, aby navštívil prezidenta Franklina D. Roosevelta a přesvědčil ho, že projekt Manhattan by měl být sdílen se Sověty v naději na urychlení jeho výsledků. Bohrův přítel, soudce Nejvyššího soudu Felix Frankfurter, informoval prezidenta Roosevelta o Bohrových názorech a 26. srpna 1944 se uskutečnilo jejich setkání. Roosevelt navrhl, aby se Bohr vrátil do Spojeného království a pokusil se získat britský souhlas. Když se Churchill a Roosevelt 19. září 1944 setkali v Hyde Parku, odmítli myšlenku informovat o projektu svět a aide-mémoire jejich rozhovoru obsahoval dodatek, že „je třeba provést šetření týkající se činnosti profesora Bohra a podniknout kroky k zajištění toho, aby nebyl odpovědný za únik informací, zejména k Rusům“.

V červnu 1950 adresoval Bohr OSN „Otevřený dopis“, v němž vyzval k mezinárodní spolupráci v oblasti jaderné energie. V roce 1950, po prvním testu jaderné zbraně v Sovětském svazu, byla podle Bohrova návrhu založena Mezinárodní agentura pro atomovou energii. V roce 1957 obdržel vůbec první cenu Atoms for Peace Award.

Po skončení války se Bohr 25. srpna 1945 vrátil do Kodaně a 21. září byl znovu zvolen prezidentem Dánské královské akademie věd a umění. Na vzpomínkové schůzi Akademie 17. října 1947, která se konala na počest krále Kristiána X., jenž zemřel v dubnu, nový král Frederick IX. oznámil, že uděluje Bohrovi Sloní řád. Toto vyznamenání se obvykle udělovalo pouze královským osobám a hlavám států, ale král prohlásil, že jím oceňuje nejen Bohra osobně, ale i dánskou vědu. Bohr si navrhl vlastní erb, který obsahoval tajjitu (symbol jin a jang) a motto v latině: contraria sunt complementa, „protiklady se doplňují“.

Druhá světová válka ukázala, že věda, a zejména fyzika, nyní vyžaduje značné finanční a materiální zdroje. Aby se zabránilo odlivu mozků do Spojených států, spojilo se dvanáct evropských zemí a vytvořilo CERN, výzkumnou organizaci po vzoru národních laboratoří ve Spojených státech, jejímž úkolem bylo realizovat velké vědecké projekty, které přesahovaly možnosti každé z nich. Brzy vyvstaly otázky ohledně nejlepšího umístění zařízení. Bohr a Kramers se domnívali, že ideálním místem by byl Institut v Kodani. Pierre Auger, který organizoval předběžná jednání, s tím nesouhlasil; domníval se, že Bohr i jeho ústav jsou již za zenitem a že Bohrova přítomnost by zastínila ostatní. Po dlouhé debatě přislíbil Bohr v únoru 1952 CERNu svou podporu a v říjnu byla jako místo vybrána Ženeva. Teoretická skupina CERNu sídlila v Kodani, dokud nebylo v roce 1957 připraveno její nové sídlo v Ženevě. Victor Weisskopf, který se později stal generálním ředitelem CERNu, shrnul Bohrovu roli slovy: „Byly tu i jiné osobnosti, které myšlenku CERNu nastartovaly a vymyslely. Nadšení a myšlenky ostatních lidí by však nestačily, kdyby je nepodporoval člověk jeho formátu“.

Mezitím skandinávské země založily v roce 1957 Severský institut pro teoretickou fyziku, jehož předsedou se stal Bohr. Podílel se také na založení Výzkumného ústavu Risø Dánské komise pro atomovou energii a od února 1956 byl jeho prvním předsedou.

Bohr zemřel 18. listopadu 1962 ve svém domě v Carlsbergu na selhání srdce. Byl zpopelněn a jeho popel byl pohřben na rodinném pozemku na hřbitově Assistens v kodaňské čtvrti Nørrebro spolu s rodiči, bratrem Haraldem a synem Christianem. Po letech tam byl uložen také popel jeho manželky. Dne 7. října 1965, v den jeho osmdesátých narozenin, byl Ústav teoretické fyziky Kodaňské univerzity oficiálně přejmenován na to, čemu se po mnoho let neoficiálně říkalo: Ústav Nielse Bohra.

Bohr obdržel řadu vyznamenání a ocenění. Kromě Nobelovy ceny obdržel v roce 1921 Hughesovu medaili, v roce 1923 Matteucciho medaili, v roce 1926 Franklinovu medaili, v roce 1938 Copleyho medaili, v roce 1947 Sloní řád, v roce 1957 cenu Atoms for Peace a v roce 1961 Sonningovu cenu. V roce 1923 se stal zahraničním členem Nizozemské královské akademie umění a věd a v roce 1926 členem Královské společnosti. Půlstoletí Bohrova modelu bylo v Dánsku připomenuto 21. listopadu 1963 poštovní známkou s Bohrovým vyobrazením, atomem vodíku a vzorcem pro rozdíl libovolných dvou energetických hladin vodíku: h ν = ϵ 2 – ϵ 1 {displaystyle h u =epsilon _{2}-epsilon _{1}} . Poštovní známky s Bohrovou podobiznou vydalo také několik dalších zemí. V roce 1997 začala Dánská národní banka dávat do oběhu 500korunovou bankovku s portrétem Bohra kouřícího dýmku. Dne 7. října 2012 se na oslavu 127. výročí narození Nielse Bohra objevil na domovské stránce Google Doodle zobrazující Bohrův model atomu vodíku. Byla po něm pojmenována planetka 3948 Bohr, měsíční kráter Bohr a chemický prvek bohrium s atomovým číslem 107.

Zdroje

1. Niels Bohr
2. Niels Bohr
3. ^ a b Politiets Registerblade [Register cards of the Police] (in Danish). Copenhagen: Københavns Stadsarkiv. 7 June 1892. Station Dødeblade (indeholder afdøde i perioden). Filmrulle 0002. Registerblad 3341. ID 3308989. Archived from the original on 29 November 2014.
4. ^ a b Pais 1991, pp. 44–45, 538–539.
5. 1 2 Архив по истории математики Мактьютор
6. Celtium, em inglês
7. (en) « by any measure the most important result in all of quantum mechanics »