Niels Bohr

Dimitris Stamatios | octubre 19, 2022

Resumen

Niels Henrik David Bohr (7 de octubre de 1885 – 18 de noviembre de 1962) fue un físico danés que realizó contribuciones fundamentales para 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 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. 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 la ciencia como en la 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 la existencia de un nuevo elemento similar al circonio, que se denominó hafnio, por el nombre latino de Copenhague, donde fue descubierto. Más tarde, el elemento bohrio recibió su nombre.

Durante los años 30, Bohr ayudó a los refugiados del nazismo. Después de que Dinamarca fuera ocupada por los alemanes, tuvo una famosa reunión con Heisenberg, que se había convertido en el jefe del proyecto alemán de armas nucleares. En septiembre de 1943, Bohr recibió la noticia de que iba a ser arrestado por los alemanes y huyó a Suecia. Desde allí fue trasladado a Gran Bretaña, donde se unió al proyecto británico de armas nucleares Tube Alloys, y formó parte de la misión británica en el Proyecto Manhattan. Después de la guerra, Bohr abogó por la cooperación internacional en materia de energía nuclear. Participó en la creación del CERN y del Research Establishment Risø de la Comisión Danesa de Energía Atómica y se convirtió en el primer presidente del Instituto Nórdico de Física Teórica en 1957.

Bohr nació en Copenhague (Dinamarca) el 7 de octubre de 1885, el segundo de los tres hijos de Christian Bohr, profesor de fisiología en la Universidad de Copenhague, y Ellen Bohr (de soltera Adler), que era hija de David B. Adler, de la acaudalada familia de banqueros judíos daneses Adler. Tenía una hermana mayor, Jenny, y un hermano menor, Harald. Mientras tanto, Harald se convirtió en matemático y futbolista que jugó con la selección danesa en los Juegos Olímpicos de verano de 1908 en Londres. Niels también era un apasionado del fútbol, y los dos hermanos jugaron varios partidos en el Akademisk Boldklub (Club de Fútbol Académico) de Copenhague, con Niels como portero.

Bohr fue educado en la Escuela Latina de Gammelholm, desde los siete años. En 1903, Bohr se matriculó en la Universidad de Copenhague. Se especializó en física, que estudió con el profesor Christian Christiansen, el único catedrático de física de la universidad en aquella época. También estudió astronomía y matemáticas con el profesor Thorvald Thiele, y filosofía con el profesor Harald Høffding, amigo de su padre.

En 1905, la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras patrocinó un concurso con medalla de oro para investigar un método de medición de 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 llevó a cabo 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 propio material de vidrio, creando tubos de ensayo con las secciones transversales elípticas necesarias. Fue más allá de la tarea original, incorporando mejoras tanto en la teoría de Rayleigh como en su método, al tener en cuenta la viscosidad del agua, y al trabajar con amplitudes finitas en lugar de sólo infinitesimales. Su ensayo, que presentó en el último momento, ganó el premio. Posteriormente, presentó una versión mejorada del trabajo a la Royal Society de Londres para su publicación en las Philosophical Transactions of the Royal Society.

Harald fue 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 el suyo sobre la teoría de los electrones de los metales, un tema asignado por su supervisor, Christiansen. Posteriormente, Bohr transformó su tesis de maestría en su tesis de doctorado (dr. phil.), mucho más extensa. Estudió la literatura sobre el tema y se decantó 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 siguió sin poder 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 y Bohr realizó su defensa formal el 13 de mayo. Harald se había doctorado el año anterior. 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 aquella época. 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 Bohr-Van Leeuwen.

