Niels Bohr
gigatos | március 26, 2022
Összegzés
Niels Henrik David Bohr (1885. október 7. – 1962. november 18.) dán fizikus, aki alapvetően hozzájárult az atomszerkezet és a kvantumelmélet megértéséhez, amiért 1922-ben fizikai Nobel-díjat kapott. Bohr filozófus és a tudományos kutatás támogatója is volt.
Bohr kidolgozta az atom Bohr-féle modelljét, amelyben azt javasolta, hogy az elektronok energiaszintjei diszkrétek, és hogy az elektronok stabil pályákon keringenek az atommag körül, de egyik energiaszintről (vagy pályáról) a másikra ugorhatnak. Bár a Bohr-modell helyébe más modellek léptek, az alapelvei továbbra is érvényesek. Megfogalmazta a komplementaritás elvét: a tárgyak külön-külön elemezhetőek egymásnak ellentmondó tulajdonságaik alapján, például hullámként vagy részecskefolyamként viselkednek. A komplementaritás fogalma uralta Bohr gondolkodását mind a tudományban, mind a filozófiában.
Bohr 1920-ban alapította meg a Koppenhágai Egyetemen az Elméleti Fizikai Intézetet, amely ma Niels Bohr Intézet néven ismert. Bohr olyan fizikusok mentora és munkatársa volt, mint Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy és Werner Heisenberg. Megjósolta egy új, cirkóniumszerű elem létezését, amelyet hafniumnak nevezett el, Koppenhága latin neve után, ahol felfedezték. Később a bohrium elemet nevezték el róla.
Az 1930-as években Bohr segített a nácizmus elől menekülőknek. Miután Dániát megszállták a németek, híres találkozót folytatott Heisenberggel, aki a német atomfegyver-projekt vezetője lett. 1943 szeptemberében Bohrhoz eljutott a hír, hogy a németek letartóztatják, ezért Svédországba menekült. Onnan Nagy-Britanniába repült, ahol csatlakozott a brit Tube Alloys atomfegyver-projekthez, és tagja volt a Manhattan-projekt brit missziójának. A háború után Bohr nemzetközi együttműködést sürgetett az atomenergia területén. Részt vett a CERN és a Dán Atomenergia Bizottság Risøi Kutatóintézete létrehozásában, 1957-ben pedig az Északi Elméleti Fizikai Intézet első elnöke lett.
Bohr 1885. október 7-én született a dániai Koppenhágában, Christian Bohr, a Koppenhágai Egyetem fiziológia professzora és Ellen Bohr (született Adler) három gyermeke közül a második, aki a gazdag dániai zsidó Adler bankárcsaládból származó David B. Adler lánya volt. Volt egy idősebb nővére, Jenny és egy fiatalabb testvére, Harald. míg Harald matematikus és labdarúgó lett, aki a dán válogatottban játszott az 1908-as londoni nyári olimpián. Niels is szenvedélyes focista volt, és a két testvér több mérkőzést is játszott a koppenhágai Akademisk Boldklub (Akadémiai Futballklub) színeiben, ahol Niels volt a kapus.
1905-ben a Dán Királyi Tudományos és Irodalmi Akadémia szponzorált egy aranyérmes pályázatot, amelynek célja a folyadékok felületi feszültségének mérésére szolgáló, Lord Rayleigh által 1879-ben javasolt módszer vizsgálata volt. Ennek során egy vízsugár sugarának rezgési frekvenciáját mérték. Bohr egy sor kísérletet végzett az apja egyetemi laboratóriumát használva; magának az egyetemnek nem volt fizikai laboratóriuma. Kísérletei elvégzéséhez saját üvegeszközöket kellett készítenie, a szükséges elliptikus keresztmetszetű kémcsöveket létrehozva. Túlmutatott az eredeti feladaton, és mind Rayleigh elméletébe, mind módszerébe fejlesztéseket épített be, figyelembe véve a víz viszkozitását, és véges amplitúdókkal dolgozva a végtelen helyett csak végtelen amplitúdókkal. Az utolsó pillanatban benyújtott dolgozatával nyerte el a díjat. Később a dolgozat javított változatát benyújtotta a londoni Royal Society-hez, hogy azt a Philosophical Transactions of the Royal Society című folyóiratban publikálják.
A két Bohr testvér közül Harald volt az első, aki mesterdiplomát szerzett, amelyet matematikából szerzett 1909 áprilisában. Nielsnek további kilenc hónapra volt szüksége, hogy a fémek elektronelméletéről szerezze meg a diplomáját, amelyet a témavezetője, Christiansen adott neki. Bohr ezt követően a mesterdiplomáját sokkal nagyobb terjedelmű filozófiai doktori (dr. phil.) értekezéssé dolgozta ki. Áttekintette a témával kapcsolatos szakirodalmat, és megállapodott a Paul Drude által posztulált és Hendrik Lorentz által kidolgozott modellben, amelyben a fémben lévő elektronokat úgy tekintik, mintha gázként viselkednének. Bohr kibővítette Lorentz modelljét, de még mindig nem tudta megmagyarázni az olyan jelenségeket, mint a Hall-effektus, és arra a következtetésre jutott, hogy az elektronelmélet nem képes teljes mértékben megmagyarázni a fémek mágneses tulajdonságait. A dolgozatot 1911 áprilisában fogadták el, és Bohr május 13-án tartotta meg a hivatalos védést. Harald már az előző évben megkapta a doktori címet. Bohr doktori értekezése úttörő volt, de Skandinávián kívül kevés érdeklődést keltett, mivel dánul íródott, ami akkoriban a koppenhágai egyetem követelménye volt. 1921-ben a holland fizikus, Hendrika Johanna van Leeuwen önállóan levezetett egy tételt Bohr téziséből, amely ma Bohr-Van Leeuwen-tételként ismert.
