Niels Bohr
gigatos | maj 31, 2022
Sammanfattning
Niels Henrik David Bohr (7 oktober 1885 – 18 november 1962) var en dansk fysiker som bidrog till förståelsen av atomstrukturen och kvantteorin. Han fick Nobelpriset i fysik för detta 1922. Bohr var också filosof och främjare av vetenskaplig forskning.
Bohr utvecklade Bohrs atommodell, där han föreslog att elektronernas energinivåer är diskreta och att elektronerna kretsar i stabila banor runt atomkärnan men kan hoppa från en energinivå (eller bana) till en annan. Även om Bohrmodellen har ersatts av andra modeller är de underliggande principerna fortfarande giltiga. Han utformade komplementaritetsprincipen: att föremål kan analyseras separat utifrån motsägelsefulla egenskaper, t.ex. att de beter sig som en våg eller en ström av partiklar. Begreppet komplementaritet dominerade Bohrs tänkande inom både vetenskap och filosofi.
Bohr grundade institutet för teoretisk fysik vid Köpenhamns universitet, numera känt som Niels Bohr-institutet, som öppnades 1920. Bohr var mentor och samarbetade med fysiker som Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy och Werner Heisenberg. Han förutspådde förekomsten av ett nytt zirkoniumliknande grundämne, som fick namnet hafnium, efter det latinska namnet på Köpenhamn, där det upptäcktes. Senare uppkallades grundämnet bohrium efter honom.
Under 1930-talet hjälpte Bohr flyktingar från nazismen. Efter att Danmark hade ockuperats av tyskarna hade han ett berömt möte med Heisenberg, som hade blivit chef för det tyska kärnvapenprojektet. I september 1943 fick Bohr veta att han skulle arresteras av tyskarna, och han flydde till Sverige. Därifrån flögs han till Storbritannien, där han anslöt sig till det brittiska kärnvapenprojektet Tube Alloys och ingick i det brittiska uppdraget till Manhattanprojektet. Efter kriget uppmanade Bohr till internationellt samarbete om kärnenergi. Han var med och grundade CERN och den danska atomenergikommissionens forskningsanläggning Risø och blev den första ordföranden för Nordiska institutet för teoretisk fysik 1957.
Bohr föddes i Köpenhamn den 7 oktober 1885 som det andra av tre barn till Christian Bohr, professor i fysiologi vid Köpenhamns universitet, och Ellen Bohr (född Adler), dotter till David B. Adler från den rika judiska bankfamiljen Adler. Han hade en äldre syster, Jenny, och en yngre bror Harald. medan Harald blev matematiker och fotbollsspelare som spelade för det danska landslaget vid de olympiska sommarspelen 1908 i London. Niels var också en passionerad fotbollsspelare och de två bröderna spelade flera matcher för Akademisk Boldklub (Akademisk fotbollsklubb) i Köpenhamn, med Niels som målvakt.
Bohr fick sin utbildning i Gammelholms latinskola från och med att han var sju år. År 1903 började Bohr studera vid Köpenhamns universitet. Hans huvudämne var fysik, som han studerade under professor Christian Christiansen, universitetets enda professor i fysik vid den tiden. Han studerade också astronomi och matematik under professor Thorvald Thiele och filosofi under professor Harald Høffding, en vän till hans far.
År 1905 sponsrades en tävling om guldmedalj av Kungliga danska vetenskapsakademin för att undersöka en metod för att mäta ytspänningen hos vätskor som hade föreslagits av Lord Rayleigh 1879. Det handlade om att mäta frekvensen för svängningen av radien hos en vattenstråle. Bohr genomförde en rad experiment med hjälp av sin fars laboratorium på universitetet; universitetet självt hade inget fysiklaboratorium. För att genomföra sina experiment var han tvungen att tillverka sina egna glasprylar och skapa provrör med de elliptiska tvärsnitt som krävdes. Han gick längre än den ursprungliga uppgiften och införde förbättringar i både Rayleighs teori och i sin metod, genom att ta hänsyn till vattnets viskositet och genom att arbeta med ändliga amplituder i stället för bara infinitesimala amplituder. Hans uppsats, som han lämnade in i sista minuten, vann priset. Han lämnade senare in en förbättrad version av uppsatsen till Royal Society i London för publicering i Philosophical Transactions of the Royal Society.