En 1910, Bohr conoció a Margrethe Nørlund, hermana del matemático Niels Erik Nørlund. Bohr renunció a su pertenencia a 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. El mayor, Christian, falleció en un accidente de barco en 1934, y otro, Harald, murió de meningitis infantil. Aage Bohr se convirtió en un físico de éxito y en 1975 recibió el Premio Nobel de Física, al igual que su padre. Hans, ingeniero químico, y Ernest, abogado. Al igual que su tío Harald, Ernest Bohr se convirtió en atleta olímpico, jugando al hockey sobre hierba para Dinamarca en los Juegos Olímpicos de 1948 en Londres.

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Modelo de Bohr

En septiembre de 1911, Bohr, apoyado por una beca de la Fundación Carlsberg, viajó a Inglaterra, donde se realizaba 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 las conferencias sobre electromagnetismo impartidas por James Jeans y Joseph Larmor, e hizo algunas investigaciones 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 Thomson de 1904. 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 a Charles Galton Darwin (a quien Bohr se refería como «el nieto del verdadero Darwin»).

Bohr regresó a Dinamarca en julio de 1912 para celebrar su boda, y viajó por Inglaterra y Escocia durante su luna de miel. A su regreso, se convirtió en profesor privado en la Universidad de Copenhague, dando conferencias sobre termodinámica. Martin Knudsen propuso el nombre de Bohr como docente, que fue aprobado en julio de 1913, y Bohr comenzó a dar clases a estudiantes de medicina. Sus tres artículos, que luego se hicieron famosos como «la trilogía», se publicaron en la revista Philosophical Magazine en julio, septiembre y noviembre de ese año. Adaptó la estructura nuclear de Rutherford a la teoría cuántica de Max Planck y creó así su modelo Bohr del átomo.

Los modelos planetarios de los átomos no eran nuevos, pero el tratamiento de Bohr sí. 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» cuantizados alrededor del núcleo del átomo para estabilizarlo, pero no fue hasta su artículo de 1921 cuando 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. Introdujo la idea de que un electrón podía pasar de una órbita de mayor energía a otra inferior, 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.

En 1885, Johann Balmer había ideado 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. 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 derivarla 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 de Pickering, líneas que no se ajustaban a la fórmula de Balmer. Cuando Alfred Fowler lo cuestionó, Bohr respondió que estaban causadas por el helio ionizado, átomos de helio con un solo electrón. El modelo de Bohr funcionaba para estos iones. La trilogía no gustó a muchos físicos veteranos, como Thomson, Rayleigh y Hendrik Lorentz, pero la generación más joven, que incluía a Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born y Arnold Sommerfeld, la consideró un gran avance. 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 por los experimentos. Hoy en día, el modelo de Bohr del átomo ha sido superado, pero sigue siendo el modelo más conocido del átomo, ya que aparece a menudo en los textos de física y química de la escuela secundaria.

A Bohr no le gustaba enseñar a los estudiantes de medicina. Decidió volver a Manchester, donde Rutherford le había ofrecido un puesto de lector en lugar de Darwin, cuyo mandato había expirado. Bohr aceptó. Pidió una excedencia en la Universidad de Copenhague, que inició con unas vacaciones en el Tirol con su hermano Harald y su tía Hanna Adler. Allí visitó la Universidad de Gotinga 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 vuelta 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 Bohr fue nombrado catedrático de Física Teórica en la Universidad de Copenhague, un puesto creado especialmente para él. Al mismo tiempo se suprimió su cátedra, por lo que tuvo que seguir enseñando física a los estudiantes de medicina. Los nuevos profesores fueron presentados formalmente al rey Christian X, que expresó su alegría por conocer a un futbolista tan famoso.

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Instituto de Física

En abril de 1917, Bohr inició una campaña para crear un Instituto de Física Teórica. Consiguió el apoyo del gobierno danés y de la Fundación Carlsberg, y la industria y los donantes privados, muchos de ellos judíos, realizaron importantes contribuciones. En noviembre de 1918 se aprobó la legislación que establecía el instituto. El 3 de marzo de 1921 se inauguró el Instituto Niels Bohr, cuyo director era Bohr. Su familia se instaló en un apartamento del primer piso. El instituto de Bohr fue un punto de referencia 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 el holandés Hans Kramers, el sueco Oskar Klein, el húngaro George de Hevesy, el polaco Wojciech Rubinowicz y el noruego Svein Rosseland. Bohr llegó a ser muy apreciado como su simpático anfitrión y eminente colega. Klein y Rosseland elaboraron la primera publicación del instituto incluso antes de su apertura.