1910-ben Bohr találkozott Margrethe Nørlunddal, Niels Erik Nørlund matematikus nővérével. Bohr 1912. április 16-án kilépett a dán egyházból, és augusztus 1-jén a slagelsei városházán polgári szertartás keretében összeházasodott Margrethével. Évekkel később bátyja, Harald is hasonlóan kilépett az egyházból, mielőtt megnősült volna. A legidősebb, Christian 1934-ben egy csónakbalesetben halt meg, egy másik, Harald pedig gyermekkori agyhártyagyulladásban halt meg. Aage Bohr sikeres fizikus lett, és 1975-ben apjához hasonlóan fizikai Nobel-díjat kapott. Hans , vegyészmérnök; Ernest pedig jogász. Nagybátyjához, Haraldhoz hasonlóan Ernest Bohr is olimpiai sportoló lett, aki az 1948-as londoni nyári olimpián Dániát képviselve gyeplabdázott.
Az atomok bolygómodelljei nem voltak újak, de Bohr feldolgozása igen. Darwin 1912-es, az elektronoknak az alfa-részecskék és az atommag kölcsönhatásában játszott szerepéről szóló tanulmányából kiindulva továbbfejlesztette az elméletet, amely szerint az elektronok kvantált „stacionárius állapotok” pályáin haladnak az atommag körül, hogy stabilizálják az atomot. 1921-es tanulmányáig azonban nem mutatta ki, hogy az egyes elemek kémiai tulajdonságait nagyrészt az atomok külső pályáin lévő elektronok száma határozza meg. Ő vezette be azt az elképzelést, hogy egy elektron egy magasabb energiájú pályáról egy alacsonyabb energiájú pályára eshet, és eközben egy diszkrét energiakvantumot bocsát ki. Ez lett az alapja annak, amit ma a régi kvantumelméletként ismerünk.
ahol λ az elnyelt vagy kibocsátott fény hullámhossza és RH a Rydberg-állandó. Balmer képletét további színképvonalak felfedezésével támasztották alá, de harminc évig senki sem tudta megmagyarázni, hogy miért működik. Trilógiájának első dolgozatában Bohrnak sikerült levezetnie a modelljéből:
ahol me az elektron tömege, e a töltése, h a Planck-állandó és Z az atom atomi száma (hidrogén esetén 1).
A modell első akadálya a Pickering-sorozat volt, olyan vonalak, amelyek nem illeszkedtek Balmer képletéhez. Amikor Alfred Fowler ezt vitatta, Bohr azt válaszolta, hogy ezeket a vonalakat ionizált hélium, vagyis olyan héliumatomok okozzák, amelyekben csak egy elektron van. A Bohr-modell az ilyen ionok esetében is működőképesnek bizonyult. Sok idősebb fizikusnak, mint Thomson, Rayleigh és Hendrik Lorentz, nem tetszett a trilógia, de a fiatalabb generáció, köztük Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born és Arnold Sommerfeld áttörést látott benne. A trilógia elfogadottsága kizárólag annak volt köszönhető, hogy képes volt megmagyarázni olyan jelenségeket, amelyek más modelleket megakasztottak, és olyan eredményeket jósolt meg, amelyeket később kísérleti úton igazoltak. Napjainkra a Bohr-féle atommodell már háttérbe szorult, de még mindig a legismertebb atommodell, mivel gyakran szerepel a középiskolai fizika- és kémiaszövegekben.
Bohr nem élvezte az orvostanhallgatók tanítását. Úgy döntött, hogy visszatér Manchesterbe, ahol Rutherford olvasói állást ajánlott neki Darwin helyett, akinek lejárt a megbízatása. Bohr elfogadta a felkérést. A koppenhágai egyetemről szabadságot vett ki, amelyet azzal kezdett, hogy bátyjával, Haralddal és nagynénjével, Hanna Adlerrel Tirolban nyaralt. Ott meglátogatta a göttingeni egyetemet és a müncheni Ludwig Maximilian Egyetemet, ahol találkozott Sommerfelddel, és szemináriumokat tartott a trilógiáról. Miközben Tirolban voltak, kitört az első világháború, ami nagyban megnehezítette a Dániába való visszautazást, és Bohr ezt követő utazását Margrethe-vel Angliába, ahová 1914 októberében érkezett meg. Ott maradtak 1916 júliusáig, ekkorra már kinevezték a Koppenhágai Egyetem elméleti fizika tanszékére, amelyet kifejezetten az ő számára hoztak létre. A docensi állását ugyanakkor megszüntették, így továbbra is fizikát kellett tanítania az orvostanhallgatóknak. Az új professzorokat hivatalosan bemutatták X. Keresztény királynak, aki örömét fejezte ki, hogy egy ilyen híres futballistával találkozhat.
Fizikai Intézet
1917 áprilisában Bohr kampányt indított egy Elméleti Fizikai Intézet létrehozására. Megnyerte a dán kormány és a Carlsberg Alapítvány támogatását, és jelentős összegeket adományoztak az ipar és magánadományozók is, akik közül sokan zsidók voltak. Az intézetet létrehozó törvényt 1918 novemberében fogadták el. Az intézet, amelyet most Niels Bohr Intézet néven ismertek, 1921. március 3-án nyitotta meg kapuit, és Bohr volt az igazgatója. Családja az első emeleti lakásba költözött. Bohr intézete az 1920-as és 1930-as években a kvantummechanika és a kapcsolódó témák kutatóinak egyik központja volt, amikor a világ legismertebb elméleti fizikusai közül a legtöbben nála töltöttek időt. A korai érkezők között volt Hans Kramers Hollandiából, Oskar Klein Svédországból, George de Hevesy Magyarországról, Wojciech Rubinowicz Lengyelországból és Svein Rosseland Norvégiából. Bohrt széles körben megbecsülték, mint rokonszenves vendéglátójukat és kiváló kollégájukat. Klein és Rosseland még az intézet megnyitása előtt elkészítette az intézet első kiadványát.