Harald blev den förste av de två bröderna Bohr som tog en magisterexamen i matematik i april 1909. Niels tog ytterligare nio månader på sig för att avlägga sin examen i elektronteori för metaller, ett ämne som han tilldelats av sin handledare Christiansen. Bohr utvecklade senare sin magisteravhandling till en mycket större doktorsavhandling (dr. phil.). Han gjorde en genomgång av litteraturen i ämnet och bestämde sig för en modell som postulerades av Paul Drude och utvecklades av Hendrik Lorentz, där elektronerna i en metall anses bete sig som en gas. Bohr utvidgade Lorentz modell, men kunde fortfarande inte förklara fenomen som Hall-effekten och drog slutsatsen att elektronteorin inte helt kunde förklara metallernas magnetiska egenskaper. Avhandlingen godkändes i april 1911, och Bohr genomförde sitt formella försvar den 13 maj. Harald hade fått sin doktorsexamen året innan. Bohrs avhandling var banbrytande, men väckte föga intresse utanför Skandinavien eftersom den var skriven på danska, vilket var ett krav från Köpenhamns universitet på den tiden. År 1921 skulle den nederländska fysikern Hendrika Johanna van Leeuwen självständigt härleda en sats i Bohrs avhandling som idag är känd som Bohr-Van Leeuwens sats.
År 1910 träffade Bohr Margrethe Nørlund, syster till matematikern Niels Erik Nørlund. Bohr sade upp sig från sitt medlemskap i den danska kyrkan den 16 april 1912 och han och Margrethe gifte sig borgerligt på rådhuset i Slagelse den 1 augusti. Flera år senare lämnade hans bror Harald på samma sätt kyrkan innan han gifte sig. Den äldsta, Christian, dog i en båtolycka 1934 och en annan, Harald, dog av hjärnhinneinflammation i barndomen. Aage Bohr blev en framgångsrik fysiker och tilldelades 1975 Nobelpriset i fysik, liksom sin far. Hans , kemitekniker, och Ernest, jurist. I likhet med sin farbror Harald blev Ernest Bohr olympisk idrottsman och spelade landhockey för Danmark vid de olympiska sommarspelen 1948 i London.
Läs också: biografier – Mark Rothko
Bohr-modellen
I september 1911 reste Bohr, med stöd av ett stipendium från Carlsbergstiftelsen, till England, där det mesta av det teoretiska arbetet med atomers och molekylers struktur pågick. Han träffade J. J. Thomson vid Cavendish Laboratory och Trinity College i Cambridge. Han deltog i föreläsningar om elektromagnetism av James Jeans och Joseph Larmor och gjorde en del forskning om katodstrålar, men lyckades inte imponera på Thomson. Han hade större framgång med yngre fysiker som australiensaren William Lawrence Bragg och nyzeeländaren Ernest Rutherford, vars Rutherford-modell av atomen med en liten central kärna från 1911 hade utmanat Thomsons plommonpuddingmodell från 1904. Bohr fick en inbjudan från Rutherford att utföra postdoktoralt arbete vid Victoria University of Manchester, där Bohr träffade George de Hevesy och Charles Galton Darwin (som Bohr refererade till som ”den riktige Darwins sonson”).
Bohr återvände till Danmark i juli 1912 för sitt bröllop och reste runt i England och Skottland på sin smekmånad. När han återvände blev han privatdoktor vid Köpenhamns universitet och höll föreläsningar om termodynamik. Martin Knudsen lade fram Bohrs namn som docent, vilket godkändes i juli 1913, och Bohr började därefter undervisa läkarstudenter. Hans tre uppsatser, som senare blev kända som ”trilogin”, publicerades i Philosophical Magazine i juli, september och november samma år. Han anpassade Rutherfords kärnstruktur till Max Plancks kvantteori och skapade på så sätt sin Bohr-modell av atomen.
Planetmodellerna för atomer var inte nya, men Bohrs behandling var det. Med utgångspunkt i Darwins artikel från 1912 om elektronernas roll i alfapartiklarnas växelverkan med en atomkärna utvecklade han teorin om att elektronerna rör sig i banor av kvantiserade ”stationära tillstånd” runt atomkärnan för att stabilisera atomen, men det var inte förrän i sin artikel från 1921 som han visade att de kemiska egenskaperna hos varje grundämne till stor del bestäms av antalet elektroner i atomernas yttre banor. Han introducerade idén att en elektron kan sjunka från en bana med högre energi till en lägre bana och i processen avge ett kvantum diskret energi. Detta blev en grund för det som nu är känt som den gamla kvantteorin.