El modelo de Bohr funcionaba bien para el hidrógeno y el Helio ionizado de un solo electrón, lo que impresionó a Einstein, pero no podía explicar elementos más complejos. En 1919, Bohr se alejó de la idea de que los electrones orbitaban alrededor del núcleo y desarrolló una heurística para describirlos. Los elementos de tierras raras planteaban un problema de clasificación particular para los químicos, porque eran muy similares químicamente. En 1924, el descubrimiento del principio de exclusión de Pauli por parte de Wolfgang Pauli supuso un avance importante, ya que permitió que los modelos de Bohr tuvieran una base teórica sólida. 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 se habían predicho y descubierto desde 1871 por sus propiedades químicas) y Bohr fue inmediatamente desafiado por el químico francés Georges Urbain, que afirmó haber descubierto un elemento de tierras raras 72, al que llamó «celtio». En el Instituto de Copenhague, Dirk Coster y George de Hevesy aceptaron el reto de demostrar que Bohr tenía razón y Urbain no. Partir de una idea clara de las propiedades químicas del elemento desconocido simplificó enormemente el proceso de búsqueda. Revisaron las 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.

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». El premio reconocía así tanto la Trilogía como sus primeros trabajos en el campo emergente de la mecánica cuántica. En su discurso del Nobel, Bohr expuso a su público un amplio panorama de lo que se sabía entonces sobre la estructura del átomo, incluido el principio de correspondencia, que él 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.

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 por 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 Bohr-Kramers-Slater (BKS). Se trataba más de un programa que de una teoría física completa, ya que las ideas que desarrollaba no se elaboraban cuantitativamente. La teoría BKS se convirtió en el último intento 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 a una descripción ondulatoria clásica del campo electromagnético.

La modelización del comportamiento atómico bajo la radiación electromagnética incidente mediante «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. Esto condujo al desarrollo de la mecánica matricial, la primera forma de la mecánica cuántica moderna. La teoría BKS también generó un debate y una atención renovada sobre las dificultades de los fundamentos de la antigua teoría cuántica. El elemento más provocativo de BKS -que el momento y la energía no se conservan necesariamente en cada interacción, sino sólo estadísticamente- pronto se demostró que entraba en conflicto con los experimentos realizados por Walther Bothe y Hans Geiger. A la luz de estos resultados, Bohr informó a Darwin de que «no hay nada más que hacer que dar a nuestros esfuerzos revolucionarios un funeral lo más honorable posible».

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La mecánica cuántica

La introducción del espín por parte de George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit en noviembre de 1925 fue un hito. Al mes siguiente, Bohr viajó a Leiden para asistir a las celebraciones del 50º aniversario del doctorado de Hendrick Lorentz. Cuando su tren se detuvo en Hamburgo, fue recibido por Wolfgang Pauli y Otto Stern, que 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 de que Einstein había resuelto este problema mediante la relatividad. Bohr hizo entonces que Uhlenbeck y Goudsmit lo incorporaran a su artículo. Así, cuando se encontró con Werner Heisenberg y Pascual Jordán en Gotinga a la vuelta, se había convertido, según sus propias palabras, en «un profeta del evangelio del imán de electrones».