A Bohr-modell jól működött a hidrogén és az ionizált egyelektronos hélium esetében, ami lenyűgözte Einsteint, de nem tudta megmagyarázni az összetettebb elemeket. 1919-re Bohr eltávolodott attól az elképzeléstől, hogy az elektronok az atommag körül keringenek, és heurisztikákat dolgozott ki azok leírására. A ritkaföldfémek különleges osztályozási problémát jelentettek a kémikusok számára, mivel kémiailag nagyon hasonlóak voltak. Fontos fejleményt jelentett 1924-ben Wolfgang Pauli felfedezése, a Pauli-féle kizárási elv, amely Bohr modelljeit szilárd elméleti alapokra helyezte. Bohr ekkor tudta kijelenteni, hogy az addig fel nem fedezett 72-es elem nem ritkaföldfém, hanem a cirkóniumhoz hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkező elem. (Az elemeket 1871 óta kémiai tulajdonságaik alapján jósolták és fedezték fel), és Bohrt azonnal kihívta Georges Urbain francia kémikus, aki azt állította, hogy felfedezte a 72-es ritkaföldfém elemet, amelyet „celciumnak” nevezett el. A koppenhágai intézetben Dirk Coster és George de Hevesy vállalta a kihívást, hogy bebizonyítsák Bohr igazát és Urbain tévedését. Az ismeretlen elem kémiai tulajdonságairól alkotott világos elképzelés alapján indultak el, ami nagyban leegyszerűsítette a keresési folyamatot. Átnézték a koppenhágai Ásványtani Múzeumból származó mintákat egy cirkóniumszerű elemet keresve, és hamarosan meg is találták. Az elemről, amelyet hafniumnak neveztek el (a Hafnia Koppenhága latin neve), kiderült, hogy gyakoribb, mint az arany.
A Compton-szórás felfedezése Arthur Holly Compton által 1923-ban meggyőzte a legtöbb fizikust arról, hogy a fény fotonokból áll, és hogy az energia és az impulzus megőrződik az elektronok és a fotonok ütközésekor. 1924-ben Bohr, Kramers és John C. Slater, egy amerikai fizikus, aki a koppenhágai intézetben dolgozott, előterjesztette a Bohr-Kramers-Slater elméletet (BKS). Ez inkább program volt, mint teljes fizikai elmélet, mivel az általa kidolgozott elképzeléseket nem dolgozták ki kvantitatív módon. A BKS elmélet lett az utolsó kísérlet az anyag és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatásának megértésére a régi kvantumelmélet alapján, amelyben a kvantumjelenségeket úgy kezelték, hogy az elektromágneses mező klasszikus hullámleírására kvantumkorlátozásokat vetettek.
Az atomok viselkedésének modellezése a beeső elektromágneses sugárzás hatására az abszorpciós és emissziós frekvenciákon, nem pedig a Bohr-pályák (különböző) látszólagos frekvenciáin, „virtuális oszcillátorok” segítségével vezetett Max Born, Werner Heisenberg és Kramers különböző matematikai modellek vizsgálatához. Ezek vezettek a mátrixmechanika, a modern kvantummechanika első formájának kidolgozásához. A BKS-elmélet a régi kvantumelmélet alapjainak nehézségeiről szóló vitákat is generált, és újra figyelmet keltett. A BKS legprovokatívabb eleméről – miszerint az impulzus és az energia nem feltétlenül marad meg minden kölcsönhatásban, hanem csak statisztikailag – hamarosan kiderült, hogy ellentmondásban áll Walther Bothe és Hans Geiger kísérleteivel. Ezen eredmények fényében Bohr közölte Darwinnal, hogy „nincs más hátra, mint hogy forradalmi erőfeszítéseinket a lehető legbecsületesebb temetésben részesítsük”.
Kvantummechanika
Mérföldkőnek számított, amikor George Uhlenbeck és Samuel Goudsmit 1925 novemberében bevezette a pörgetést. A következő hónapban Bohr Leidenbe utazott, hogy részt vegyen Hendrick Lorentz doktori címének 50. évfordulója alkalmából rendezett ünnepségeken. Amikor a vonata Hamburgban megállt, Wolfgang Pauli és Otto Stern találkozott vele, akik kikérték a véleményét a spinelméletről. Bohr rámutatott, hogy aggályai vannak az elektronok és a mágneses mezők közötti kölcsönhatással kapcsolatban. Amikor Leidenbe érkezett, Paul Ehrenfest és Albert Einstein tájékoztatta Bohrt, hogy Einstein ezt a problémát a relativitáselmélet segítségével megoldotta. Bohr ezt aztán Uhlenbeckkel és Goudsmittel beépíttette a dolgozatába. Így amikor hazafelé menet Göttingenben találkozott Werner Heisenberggel és Pascual Jordannal, saját szavaival élve „az elektronmágnes evangéliumának prófétája” lett.
Heisenberg először 1924-ben érkezett Koppenhágába, majd 1925 júniusában visszatért Göttingenbe, és nem sokkal később kidolgozta a kvantummechanika matematikai alapjait. Amikor Göttingenben megmutatta eredményeit Max Bornnak, Born rájött, hogy azokat legjobban mátrixok segítségével lehet kifejezni. Ez a munka felkeltette Paul Dirac brit fizikus figyelmét, aki 1926 szeptemberében hat hónapra Koppenhágába érkezett. Erwin Schrödinger osztrák fizikus is ellátogatott ide 1926-ban. Kísérlete, hogy a kvantumfizikát klasszikus fogalmakkal, a hullámmechanika segítségével magyarázza meg, lenyűgözte Bohrt, aki úgy vélte, hogy ez „olyan mértékben járult hozzá a matematikai egyértelműséghez és egyszerűséghez, hogy óriási előrelépést jelent a kvantummechanika minden korábbi formájához képest”.