År 1885 kom Johann Balmer med sin Balmer-serie för att beskriva de synliga spektrallinjerna hos en väteatom:
där λ är våglängden för det absorberade eller emitterade ljuset och RH är Rydbergkonstanten. Balmers formel bekräftades genom upptäckten av ytterligare spektrallinjer, men i trettio år kunde ingen förklara varför den fungerade. I den första artikeln i sin trilogi kunde Bohr härleda den från sin modell:
där me är elektronens massa, e är dess laddning, h är Plancks konstant och Z är atomens atomnummer (1 för väte).
Modellens första hinder var Pickering-serien, linjer som inte passade Balmers formel. När Alfred Fowler ifrågasatte detta svarade Bohr att de orsakades av joniserat helium, heliumatomer med endast en elektron. Bohrs modell visade sig fungera för sådana joner. Många äldre fysiker, som Thomson, Rayleigh och Hendrik Lorentz, gillade inte trilogin, men den yngre generationen, däribland Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born och Arnold Sommerfeld såg den som ett genombrott. Trilogins acceptans berodde helt och hållet på dess förmåga att förklara fenomen som andra modeller inte kunde förklara, och att förutsäga resultat som senare verifierades genom experiment. I dag har Bohrs atommodell ersatts, men den är fortfarande den mest kända atommodellen, eftersom den ofta förekommer i gymnasiets fysik- och kemitexter.
Bohr tyckte inte om att undervisa läkarstudenter. Han bestämde sig för att återvända till Manchester, där Rutherford hade erbjudit honom ett jobb som lektor i stället för Darwin, vars tjänstgöringstid hade löpt ut. Bohr tackade ja. Han tog tjänstledigt från Köpenhamns universitet, som han inledde med att ta en semester i Tyrolen med sin bror Harald och moster Hanna Adler. Där besökte han universitetet i Göttingen och Ludwig Maximilian-universitetet i München, där han träffade Sommerfeld och höll seminarier om trilogin. Första världskriget bröt ut medan de befann sig i Tyrolen, vilket kraftigt försvårade resan tillbaka till Danmark och Bohrs efterföljande resa med Margrethe till England, dit han anlände i oktober 1914. De stannade till juli 1916, då han hade utnämnts till professuren i teoretisk fysik vid Köpenhamns universitet, en tjänst som skapats särskilt för honom. Hans docentur avskaffades samtidigt, så han var fortfarande tvungen att undervisa medicinstuderande i fysik. De nya professorerna presenterades formellt för kung Christian X, som uttryckte sin glädje över att få träffa en så berömd fotbollsspelare.
Läs också: biografier – Andrés de Urdaneta
Institutet för fysik
I april 1917 inledde Bohr en kampanj för att etablera ett institut för teoretisk fysik. Han fick stöd av den danska regeringen och Carlsbergstiftelsen, och betydande bidrag kom också från industrin och privata donatorer, varav många var judar. Lagstiftningen om inrättandet av institutet antogs i november 1918. Institutet, som nu är känt som Niels Bohr-institutet, öppnade den 3 mars 1921, med Bohr som direktör. Hans familj flyttade in i en lägenhet på första våningen. Bohrs institut fungerade som en samlingspunkt för forskare inom kvantmekanik och relaterade ämnen under 1920- och 1930-talen, då de flesta av världens mest kända teoretiska fysiker tillbringade en tid i hans företag. Bland de tidiga anländarna fanns Hans Kramers från Nederländerna, Oskar Klein från Sverige, George de Hevesy från Ungern, Wojciech Rubinowicz från Polen och Svein Rosseland från Norge. Bohr blev allmänt uppskattad som deras sympatiska värd och framstående kollega. Klein och Rosseland producerade institutets första publikation redan innan det öppnades.