Heisenberg acudió por primera vez a Copenhague en 1924 y regresó a Gotinga en junio de 1925, para desarrollar poco después los fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica. Cuando mostró sus resultados a Max Born en Gotinga, éste se dio cuenta de que la mejor forma de expresarlos era mediante matrices. Este trabajo atrajo la atención del físico británico Paul Dirac, que acudió a Copenhague durante seis meses en septiembre de 1926. El físico austriaco Erwin Schrödinger también visitó la ciudad en 1926. Su intento de explicar la física cuántica en términos clásicos utilizando la mecánica ondulatoria impresionó a Bohr, que creía que contribuía «tanto a la claridad y simplicidad matemática que representa un avance gigantesco sobre todas las formas anteriores de la mecánica cuántica».

Cuando Kramers dejó el instituto en 1926 para ocupar una cátedra de física teórica en la Universidad de Utrecht, Bohr dispuso que Heisenberg regresara y ocupara el lugar de Kramers como lektor en la Universidad de Copenhague. Heisenberg trabajó en Copenhague como profesor universitario y asistente de Bohr de 1926 a 1927.

Bohr se convenció de que la luz se comportaba como ondas y como 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 podían tener propiedades aparentemente excluyentes, como ser una onda o una corriente de partículas, dependiendo del marco experimental. Consideró que los filósofos profesionales no lo entendían del todo.

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 aparte del contexto en el que se medían. En un documento presentado en la Conferencia Volta de Como en septiembre de 1927, Bohr subrayó que las relaciones de incertidumbre de Heisenberg podían derivarse de consideraciones clásicas sobre el poder de resolución de los instrumentos ópticos. Comprender el verdadero significado de la complementariedad requeriría, según Bohr, una «investigación más profunda». Einstein prefería 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 célebres temas de discusión. Einstein y Bohr mantuvieron discusiones amistosas sobre estas cuestiones durante toda su vida.

En 1914, Carl Jacobsen, heredero de las cervecerías Carlsberg, legó su mansión para que la utilizara de por vida el danés que hubiera hecho la contribución más destacada a la ciencia, la literatura o las artes, como residencia honorífica (danés: Æresbolig). Harald Høffding había sido el primer ocupante, y a su muerte, en julio de 1931, la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras cedió a Bohr la ocupación. Él y su familia se trasladaron 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 el abandono de 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 los neutrones podían ser capturados por el núcleo. En este modelo, el núcleo podía deformarse como una gota de líquido. Trabajó en ello con un nuevo colaborador, el físico danés Fritz Kalckar, que murió repentinamente en 1938.

El descubrimiento de la fisión nuclear por parte de Otto Hahn en diciembre de 1938 (y su explicación teórica por parte de Lise Meitner) generó un intenso interés entre los físicos. Bohr llevó la noticia a Estados Unidos, donde inauguró la Quinta Conferencia de Washington sobre Física Teórica con Fermi el 26 de enero de 1939. Cuando Bohr 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 pensó en ello 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 llegó a la conclusión de que era el isótopo 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. Mientras tanto, Bohr y Wheeler desarrollaron un tratamiento teórico que publicaron en un documento de septiembre de 1939 sobre «El mecanismo de la fisión nuclear».

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 afirma en The Making of the Atomic Bomb que Bohr recibió la influencia de Kierkegaard a través de Høffding. En 1909, Bohr envió a su hermano las Etapas del camino de la vida de Kierkegaard 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 leído». Bohr disfrutaba del lenguaje y el estilo literario de Kierkegaard, pero mencionó que tenía algunos desacuerdos con la filosofía de Kierkegaard. Algunos biógrafos de Bohr sugirieron que este desacuerdo se debía a que Kierkegaard defendía el cristianismo, mientras que Bohr era ateo.

Se ha discutido hasta qué punto Kierkegaard influyó en la filosofía y la ciencia de Bohr. David Favrholdt argumentó que Kierkegaard tuvo una influencia mínima en la obra de Bohr, tomando la declaración de Bohr sobre el desacuerdo con Kierkegaard al pie de la letra, mientras que Jan Faye argumentó que se puede estar en desacuerdo con el contenido de una teoría mientras se aceptan sus premisas generales y su estructura.