Amikor Kramers 1926-ban elhagyta az intézetet, hogy az Utrechti Egyetemen az elméleti fizika professzori székét foglalja el, Bohr elintézte, hogy Heisenberg visszatérjen, és Kramers helyére a Koppenhágai Egyetem lektora legyen. Heisenberg 1926-tól 1927-ig Koppenhágában dolgozott egyetemi oktatóként és Bohr asszisztenseként.
Bohr meggyőződött arról, hogy a fény hullámként és részecskeként is viselkedik, és 1927-ben kísérletek igazolták a de Broglie-hipotézist, miszerint az anyag (például az elektronok) szintén hullámként viselkedik. Megfogalmazta a komplementaritás filozófiai elvét: a tárgyaknak látszólag egymást kizáró tulajdonságaik lehetnek, például hullám vagy részecskeáram, a kísérleti keretektől függően. Úgy érezte, hogy ezt a hivatásos filozófusok nem értették meg teljesen.
1927 februárjában Heisenberg kidolgozta a bizonytalansági elv első változatát, amelyet egy olyan gondolatkísérlet segítségével mutatott be, amelyben egy elektront gammasugár-mikroszkópon keresztül figyeltek meg. Bohr elégedetlen volt Heisenberg érvelésével, mivel az csak azt követelte meg, hogy egy mérés zavarja a már létező tulajdonságokat, ahelyett a radikálisabb elképzelés helyett, hogy az elektron tulajdonságairól egyáltalán nem lehet beszélni, eltekintve attól a kontextustól, amelyben mérik őket. Az 1927 szeptemberében Comóban, a Volta-konferencián bemutatott előadásában Bohr hangsúlyozta, hogy Heisenberg bizonytalansági összefüggései levezethetők az optikai műszerek felbontóképességére vonatkozó klasszikus megfontolásokból. A komplementaritás valódi jelentésének megértéséhez Bohr úgy vélte, „közelebbi vizsgálatra” lenne szükség. Einstein a klasszikus fizika determinizmusát részesítette előnyben a valószínűségi új kvantumfizikával szemben, amelyhez ő maga is hozzájárult. A kvantummechanika újszerű aspektusaiból adódó filozófiai kérdések széles körben ünnepelt vitatémákká váltak. Einstein és Bohr egész életükben jóindulatú vitákat folytattak ilyen kérdésekről.
1914-ben Carl Jacobsen, a Carlsberg sörgyárak örököse, a kastélyát örökül hagyta, hogy azt a dán személyt, aki a tudomány, az irodalom vagy a művészetek terén a legkiemelkedőbbet nyújtotta, egy életen át tiszteletbeli rezidenciaként (dánul: Æresbolig) használhassa. Harald Høffding volt az első lakója, majd 1931 júliusában bekövetkezett halála után a Dán Királyi Tudományos és Irodalmi Akadémia adta át a lakást Bohrnak. Ő és családja 1932-ben költözött oda. Az Akadémia elnökévé 1939. március 17-én választották meg.
1929-ben a béta-bomlás jelensége arra késztette Bohrt, hogy ismét az energia megmaradásának törvényét javasolja, de Enrico Fermi hipotetikus neutrínója és a neutron 1932-es felfedezése más magyarázatot adott. Ez arra késztette Bohr-t, hogy 1936-ban megalkossa az összetett atommag új elméletét, amely megmagyarázta, hogyan lehet a neutronokat az atommagba befogni. Ebben a modellben az atommag úgy deformálódhatott, mint egy folyadékcsepp. Ezen egy új munkatárssal, Fritz Kalckar dán fizikussal dolgozott együtt, aki 1938-ban hirtelen meghalt.
A maghasadás felfedezése Otto Hahn által 1938 decemberében (és annak elméleti magyarázata Lise Meitner által) élénk érdeklődést váltott ki a fizikusok körében. Bohr elhozta a hírt az Egyesült Államokba, ahol 1939. január 26-án Fermivel együtt megnyitotta az ötödik washingtoni elméleti fizikai konferenciát. Amikor Bohr azt mondta George Placzeknek, hogy ezzel megoldódott a transzurán elemek minden rejtélye, Placzek közölte vele, hogy egy még hátravan: az urán neutronbefogási energiái nem egyeznek meg a bomlás energiáival. Bohr néhány percig gondolkodott ezen, majd bejelentette Placzeknek, Léon Rosenfeldnek és John Wheelernek, hogy „mindent megértettem”. Az atommagról alkotott folyadékcsepp-modellje alapján Bohr arra a következtetésre jutott, hogy a termikus neutronokkal történő hasadásért elsősorban az urán-235 izotóp felelős, nem pedig a nagyobb mennyiségben előforduló urán-238. 1940 áprilisában John R. Dunning bebizonyította, hogy Bohrnak igaza volt. Eközben Bohr és Wheeler kidolgozott egy elméleti feldolgozást, amelyet 1939 szeptemberében publikáltak „The Mechanism of Nuclear Fission” (Az atommaghasadás mechanizmusa) című tanulmányukban.
Heisenberg azt mondta Bohrról, hogy „elsősorban filozófus, nem fizikus”. Bohr olvasta a 19. századi dán keresztény egzisztencialista filozófust, Søren Kierkegaard-t. Richard Rhodes The Making of the Atomic Bomb című könyvében azt állította, hogy Bohrra Høffding révén Kierkegaard is hatással volt. 1909-ben Bohr születésnapi ajándékként elküldte testvérének Kierkegaard Stages on Life’s Way című művét. A mellékelt levélben Bohr ezt írta: „Ez az egyetlen dolog, amit haza tudok küldeni; de nem hiszem, hogy nagyon könnyű lenne valami jobbat találni … Még azt is gondolom, hogy ez az egyik legelragadóbb dolog, amit valaha olvastam”. Bohrnak tetszett Kierkegaard nyelvezete és irodalmi stílusa, de megemlítette, hogy nem ért egyet Kierkegaard filozófiájával. Bohr néhány életrajzírója azt sugallta, hogy ez az egyet nem értés abból fakadt, hogy Kierkegaard a kereszténység mellett állt ki, míg Bohr ateista volt.