Bohrs modell fungerade bra för väte och joniserat helium med en enda elektron, vilket imponerade på Einstein, men kunde inte förklara mer komplexa grundämnen. År 1919 hade Bohr börjat avlägsna sig från idén att elektronerna kretsade kring kärnan och utvecklade heuristik för att beskriva dem. De sällsynta jordartsmetallerna utgjorde ett särskilt klassificeringsproblem för kemisterna, eftersom de var så kemiskt lika varandra. En viktig utveckling kom 1924 med Wolfgang Paulis upptäckt av Paulis uteslutningsprincip, som gav Bohrs modeller en fast teoretisk grund. Bohr kunde då förklara att det hittills oupptäckta grundämnet 72 inte var ett sällsynt jordartsämne, utan ett grundämne med kemiska egenskaper som liknar zirkoniums. (Grundämnen hade sedan 1871 förutspåtts och upptäckts genom kemiska egenskaper) och Bohr utmanades omedelbart av den franske kemisten Georges Urbain, som hävdade att han hade upptäckt ett sällsynt jordartsämne 72, som han kallade ”celtium”. Vid institutet i Köpenhamn antog Dirk Coster och George de Hevesy utmaningen att bevisa att Bohr hade rätt och Urbain fel. Att börja med en klar uppfattning om de kemiska egenskaperna hos det okända grundämnet förenklade sökprocessen avsevärt. De gick igenom prover från Köpenhamns mineralogiska museum för att leta efter ett zirkoniumliknande grundämne och hittade det snart. Elementet, som de gav namnet hafnium (Hafnia är det latinska namnet på Köpenhamn) visade sig vara vanligare än guld.
År 1922 tilldelades Bohr Nobelpriset i fysik ”för sina insatser för att undersöka atomernas struktur och den strålning som utgår från dem”. Priset erkände alltså både trilogin och hans tidiga ledande arbete inom det framväxande området kvantmekanik. I sin Nobelföreläsning gav Bohr sina åhörare en omfattande översikt över vad man då visste om atomens struktur, inklusive korrespondensprincipen, som han hade formulerat. Denna innebär att beteendet hos system som beskrivs av kvantteorin reproducerar den klassiska fysiken i gränsen för stora kvantantal.
Arthur Holly Comptons upptäckt av Comptonspridning 1923 övertygade de flesta fysiker om att ljuset bestod av fotoner och att energi och rörelsemängd bevarades i kollisioner mellan elektroner och fotoner. År 1924 föreslog Bohr, Kramers och John C. Slater, en amerikansk fysiker som arbetade vid institutet i Köpenhamn, Bohr-Kramers-Slater-teorin (BKS). Det var mer ett program än en fullständig fysisk teori, eftersom de idéer som utvecklades inte var kvantitativt utarbetade. BKS-teorin blev det sista försöket att förstå växelverkan mellan materia och elektromagnetisk strålning på grundval av den gamla kvantteorin, där kvantfenomenen behandlades genom att införa kvantrestriktioner på en klassisk vågbeskrivning av det elektromagnetiska fältet.
Modellering av atomers beteende under infallande elektromagnetisk strålning med hjälp av ”virtuella oscillatorer” vid absorptions- och emissionsfrekvenserna, snarare än de (olika) skenbara frekvenserna för Bohrs banor, ledde till att Max Born, Werner Heisenberg och Kramers utforskade olika matematiska modeller. De ledde till utvecklingen av matrismekaniken, den första formen av modern kvantmekanik. BKS-teorin gav också upphov till diskussioner om, och förnyad uppmärksamhet på, svårigheterna i den gamla kvantteorins grunder. Det mest provocerande elementet i BKS – att rörelsemängd och energi inte nödvändigtvis skulle bevaras i varje växelverkan, utan endast statistiskt – visade sig snart stå i konflikt med experiment utförda av Walther Bothe och Hans Geiger. Mot bakgrund av dessa resultat meddelade Bohr Darwin att ”det finns inget annat att göra än att ge våra revolutionära ansträngningar en så hedervärd begravning som möjligt”.
Läs också: biografier – Edgar av England
Kvantmekanik
George Uhlenbeck och Samuel Goudsmit introducerade spin i november 1925, vilket var en milstolpe. Nästa månad reste Bohr till Leiden för att delta i firandet av 50-årsdagen av Hendrick Lorentz doktorsexamen. När hans tåg stannade i Hamburg möttes han av Wolfgang Pauli och Otto Stern, som frågade honom om hans åsikt om spinnteorin. Bohr påpekade att han var bekymrad över växelverkan mellan elektroner och magnetfält. När han anlände till Leiden informerade Paul Ehrenfest och Albert Einstein Bohr om att Einstein hade löst detta problem med hjälp av relativitetsteorin. Bohr lät sedan Uhlenbeck och Goudsmit införliva detta i sin artikel. När han på vägen tillbaka träffade Werner Heisenberg och Pascual Jordan i Göttingen hade han således, med egna ord, blivit ”en profet för elektronmagnet-evangeliet”.