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La física cuántica

Posteriormente se ha debatido y discutido mucho sobre las opiniones de Bohr y la filosofía de la mecánica cuántica. En lo que respecta a su interpretación ontológica del mundo cuántico, se ha considerado a Bohr como un antirrealista, un instrumentalista, un realista fenomenológico o algún otro tipo de realista. Además, aunque algunos han considerado a Bohr como un subjetivista o un positivista, la mayoría de los filósofos coinciden en que esto es un malentendido de Bohr, ya que nunca defendió el verificacionismo ni la idea de que el sujeto tuviera un impacto directo en el resultado de una medición.

A menudo se ha citado a Bohr diciendo que «no hay un mundo cuántico», sino sólo una «descripción física cuántica abstracta». Esto no lo dijo Bohr, sino Aage Petersen al intentar resumir la filosofía de Bohr en una reminiscencia tras la muerte de éste. N. David Mermin recordó que Victor Weisskopf declaró que Bohr no habría dicho nada parecido y exclamó: «¡Vergüenza debería darle a Aage Petersen por poner esas ridículas palabras en boca de Bohr!».

Numerosos estudiosos han afirmado 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. Así, según Jan Faye, Bohr pensaba que es gracias a conceptos «clásicos» como «espacio», «posición», «tiempo», «causalidad» y «momento» que se puede hablar de los objetos y de su existencia objetiva. Bohr sostenía que conceptos básicos como el de «tiempo» están incorporados a nuestro lenguaje ordinario y que los conceptos de la física clásica no son más que un refinamiento de los mismos. Por lo tanto, para Bohr, es necesario utilizar conceptos clásicos para describir los experimentos que tienen que ver con el mundo cuántico. Bohr escribe:

Es decisivo reconocer que, por mucho que los fenómenos trasciendan el ámbito de la explicación física clásica, el relato de todas las pruebas 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, el relato de la disposición experimental y de los resultados de las observaciones debe expresarse en un lenguaje inequívoco con una aplicación adecuada de la terminología de la física clásica (APHK, p. 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 (kantianismo (o modelos neokantianos de epistemología en los que las ideas clásicas son conceptos a priori que la mente impone a las impresiones de los sentidos); pragmatismo (que se centran en cómo los seres humanos interactúan experiencialmente con los sistemas atómicos según sus necesidades e intereses); darwinismo (es decir, estamos adaptados a utilizar conceptos de tipo clásico, para los que Léon Rosenfeld dijo que habíamos evolucionado); y experimentalismo (que se centra estrictamente en la función y el resultado de los experimentos que, por tanto, deben describirse de forma clásica). Estas explicaciones no son mutuamente excluyentes, y a veces Bohr parece enfatizar algunos de estos aspectos mientras que en otras ocasiones se centra en otros elementos. Según Faye «Bohr pensaba en el átomo como algo real. Los átomos no son construcciones heurísticas ni lógicas». Sin embargo, según Faye, no creía «que el formalismo mecánico cuántico fuera verdadero en el sentido de que nos daba una representación literal (»pictórica») en lugar de simbólica del mundo cuántico». Por 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 implicado, de manera que estas condiciones de verdad tienen que incluir una referencia al montaje experimental así como al 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 sólo 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 lo que Bohr creía sobre los átomos y su realidad y si son algo más de lo que parecen ser. Algunos, como Henry Folse, sostienen que Bohr veía una distinción entre los fenómenos observados y una realidad trascendental. Jan Faye no está de acuerdo con esta postura 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 pruebas en los escritos de Bohr que indiquen que Bohr atribuiría a los objetos atómicos propiedades de estado intrínsecas e independientes de la medición (aunque bastante ininteligibles e inaccesibles para nosotros) además de las clásicas que se manifiestan en la medición.»