Volt némi vita arról, hogy Kierkegaard milyen mértékben befolyásolta Bohr filozófiáját és tudományát. David Favrholdt azzal érvelt, hogy Kierkegaard minimális hatással volt Bohr munkásságára, és Bohr kijelentését, miszerint nem értett egyet Kierkegaard-val, névértéken vette, míg Jan Faye azzal érvelt, hogy nem lehet egyetérteni egy elmélet tartalmával, miközben elfogadjuk annak általános premisszáit és szerkezetét.
Kvantumfizika
A későbbiekben sok vita és vita folyt Bohr nézeteiről és a kvantummechanikával kapcsolatos filozófiájáról. Ami a kvantumvilág ontológiai értelmezését illeti, Bohrt antirealistának, instrumentalistának, fenomenológiai realistának vagy másfajta realistának tekintették. Továbbá, bár egyesek Bohrt szubjektivistának vagy pozitivistának tekintették, a legtöbb filozófus egyetért abban, hogy ez Bohr félreértése, mivel ő soha nem érvelt a verifikáció mellett, vagy amellett az elképzelés mellett, hogy a szubjektumnak közvetlen hatása van a mérés eredményére.
Bohrt gyakran idézték, amikor azt mondta, hogy „nincs kvantumvilág”, hanem csak egy „absztrakt kvantumfizikai leírás” létezik. Ezt nem Bohr mondta, hanem Aage Petersen, aki Bohr halála után egy visszaemlékezésben próbálta összefoglalni Bohr filozófiáját. N. David Mermin felidézte, hogy Victor Weisskopf kijelentette, hogy Bohr nem mondott volna ilyesmit, és felkiáltott: „Szégyellje magát Aage Petersen, amiért ilyen nevetséges szavakat adott Bohr szájába!”.
Számos tudós állítja, hogy Immanuel Kant filozófiája nagy hatással volt Bohrra. Kanthoz hasonlóan Bohr is úgy vélte, hogy az alany tapasztalata és a tárgy közötti különbségtétel fontos feltétele a tudás elérésének. Ez csak úgy lehetséges, ha az alany tapasztalatának leírására kauzális és tér-idő fogalmakat használunk. Jan Faye szerint tehát Bohr úgy gondolta, hogy a „klasszikus” fogalmak, mint a „tér”, a „helyzet”, az „idő”, az „okság” és a „lendület” miatt beszélhetünk tárgyakról és azok objektív létezéséről. Bohr úgy vélte, hogy az olyan alapfogalmak, mint az „idő”, beépültek a hétköznapi nyelvünkbe, és hogy a klasszikus fizika fogalmai csupán ezek finomítása. Ezért Bohr számára a kvantumvilággal foglalkozó kísérletek leírásához klasszikus fogalmakat kell használnunk. Bohr írja:
Döntő fontosságú annak felismerése, hogy bármennyire is túlmutatnak a jelenségek a klasszikus fizikai magyarázat hatókörén, minden bizonyítékot klasszikus fogalmakkal kell kifejezni. Az érv egyszerűen az, hogy a „kísérlet” szóval olyan helyzetre utalunk, amelyben elmondhatjuk másoknak, hogy mit tettünk és mit tanultunk, és hogy ezért a kísérleti elrendezésről és a megfigyelések eredményeiről szóló beszámolót a klasszikus fizika terminológiájának megfelelő alkalmazásával egyértelmű nyelven kell megfogalmazni (APHK, 39. o.).
Faye szerint többféle magyarázat létezik arra, hogy Bohr miért gondolta úgy, hogy a kvantumjelenségek leírásához klasszikus fogalmakra van szükség. Faye a magyarázatokat öt keretrendszerbe csoportosítja: empirizmus (kantianizmus (vagy az ismeretelmélet neokantiánus modelljei, amelyekben a klasszikus elképzelések olyan a priori fogalmak, amelyeket az elme az érzéki benyomásokra kényszerít); pragmatizmus (amelyek arra összpontosítanak, hogy az ember tapasztalati úton, igényei és érdekei szerint hogyan lép kapcsolatba az atomi rendszerekkel); darwinizmus (azaz alkalmazkodtunk a klasszikus típusú fogalmak használatához, amelyekről Léon Rosenfeld azt mondta, hogy evolúciós úton alakultunk ki); és kísérletezés (amely szigorúan a kísérletek működésére és eredményére összpontosít, amelyeket így klasszikus módon kell leírni). Ezek a magyarázatok nem zárják ki egymást, és időnként úgy tűnik, hogy Bohr ezek közül néhány szempontot hangsúlyoz, míg máskor más elemekre összpontosít.” Faye szerint „Bohr az atomot valóságosnak gondolta. Az atomok nem heurisztikus vagy logikai konstrukciók”. Faye szerint azonban nem hitt abban, hogy „a kvantummechanikai formalizmus abban az értelemben igaz, hogy a kvantumvilág szó szerinti („képi”), nem pedig szimbolikus ábrázolását adja”. Ezért Bohr komplementaritáselmélete „mindenekelőtt a kvantummechanika szemantikai és ismeretelméleti olvasata, amely bizonyos ontológiai implikációkat hordoz”. Ahogy Faye kifejti, Bohr meghatározhatatlansági tézise az, hogy
azon mondatok igazságfeltételei, amelyek egy atomi tárgynak egy bizonyos kinematikai vagy dinamikai értéket tulajdonítanak, az érintett készüléktől függnek, oly módon, hogy ezeknek az igazságfeltételeknek tartalmazniuk kell a kísérleti elrendezésre és a kísérlet tényleges eredményére való hivatkozást is.