Heisenberg kom först till Köpenhamn 1924 och återvände sedan till Göttingen i juni 1925 och utvecklade kort därefter de matematiska grunderna för kvantmekaniken. När han visade sina resultat för Max Born i Göttingen insåg Born att de bäst kunde uttryckas med hjälp av matriser. Detta arbete väckte uppmärksamhet hos den brittiske fysikern Paul Dirac, som kom till Köpenhamn i sex månader i september 1926. Även den österrikiske fysikern Erwin Schrödinger besökte staden 1926. Hans försök att förklara kvantfysik i klassiska termer med hjälp av vågmekanik imponerade på Bohr, som ansåg att det bidrog ”så mycket till matematisk klarhet och enkelhet att det utgör ett gigantiskt framsteg jämfört med alla tidigare former av kvantmekanik”.
När Kramers lämnade institutet 1926 för att ta en professur i teoretisk fysik vid universitetet i Utrecht, ordnade Bohr så att Heisenberg återvände och tog Kramers plats som lektor vid Köpenhamns universitet. Heisenberg arbetade i Köpenhamn som universitetslektor och assistent till Bohr 1926-1927.
Bohr blev övertygad om att ljuset uppförde sig både som vågor och partiklar, och 1927 bekräftade experiment de Broglie-hypotesen att materia (som elektroner) också uppförde sig som vågor. Han utformade den filosofiska principen om komplementaritet: att föremål kan ha egenskaper som till synes utesluter varandra, t.ex. vara en våg eller en ström av partiklar, beroende på den experimentella ramen. Han ansåg att den inte var fullt ut förstådd av yrkesfilosoferna.
I februari 1927 utvecklade Heisenberg den första versionen av osäkerhetsprincipen och presenterade den med hjälp av ett tankeexperiment där en elektron observerades genom ett gammastrålningsmikroskop. Bohr var missnöjd med Heisenbergs argument, eftersom det bara krävde att en mätning skulle störa egenskaper som redan existerade, snarare än den mer radikala idén att elektronens egenskaper inte kunde diskuteras överhuvudtaget bortsett från det sammanhang de mättes i. I en artikel som presenterades vid Voltakonferensen i Como i september 1927 betonade Bohr att Heisenbergs osäkerhetsrelationer kunde härledas från klassiska överväganden om de optiska instrumentens upplösningsförmåga. Att förstå komplementaritetens verkliga innebörd skulle, menade Bohr, kräva ”närmare undersökningar”. Einstein föredrog den klassiska fysikens determinism framför den probabilistiska nya kvantfysik som han själv hade bidragit till. Filosofiska frågor som uppstod på grund av de nya aspekterna av kvantmekaniken blev allmänt uppmärksammade diskussionsämnen. Einstein och Bohr hade godmodiga diskussioner om sådana frågor under hela sitt liv.
År 1914 testamenterade Carl Jacobsen, arvtagare till Carlsbergs bryggeri, sin herrgård till den dansk som hade gjort det mest framstående bidraget till vetenskap, litteratur eller konst, som en hedersresidens (danska: Æresbolig). Harald Høffding hade varit den förste innehavaren, och vid hans död i juli 1931 gav Kungliga danska vetenskaps- och litteraturakademin Bohr bostadsrätten. Han och hans familj flyttade dit 1932. Han valdes till akademiens president den 17 mars 1939.
1929 fick fenomenet betasönderfall Bohr att återigen föreslå att lagen om energins bevarande överges, men Enrico Fermis hypotetiska neutrino och den efterföljande upptäckten av neutronen 1932 gav en annan förklaring. Detta föranledde Bohr att 1936 skapa en ny teori om den sammansatta kärnan, som förklarade hur neutroner kunde fångas in av kärnan. I denna modell kunde kärnan deformeras som en vätskedroppe. Han arbetade med detta tillsammans med en ny medarbetare, den danske fysikern Fritz Kalckar, som dog plötsligt 1938.