El ascenso del nazismo en Alemania hizo que muchos académicos huyeran de sus países, bien por ser judíos o por ser opositores políticos al 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 Estados Unidos. Bohr ofreció a los refugiados puestos de trabajo temporales en el instituto, les proporcionó ayuda económica, organizó la concesión de becas de la Fundación Rockefeller y, finalmente, les encontró plazas en instituciones de todo el mundo. Entre los que ayudó se encuentran 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 Nobel de oro de Max von Laue y James Franck, Bohr hizo que de Hevesy las disolviera en agua regia. En esta forma, se guardaron en una estantería del Instituto hasta después de la guerra, cuando el oro se precipitó y las medallas volvieron a ser acuñadas por la Fundación Nobel. La propia medalla de Bohr había sido donada a una subasta para el Fondo de Ayuda a Finlandia, y se subastó en marzo de 1940, junto con la medalla de August Krogh. El comprador donó posteriormente las dos medallas al Museo Histórico Danés del Castillo de Frederiksborg, donde aún se conservan.

Bohr mantuvo el Instituto en funcionamiento, pero todos los académicos extranjeros se marcharon.

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Reunión con Heisenberg

Bohr era consciente de la posibilidad de utilizar uranio-235 para construir una bomba atómica, ya que se refirió a ello en conferencias en Gran Bretaña y Dinamarca poco antes y después del comienzo de la guerra, pero no creía que fuera técnicamente factible extraer una 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 este encuentro, los dos hombres mantuvieron un momento de intimidad al aire libre, cuyo contenido ha provocado muchas especulaciones, ya que ambos dieron versiones diferentes. Según Heisenberg, comenzó a hablar de la energía nuclear, la moral y la guerra, a lo que Bohr parece haber reaccionado dando por terminada la conversación de forma abrupta, sin dar a Heisenberg pistas sobre sus propias opiniones. Ivan Supek, uno de los estudiantes y amigos de Heisenberg, afirmó que el tema principal de la reunión fue Carl Friedrich von Weizsäcker, que había propuesto intentar persuadir a Bohr para que mediara en la paz entre Gran Bretaña y Alemania.

En 1957, Heisenberg escribió a Robert Jungk, que entonces trabajaba en el libro Brighter than a Thousand Suns: Una historia personal de los científicos atómicos. Heisenberg le explicó que había visitado Copenhague para comunicar a Bohr la opinión de varios científicos alemanes, que la producción de un arma nuclear era posible con grandes esfuerzos, y que esto planteaba enormes responsabilidades a los científicos del mundo de ambas partes. Cuando Bohr vio la descripción de Jungk en la traducción danesa del libro, redactó (pero nunca envió) una carta a Heisenberg, en la que afirmaba que nunca entendió el propósito de la visita de Heisenberg, y que le chocaba la opinión de Heisenberg de que Alemania ganaría la guerra, y que las armas atómicas podrían ser decisivas.

La obra de teatro Copenhague, de Michael Frayn, explora lo que podría haber ocurrido en la reunión de 1941 entre Heisenberg y Bohr. El 26 de septiembre de 2002 se proyectó por primera vez una versión televisiva de la obra para la BBC, con Stephen Rea como Bohr, Daniel Craig como Heisenberg y Francesca Annis como Margrethe Bohr. La misma reunión había sido dramatizada previamente 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 fue dramatizada en la serie noruega