Faye megjegyzi, hogy Bohr értelmezése nem tesz utalást a „hullámfüggvény összeomlására a mérések során” (sőt, soha nem is említette ezt a gondolatot). Ehelyett Bohr „elfogadta a Born-féle statisztikai értelmezést, mert úgy vélte, hogy a ψ-függvénynek csak szimbolikus jelentése van, és nem képvisel semmi valóságosat”. Mivel Bohr számára a ψ-függvény nem a valóság szó szerinti képi ábrázolása, nem lehet a hullámfüggvény valódi összeomlása.
A legújabb szakirodalomban sokat vitatott kérdés, hogy Bohr mit hitt az atomokról és azok valóságáról, és hogy azok valami más-e, mint aminek látszanak. Egyesek, mint Henry Folse, azt állítják, hogy Bohr különbséget látott a megfigyelt jelenségek és egy transzcendentális valóság között. Jan Faye nem ért egyet ezzel az állásponttal, és azt állítja, hogy Bohr számára a kvantumformalizmus és a komplementaritás volt az egyetlen dolog, amit a kvantumvilágról elmondhattunk, és hogy „Bohr írásaiban nincs további bizonyíték arra, hogy Bohr a mérés során megnyilvánuló klasszikus tulajdonságok mellett az atomok objektumainak belső és mérésfüggetlen (bár számunkra teljesen érthetetlen és hozzáférhetetlen) állapotjellemzőket tulajdonítana”.
A nácizmus németországi térnyerése számos tudóst arra késztetett, hogy elhagyja hazáját, vagy azért, mert zsidók voltak, vagy mert a náci rezsim politikai ellenfelei voltak. 1933-ban a Rockefeller Alapítvány létrehozott egy alapot a menekült tudósok támogatására, és Bohr 1933 májusában, egy amerikai látogatása során tárgyalt erről a programról a Rockefeller Alapítvány elnökével, Max Masonnal. Bohr a menekülteknek ideiglenes állásokat kínált az intézetben, anyagi támogatást nyújtott nekik, elintézte, hogy a Rockefeller Alapítvány ösztöndíjat adjon nekik, és végül a világ különböző intézményeiben talált nekik helyet. Az általa segített személyek között volt 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 és Victor Weisskopf.
1940 áprilisában, a második világháború elején a náci Németország megszállta és elfoglalta Dániát. Hogy megakadályozza, hogy a németek felfedezzék Max von Laue és James Franck arany Nobel-érmeit, Bohr de Hevesy-vel feloldatta azokat királyi vízben. Ebben a formában az intézet egyik polcán tárolták őket a háború utánig, amikor az aranyat kicsapatták, és a Nobel Alapítvány újra leütötte az érmeket. Bohr saját érmét a Finn Segélyalapnak adományozta egy árverésre, és 1940 márciusában árverezték el August Krogh érmével együtt. A vevő később a két érmet a Frederiksborg kastélyban található Dán Történelmi Múzeumnak adományozta, ahol ma is őrzik őket.
Bohr fenntartotta az intézet működését, de az összes külföldi tudós távozott.
Találkozó Heisenberggel
Bohr tisztában volt azzal a lehetőséggel, hogy az urán-235 felhasználásával atombombát lehetne építeni, és nem sokkal a háború kitörése előtt és után Nagy-Britanniában és Dániában tartott előadásokon is utalt rá, de nem hitte, hogy technikailag megvalósítható lenne elegendő mennyiségű urán-235 kinyerése. 1941 szeptemberében Heisenberg, aki a német atomenergia-projekt vezetője lett, Koppenhágában meglátogatta Bohrt. A találkozó során a két férfi négyszemközt elbeszélgetett a szabadban, amelynek tartalma sok találgatásra adott okot, mivel mindketten eltérő beszámolókat adtak: Heisenberg szerint az atomenergiáról, az erkölcsről és a háborúról kezdett beszélni, amire Bohr a jelek szerint úgy reagált, hogy hirtelen befejezte a beszélgetést, miközben nem adott Heisenbergnek utalást saját véleményére. Ivan Supek, Heisenberg egyik tanítványa és barátja azt állította, hogy a találkozó fő témája Carl Friedrich von Weizsäcker volt, aki azt javasolta, hogy próbálja meggyőzni Bohrt, hogy közvetítsen a brit-német békében.
1957-ben Heisenberg írt Robert Jungknak, aki akkoriban az Ezer napnál is fényesebb című könyvén dolgozott: Az atomtudósok személyes története. Heisenberg kifejtette, hogy Koppenhágában járt, hogy közölje Bohrral több német tudós véleményét, miszerint az atomfegyver előállítása nagy erőfeszítésekkel lehetséges, és ez mindkét oldalon hatalmas felelősséget ró a világ tudósaira. Amikor Bohr meglátta Jungk ábrázolását a könyv dán fordításában, levelet fogalmazott (de nem küldte el) Heisenbergnek, amelyben kifejtette, hogy soha nem értette Heisenberg látogatásának célját, megdöbbentette Heisenberg véleménye, miszerint Németország megnyeri a háborút, és hogy az atomfegyverek döntőek lehetnek.
Michael Frayn 1998-as Koppenhága című darabja azt vizsgálja, hogy mi történhetett Heisenberg és Bohr 1941-es találkozóján. A darab BBC televíziós filmváltozatát 2002. szeptember 26-án mutatták be először, Stephen Rea mint Bohr, Daniel Craig mint Heisenberg és Francesca Annis mint Margrethe Bohr szerepében. Ugyanezt a találkozót korábban, 1992-ben a BBC Horizon című tudományos dokumentumfilm-sorozata dramatizálta, Anthony Bate mint Bohr és Philip Anthony mint Heisenberg szerepében. A találkozót a norvég
Manhattan Project
1943 szeptemberében Bohr és testvére, Harald értesült arról, hogy a nácik zsidónak tekintik a családjukat, mivel az édesanyjuk is zsidó volt, és ezért letartóztatás fenyegeti őket. A dán ellenállás segített Bohrnak és feleségének szeptember 29-én tengeren át Svédországba menekülni. Másnap Bohr meggyőzte V. Gusztáv svéd királyt, hogy hozza nyilvánosságra Svédország hajlandóságát arra, hogy menedéket nyújtson a zsidó menekülteknek. 1943. október 2-án a svéd rádió közvetítette, hogy Svédország kész menedéket nyújtani, és ezt követően gyorsan következett a dán zsidók tömeges mentése honfitársaik által. Egyes történészek azt állítják, hogy Bohr tettei közvetlenül vezettek a tömeges mentéshez, míg mások szerint, bár Bohr mindent megtett honfitársaiért, amit csak tudott, tettei nem voltak döntő hatással a szélesebb körű eseményekre. Végül több mint 7000 dán zsidó menekült Svédországba.