Otto Hahns upptäckt av kärnklyvning i december 1938 (och Lise Meitners teoretiska förklaring) väckte stort intresse bland fysikerna. Bohr tog med sig nyheten till USA där han tillsammans med Fermi öppnade den femte Washingtonkonferensen om teoretisk fysik den 26 januari 1939. När Bohr berättade för George Placzek att detta löste alla mysterier kring transuraner, berättade Placzek för honom att ett återstod: uranets neutronfångstenergier stämde inte överens med energierna för uranets sönderfall. Bohr tänkte på det i några minuter och meddelade sedan Placzek, Léon Rosenfeld och John Wheeler att ”jag har förstått allt”. Utifrån sin modell av kärnan i flytande droppar drog Bohr slutsatsen att det var isotopen uran-235 och inte den rikligare uran-238 som främst var ansvarig för klyvning med termiska neutroner. I april 1940 visade John R. Dunning att Bohr hade rätt. Under tiden utvecklade Bohr och Wheeler en teoretisk behandling som de publicerade i en artikel i september 1939 med titeln ”The Mechanism of Nuclear Fission”.
Heisenberg sade om Bohr att han ”i första hand var en filosof, inte en fysiker”. Bohr läste den danska kristna existentialistiska 1800-talsfilosofen Søren Kierkegaard. Richard Rhodes hävdade i The Making of the Atomic Bomb att Bohr påverkades av Kierkegaard genom Høffding. År 1909 skickade Bohr sin bror Kierkegaards Stagen på livets väg i födelsedagspresent till honom. I det bifogade brevet skrev Bohr: ”Det är det enda jag har att skicka hem; men jag tror inte att det skulle vara särskilt lätt att hitta något bättre … Jag tycker till och med att det är en av de mest förtjusande saker jag någonsin har läst.” Bohr uppskattade Kierkegaards språk och litterära stil, men nämnde att han hade vissa meningsskiljaktigheter med Kierkegaards filosofi. Några av Bohrs biografer menade att denna oenighet berodde på att Kierkegaard förespråkade kristendomen, medan Bohr var ateist.
Det har varit en del oenighet om i vilken utsträckning Kierkegaard påverkade Bohrs filosofi och vetenskap. David Favrholdt hävdade att Kierkegaard hade ett minimalt inflytande på Bohrs arbete och tog Bohrs uttalande om att han inte var överens med Kierkegaard för vad det var, medan Jan Faye hävdade att man kan vara oenig med innehållet i en teori samtidigt som man accepterar dess allmänna förutsättningar och struktur.
Läs också: biografier – Georgia O’Keeffe
Kvantfysik
Det har därefter förekommit många debatter och diskussioner om Bohrs åsikter och filosofi om kvantmekaniken. När det gäller hans ontologiska tolkning av kvantvärlden har Bohr betraktats som en antirealistisk, instrumentalistisk, fenomenologisk realist eller någon annan typ av realist. Även om vissa har sett Bohr som subjektivist eller positivist är de flesta filosofer överens om att detta är ett missförstånd av Bohr, eftersom han aldrig argumenterade för verifieringism eller för idén att subjektet hade en direkt inverkan på resultatet av en mätning.
Bohr har ofta citerats för att ha sagt att det inte finns ”någon kvantvärld” utan endast en ”abstrakt kvantfysikalisk beskrivning”. Detta var inte Bohrs ord, utan Aage Petersen som försökte sammanfatta Bohrs filosofi i en minnesruna efter Bohrs död. N. David Mermin minns att Victor Weisskopf förklarade att Bohr inte skulle ha sagt något sådant och utropade: ”Skäms på Aage Petersen för att ha lagt dessa löjliga ord i Bohrs mun!”.
Många forskare har hävdat att Immanuel Kants filosofi hade ett starkt inflytande på Bohr. Liksom Kant ansåg Bohr att det var ett viktigt villkor för att uppnå kunskap att skilja mellan subjektets erfarenhet och objektet. Detta kan endast ske genom att använda kausala och spatialt-temporala begrepp för att beskriva subjektets erfarenhet. Enligt Jan Faye ansåg Bohr alltså att det är tack vare ”klassiska” begrepp som ”rum”, ”position”, ”tid”, ”kausalitet” och ”momentum” som man kan tala om objekt och deras objektiva existens. Bohr menade att grundläggande begrepp som ”tid” är inbyggda i vårt vanliga språk och att den klassiska fysikens begrepp bara är en förfining av dem. Därför måste vi enligt Bohr använda klassiska begrepp för att beskriva experiment som handlar om kvantvärlden. Bohr skriver:
Det är avgörande att erkänna att hur långt fenomenen än överskrider den klassiska fysikaliska förklaringens räckvidd måste alla bevis uttryckas i klassiska termer. Argumentet är helt enkelt att vi med ordet ”experiment” hänvisar till en situation där vi kan berätta för andra vad vi har gjort och vad vi har lärt oss, och att redogörelsen för det experimentella upplägget och resultaten av observationerna därför måste uttryckas på ett otvetydigt språk med lämplig tillämpning av den klassiska fysikens terminologi (APHK, s. 39).