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Proyecto Manhattan

En septiembre de 1943, Bohr y su hermano Harald recibieron la noticia de que los nazis consideraban a su familia como judía, ya que su madre era judía, y que por lo tanto corrían el riesgo de ser arrestados. La resistencia danesa ayudó a Bohr y a su mujer a escapar por mar a Suecia el 29 de septiembre. Al día siguiente, Bohr convenció al rey Gustavo V de Suecia para que hiciera pública la voluntad de Suecia de dar asilo a los refugiados judíos. El 2 de octubre de 1943, la radio sueca transmitió que Suecia estaba dispuesta a ofrecer asilo, y el rescate masivo de los judíos daneses por parte de sus compatriotas no se hizo esperar. 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 acontecimientos más amplios. Finalmente, más de 7.000 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 viniera a Gran Bretaña. Bohr llegó a Escocia el 6 de octubre en un Mosquito de Havilland operado por la British Overseas Airways Corporation (BOAC). Los Mosquitos eran aviones bombarderos de alta velocidad no armados que habían sido convertidos para transportar pequeñas y valiosas cargas o pasajeros importantes. Al volar a gran velocidad y a gran altura, podían atravesar la Noruega ocupada por los alemanes y, sin embargo, evitar los cazas alemanes. Bohr, equipado con paracaídas, traje de vuelo y máscara de oxígeno, pasó las tres horas de vuelo tumbado en un colchón en el compartimento de bombas del avión. Durante el vuelo, Bohr no se puso el casco de vuelo porque era demasiado pequeño y, por consiguiente, no oyó las instrucciones del piloto por intercomunicador para que encendiera 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 menor altura 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 recibido calurosamente por James Chadwick y Sir John Anderson, pero por razones de seguridad se mantuvo a Bohr fuera de la vista. Se le proporcionó un apartamento en el Palacio de St. James y una oficina con el equipo de desarrollo de armas nucleares de British Tube Alloys. Bohr estaba asombrado por los progresos realizados. Chadwick organizó una visita de Bohr a Estados Unidos como asesor de Tube Alloys, con Aage como 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 a 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, en Estados Unidos se hizo llamar «Nicholas Baker», mientras que Aage se convirtió en «James Baker». En mayo de 1944, el periódico de la resistencia danesa De frie Danske informó de 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 a través de Suecia a Londres y desde allí viajó a Moscú, desde donde se podía suponer que apoyaba el esfuerzo de guerra.

Bohr no permaneció en Los Álamos, pero realizó una serie de visitas prolongadas en el transcurso de los dos años siguientes. Robert Oppenheimer atribuyó a Bohr el haber actuado «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 hacer la bomba atómica». Oppenheimer reconoció a Bohr una importante contribución al trabajo sobre los iniciadores de neutrones modulados. «Este dispositivo seguía siendo un obstinado rompecabezas», señaló Oppenheimer, «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, en la que le invitaba a ir 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 sin compromiso, que mostró a las autoridades británicas antes de enviarla. Bohr se reunió con Churchill el 16 de mayo de 1944, pero comprobó que «no hablábamos el mismo idioma». Churchill no estaba de acuerdo con la idea de apertura hacia los rusos hasta el punto de escribir en una carta «Me parece que Bohr debería ser confinado o, en todo caso, se le debería hacer ver que está muy cerca del límite de los crímenes mortales».

Oppenheimer sugirió que Bohr visitara al presidente Franklin D. Roosevelt para convencerle de que el Proyecto Manhattan debía compartirse con los soviéticos con la esperanza de acelerar sus resultados. El amigo de Bohr, el juez del Tribunal Supremo Felix Frankfurter, informó al presidente Roosevelt de las opiniones de Bohr, y el 26 de agosto de 1944 se celebró una reunión entre ambos. Roosevelt sugirió que Bohr volviera al Reino Unido para intentar conseguir la aprobación británica. 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 en la que se indicaba que «deberían hacerse averiguaciones sobre las actividades del profesor Bohr y tomarse medidas para garantizar que no es responsable de ninguna filtración de información, especialmente a los rusos».

En junio de 1950, Bohr dirigió una «Carta abierta» a las Naciones Unidas en la que pedía la cooperación internacional en materia de energía nuclear. En la década de 1950, tras el primer ensayo de armas nucleares de la Unión Soviética, se creó el Organismo Internacional de la Energía Atómica siguiendo la sugerencia de Bohr. En 1957 recibió el primer premio Átomos para la Paz.