Amikor Bohr szökésének híre eljutott Nagy-Britanniába, Lord Cherwell táviratot küldött Bohrnak, amelyben arra kérte, hogy jöjjön Nagy-Britanniába. Bohr október 6-án érkezett Skóciába a British Overseas Airways Corporation (BOAC) által üzemeltetett de Havilland Mosquitóval. A Mosquitók fegyvertelen, nagy sebességű bombázó repülőgépek voltak, amelyeket átalakítottak, hogy kisebb, értékes rakományt vagy fontos utasokat szállítsanak. Nagy sebességgel és nagy magasságban repülve át tudták szelni a németek által megszállt Norvégiát, és mégis el tudták kerülni a német vadászgépeket. Bohr, ejtőernyővel, repülőruhával és oxigénmaszkkal felszerelve, a háromórás repülést a repülőgép bombatérében egy matracon fekve töltötte. A repülés során Bohr nem viselte a repülősisakját, mivel az túl kicsi volt, és ennek következtében nem hallotta a pilóta kaputelefonos utasítását, hogy kapcsolja be az oxigénellátást, amikor a repülőgép nagy magasságba emelkedett Norvégia átrepüléséhez. Az oxigénhiány miatt elájult, és csak akkor ébredt fel, amikor a repülőgép az Északi-tenger felett alacsonyabbra ereszkedett. Bohr fia, Aage egy héttel később követte apját Nagy-Britanniába egy másik repülésen, és ő lett a személyes asszisztense.
Bohr-t James Chadwick és Sir John Anderson szívélyesen fogadta, de biztonsági okokból Bohr-t nem engedték a látókörébe. Lakást kapott a St James’s Palace-ban és egy irodát a British Tube Alloys nukleáris fegyverek fejlesztésével foglalkozó csoportnál. Bohr megdöbbent az elért haladás mértékén. Chadwick elintézte, hogy Bohr a Tube Alloys tanácsadójaként ellátogasson az Egyesült Államokba, ahol Aage volt az asszisztense. 1943. december 8-án Bohr Washingtonba érkezett, ahol találkozott a Manhattan Projekt igazgatójával, Leslie R. Groves Jr. dandártábornokkal. 1943. december 8-án meglátogatta Einsteint és Paulit a New Jersey állambeli Princetonban lévő Institute for Advanced Study-ban, majd az új-mexikói Los Alamosba utazott, ahol a nukleáris fegyverek tervezésén dolgoztak. Biztonsági okokból az Egyesült Államokban a „Nicholas Baker” névre hallgatott, míg Aage „James Baker” lett. 1944 májusában a De frie Danske című dán ellenállási újság arról számolt be, hogy megtudták, hogy „Dánia híres fia, Niels Bohr professzor” az előző év októberében Svédországon keresztül Londonba menekült hazájából, és onnan Moszkvába utazott, ahonnan feltételezhetően a háborús erőfeszítéseket támogatta.
Bohr nem maradt Los Alamosban, de a következő két év során többször is hosszabb látogatást tett. Robert Oppenheimer szerint Bohr „tudományos apafiguraként viselkedett a fiatalabbakkal”, különösen Richard Feynmannel. Bohrt idézik, amikor azt mondta: „Nem volt szükségük a segítségemre az atombomba elkészítéséhez”. Oppenheimer Bohrnak tulajdonította a modulált neutroniniciátorokkal kapcsolatos munkához való fontos hozzájárulását. „Ez az eszköz makacs rejtély maradt” – jegyezte meg Oppenheimer – „de 1945 február elején Niels Bohr tisztázta, hogy mit kell tenni”.
Bohr korán felismerte, hogy a nukleáris fegyverek megváltoztatják a nemzetközi kapcsolatokat. 1944 áprilisában kapott egy levelet Peter Kapitzától, amelyet néhány hónappal korábban írt, amikor Bohr Svédországban tartózkodott, és amelyben meghívta őt a Szovjetunióba. A levél meggyőzte Bohrt arról, hogy a szovjetek tisztában vannak az angol-amerikai projekttel, és igyekeznek majd felzárkózni. Kapitzának egy nem kötelező erejű választ küldött, amelyet a postázás előtt megmutatott a brit hatóságoknak. Bohr 1944. május 16-án találkozott Churchillel, de megállapította, hogy „nem beszéltünk egy nyelvet”. Churchill annyira nem értett egyet az oroszok felé való nyitottság gondolatával, hogy egy levelében ezt írta: „Úgy tűnik nekem, hogy Bohrt be kellene zárni, vagy legalábbis rá kellene vezetni, hogy belássa, hogy nagyon közel van a halálos bűnök határához”.