Enligt Faye finns det olika förklaringar till varför Bohr ansåg att klassiska begrepp var nödvändiga för att beskriva kvantfenomen. Faye grupperar förklaringarna i fem ramar: empirism (kantianism (eller nykantianska modeller för epistemologi där klassiska idéer är a priori-begrepp som sinnet lägger på sinnesintryck), pragmatism (som fokuserar på hur människor erfarenhetsmässigt interagerar med atomära system enligt sina behov och intressen), darwinism (dvs. att vi är anpassade till att använda begrepp av klassisk typ, som Léon Rosenfeld sa att vi utvecklats till att använda) och experimentalism (som fokuserar strikt på experimentens funktion och resultat, som därmed måste beskrivas klassiskt). Dessa förklaringar utesluter inte varandra, och ibland tycks Bohr betona några av dessa aspekter medan han vid andra tillfällen fokuserar på andra element.” Enligt Faye ”tänkte Bohr på atomen som verklig. Atomer är varken heuristiska eller logiska konstruktioner”. Enligt Faye trodde han dock inte ”att den kvantmekaniska formalismen var sann i den meningen att den gav oss en bokstavlig (”bildlig”) snarare än en symbolisk representation av kvantvärlden”. Därför är Bohrs teori om komplementaritet ”först och främst en semantisk och epistemologisk tolkning av kvantmekaniken som har vissa ontologiska implikationer”. Som Faye förklarar är Bohrs obestämbarhetsthese att
Sanningsvillkoren för meningar som tillskriver ett atomärt objekt ett visst kinematiskt eller dynamiskt värde är beroende av den apparatur som är inblandad, på ett sådant sätt att dessa sanningsvillkor måste inkludera en hänvisning till försöksupplägget och till det faktiska resultatet av försöket.
Faye noterar att Bohrs tolkning inte hänvisar till en ”kollaps av vågfunktionen under mätningarna” (och han nämnde faktiskt aldrig denna idé). I stället ”accepterade Bohr Borns statistiska tolkning eftersom han ansåg att ψ-funktionen endast har en symbolisk betydelse och inte representerar något verkligt”. Eftersom ψ-funktionen för Bohr inte är en bokstavlig bildlig representation av verkligheten kan det inte förekomma någon verklig kollaps av vågfunktionen.
En mycket omdiskuterad fråga i den senaste litteraturen är vad Bohr trodde om atomer och deras verklighet och om de är något annat än vad de verkar vara. Vissa som Henry Folse hävdar att Bohr såg en skillnad mellan observerade fenomen och en transcendental verklighet. Jan Faye håller inte med om denna ståndpunkt och menar att för Bohr var kvantformalismen och komplementariteten det enda vi kunde säga om kvantvärlden och att ”det finns inga ytterligare bevis i Bohrs skrifter som tyder på att Bohr skulle tillskriva atomära objekt inneboende och mätningsoberoende tillståndsegenskaper (även om de är helt obegripliga och otillgängliga för oss) utöver de klassiska egenskaper som manifesteras i mätningen”.
Nazismens framväxt i Tyskland fick många forskare att fly sina länder, antingen för att de var judar eller för att de var politiska motståndare till nazistregimen. År 1933 skapade Rockefeller Foundation en fond för att hjälpa till att stödja akademiker på flykt, och Bohr diskuterade detta program med Rockefeller Foundations ordförande, Max Mason, i maj 1933 under ett besök i USA. Bohr erbjöd flyktingarna tillfälliga arbeten vid institutet, gav dem ekonomiskt stöd, ordnade så att de fick stipendier från Rockefeller Foundation, och till slut hittade han platser för dem vid institutioner runt om i världen. Bland dem han hjälpte fanns 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 och Victor Weisskopf.