Una vez finalizada la guerra, 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. El 17 de octubre de 1947, en una reunión de la Academia en memoria del rey Christian X, fallecido en abril, el nuevo rey, Federico IX, anunció la concesión de la Orden del Elefante a Bohr. Esta condecoración se concedía normalmente sólo a la realeza y a los jefes de Estado, pero el rey dijo que honraba no sólo a Bohr personalmente, sino a la ciencia danesa. Bohr diseñó su propio escudo con 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, requería ahora considerables recursos financieros y materiales. Para evitar la fuga de cerebros a Estados Unidos, doce países europeos se unieron para crear el CERN, una organización de investigación al estilo de los laboratorios nacionales de Estados Unidos, diseñada para emprender proyectos de Gran Ciencia que superaban los recursos de cualquiera de ellos por sí solos. Pronto surgieron dudas sobre la mejor ubicación de las instalaciones. Bohr y Kramers consideraron que el Instituto de Copenhague sería el lugar ideal. Pierre Auger, que organizó las discusiones preliminares, no estaba de acuerdo; consideraba que tanto Bohr como su Instituto habían pasado su mejor momento y que la presencia de Bohr eclipsaría a los demás. Tras un largo debate, Bohr se comprometió a apoyar al CERN en febrero de 1952, y Ginebra fue elegida como sede en octubre. El Grupo de Teoría del CERN tuvo su sede en Copenhague hasta que su nuevo alojamiento en Ginebra estuvo listo en 1957. Victor Weisskopf, que más tarde se convertiría en 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 los demás no habrían sido suficientes si un hombre de su talla 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 Research Establishment Risø de la Comisión Danesa de Energía Atómica, y fue su primer presidente desde febrero de 1956.

Bohr murió de un fallo cardíaco en su casa de Carlsberg el 18 de noviembre de 1962. Fue incinerado y sus cenizas fueron enterradas en la parcela familiar del cementerio de Assistens, en el barrio de Nørrebro de Copenhague, junto con las de sus padres, su hermano Harald y su hijo Christian. Años más tarde, las cenizas de su esposa también fueron enterradas allí. El 7 de octubre de 1965, en el que habría sido su 80º cumpleaños, el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague pasó a llamarse oficialmente como lo había hecho extraoficialmente durante muchos años: Instituto Niels Bohr.

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, 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 Holandesa de las Artes y las Ciencias en 1923, y de la Royal Society en 1926. El 21 de noviembre de 1963 se conmemoró en Dinamarca el semicentenario del modelo de Bohr con un sello de correos que representa a Bohr, el átomo de hidrógeno y la fórmula de la diferencia de dos niveles de energía del hidrógeno: h ν = ϵ 2 – ϵ 1 {displaystyle h u =epsilon _{2}-epsilon _{1}} . Otros países también han emitido sellos postales con la imagen de Bohr. En 1997, el Banco Nacional de Dinamarca puso en circulación un billete de 500 coronas con el retrato de Bohr fumando en pipa. El 7 de octubre de 2012, para celebrar el 127º aniversario de Niels Bohr, apareció en la página principal de Google un Doodle con el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno. Un asteroide, el 3948 Bohr, recibió su nombre, así como el cráter lunar Bohr y el bohrio, el elemento químico con número atómico 107.

Fuentes

1. Niels Bohr
2. Niels Bohr
3. ^ a b Pais 1991, pp. 44–45, 538–539.
4. ^ Pais 1991, pp. 35–39.
5. ^ There is no truth in the oft-repeated claim that Bohr emulated his brother, Harald, by playing for the Danish national team. Dart, James (27 July 2005). «Bohr»s footballing career». The Guardian. London. Retrieved 26 June 2011.
6. ^ Pais 1991, pp. 98–99.
7. 1 2 Архив по истории математики Мактьютор
8. Celtium, em inglês
9. (en) « by any measure the most important result in all of quantum mechanics »