Oppenheimer azt javasolta Bohrnak, hogy keresse fel Franklin D. Roosevelt elnököt, hogy meggyőzze őt arról, hogy a Manhattan-projektet meg kell osztani a szovjetekkel az eredmények felgyorsításának reményében. Bohr barátja, Felix Frankfurter legfelsőbb bírósági bíró tájékoztatta Roosevelt elnököt Bohr véleményéről, és 1944. augusztus 26-án sor került a kettejük közötti találkozóra. Roosevelt azt javasolta, hogy Bohr térjen vissza az Egyesült Királyságba, hogy megpróbálja elnyerni a britek jóváhagyását. Amikor Churchill és Roosevelt 1944. szeptember 19-én a Hyde Parkban találkoztak, elutasították a világ tájékoztatásának gondolatát a projektről, és a beszélgetésükről készült emlékeztető tartalmazott egy olyan megjegyzést, hogy „érdeklődni kell Bohr professzor tevékenységéről, és lépéseket kell tenni annak biztosítására, hogy ő legyen felelős az információk kiszivárogtatásáért, különösen az oroszok felé”.
1950 júniusában Bohr „nyílt levelet” intézett az Egyesült Nemzetek Szervezetéhez, amelyben az atomenergiával kapcsolatos nemzetközi együttműködésre szólított fel. Az 1950-es években, a Szovjetunió első atomfegyver-kísérlete után Bohr javaslata alapján létrehozták a Nemzetközi Atomenergia Ügynökséget. 1957-ben megkapta az első Atoms for Peace-díjat.
Miután a háború véget ért, Bohr 1945. augusztus 25-én visszatért Koppenhágába, és szeptember 21-én újra megválasztották a Dán Királyi Tudományos és Művészeti Akadémia elnökévé. Az Akadémia 1947. október 17-i, az áprilisban elhunyt X. Keresztény király emlékére rendezett emlékülésén az új király, IX. Frigyes bejelentette, hogy Bohrnak az Elefántrendet adományozza. Ezt a kitüntetést általában csak királyi családok és államfők kapták, de a király azt mondta, hogy ezzel nemcsak személyesen Bohrt, hanem a dán tudományt is megtiszteli. Bohr megtervezte saját címerét, amelyen egy taijitu (a jin és a jang szimbóluma) és egy latin nyelvű mottó szerepelt: contraria sunt complementa, „az ellentétek kiegészítik egymást”.
A második világháború megmutatta, hogy a tudomány, és különösen a fizika, jelentős pénzügyi és anyagi forrásokat igényel. Az Egyesült Államokba irányuló agyelszívás elkerülése érdekében tizenkét európai ország összefogott, és létrehozta a CERN-t, az Egyesült Államok nemzeti laboratóriumaihoz hasonló kutatási szervezetet, amelynek célja, hogy olyan nagy tudományos projekteket hajtson végre, amelyek meghaladják az egyes országok erőforrásait. Hamarosan kérdések merültek fel azzal kapcsolatban, hogy mi lenne a legjobb helyszín a létesítmények számára. Bohr és Kramers úgy vélték, hogy a koppenhágai intézet lenne az ideális helyszín. Pierre Auger, aki az előzetes megbeszéléseket szervezte, nem értett egyet; úgy vélte, hogy Bohr és az intézet is túl van már a fénykorán, és hogy Bohr jelenléte beárnyékolná a többieket. Hosszas vita után Bohr 1952 februárjában támogatásáról biztosította a CERN-t, és októberben Genfet választották helyszínnek. A CERN elméleti csoportja Koppenhágában működött, amíg 1957-ben el nem készült az új genfi szállásuk. Victor Weisskopf, aki később a CERN főigazgatója lett, úgy foglalta össze Bohr szerepét, hogy „voltak más személyiségek is, akik elindították és megfogalmazták a CERN ötletét. A többi ember lelkesedése és ötletei azonban nem lettek volna elegendőek, ha egy olyan ember, mint ő, nem támogatta volna azt”.
Eközben a skandináv országok 1957-ben megalakították az Északi Elméleti Fizikai Intézetet, amelynek Bohr volt az elnöke. Részt vett a Dán Atomenergia Bizottság Risøi Kutatóintézetének megalapításában is, amelynek első elnöke volt 1956 februárjától.
Bohr 1962. november 18-án halt meg szívelégtelenségben carlsbergi otthonában. Elhamvasztották, és hamvait a koppenhágai Nørrebro városrész Assistens temetőjében lévő családi sírhelyen temették el, szülei, testvére, Harald és fia, Christian hamvaival együtt. Évekkel később felesége hamvait is ott temették el. 1965. október 7-én, a 80. születésnapján a Koppenhágai Egyetem Elméleti Fizikai Intézetét hivatalosan átkeresztelték arra, amire sokáig nem hivatalosan hívták: Niels Bohr Intézet.
Bohr számos kitüntetést és elismerést kapott. A Nobel-díj mellett 1921-ben megkapta a Hughes-érmet, 1923-ban a Matteucci-érmet, 1926-ban a Franklin-érmet, 1938-ban a Copley-érmet, 1947-ben az Elefánt-rendet, 1957-ben az Atoms for Peace-díjat, 1961-ben pedig a Sonning-díjat. 1923-ban a Holland Királyi Művészeti és Tudományos Akadémia, 1926-ban pedig a Royal Society külföldi tagja lett. A Bohr-modell félévszázados évfordulójáról 1963. november 21-én Dániában egy bélyeggel emlékeztek meg, amelyen Bohr, a hidrogénatom és a két tetszőleges hidrogén energiaszint különbségére vonatkozó képlet látható: hν=ϵ2-ϵ1{displaystyle hu =epsilon _{2}-epsilon _{1}}. Több más ország is adott ki Bohrt ábrázoló bélyeget. A Dán Nemzeti Bank 1997-ben kezdte meg az 500 koronás bankjegy forgalomba hozatalát, amelyen Bohr pipázó portréja látható. 2012. október 7-én Niels Bohr 127. születésnapja alkalmából a Google Doodle a hidrogénatom Bohr-modelljét ábrázoló Google Doodle jelent meg a Google főoldalán. Egy aszteroidát, a 3948 Bohr-t, a Bohr holdkrátert és a 107-es atomi számú kémiai elemet, a bohriumot is róla nevezték el.
Cikkforrások