I april 1940, i början av andra världskriget, invaderade och ockuperade Nazityskland Danmark. För att förhindra att tyskarna skulle upptäcka Max von Laues och James Francks Nobelmedaljer i guld lät Bohr de Hevesy lösa upp dem i vatten. I denna form förvarades de på en hylla på institutet fram till efter kriget, då guldet fälldes ut och medaljerna åter präglades av Nobelstiftelsen. Bohrs egen medalj hade donerats till en auktion till Fonden för Finlands hjälp och auktionerades ut i mars 1940 tillsammans med August Kroghs medalj. Köparen donerade senare de två medaljerna till Danmarks historiska museum på Frederiksborgs slott, där de fortfarande förvaras.
Bohr höll institutet igång, men alla utländska forskare lämnade det.
Läs också: historia-sv – Kriget om kapten Jenkins öra
Möte med Heisenberg
Bohr var medveten om möjligheten att använda uran-235 för att bygga en atombomb, och han nämnde den i föreläsningar i Storbritannien och Danmark strax före och efter krigsutbrottet, men han trodde inte att det var tekniskt möjligt att utvinna en tillräcklig mängd uran-235. I september 1941 besökte Heisenberg, som hade blivit chef för det tyska kärnenergiprojektet, Bohr i Köpenhamn. Under detta möte tog de två männen en privat stund utomhus, vars innehåll har orsakat många spekulationer, eftersom båda gav olika redogörelser: Enligt Heisenberg började han ta upp kärnenergi, moral och kriget, vilket Bohr tycks ha reagerat på genom att bryskt avsluta samtalet utan att ge Heisenberg några antydningar om sina egna åsikter. Ivan Supek, en av Heisenbergs elever och vänner, hävdade att huvudämnet för mötet var Carl Friedrich von Weizsäcker, som hade föreslagit att försöka övertala Bohr att medla till fred mellan Storbritannien och Tyskland.
1957 skrev Heisenberg till Robert Jungk, som då arbetade med boken Brighter than a Thousand Suns: A Personal History of the Atom Scientists. Heisenberg förklarade att han hade besökt Köpenhamn för att till Bohr förmedla flera tyska vetenskapsmäns åsikter om att det var möjligt att med stora ansträngningar framställa ett kärnvapen och att detta medförde ett enormt ansvar för världens vetenskapsmän på båda sidor. När Bohr såg Jungks skildring i den danska översättningen av boken utarbetade han ett brev (men skickade aldrig) till Heisenberg där han förklarade att han aldrig förstått syftet med Heisenbergs besök, att han var chockad över Heisenbergs åsikt att Tyskland skulle vinna kriget och att atomvapen kunde bli avgörande.
Michael Frayns pjäs Köpenhamn från 1998 utforskar vad som kunde ha hänt vid mötet mellan Heisenberg och Bohr 1941. En BBC-filmversion av pjäsen visades för första gången den 26 september 2002, med Stephen Rea som Bohr, Daniel Craig som Heisenberg och Francesca Annis som Margrethe Bohr. Samma möte hade tidigare dramatiserats i BBC:s vetenskapliga dokumentärserie Horizon 1992, med Anthony Bate som Bohr och Philip Anthony som Heisenberg. Mötet har också dramatiserats i den norska filmen
Läs också: viktiga_handelser – Stora språnget
Manhattanprojektet
I september 1943 fick Bohr och hans bror Harald veta att nazisterna betraktade familjen som judisk, eftersom deras mor var judinna, och att de därför riskerade att bli arresterade. Den danska motståndsrörelsen hjälpte Bohr och hans fru att fly till sjöss till Sverige den 29 september. Dagen därpå övertalade Bohr Sveriges kung Gustaf V att offentliggöra Sveriges vilja att ge asyl åt judiska flyktingar. Den 2 oktober 1943 sände den svenska radion att Sverige var redo att erbjuda asyl, och massräddningen av de danska judarna av deras landsmän följde snabbt därefter. Vissa historiker hävdar att Bohrs handlingar ledde direkt till massräddningen, medan andra menar att även om Bohr gjorde allt han kunde för sina landsmän så var hans handlingar inte ett avgörande inflytande på de vidare händelserna. Så småningom flydde över 7 000 danska judar till Sverige.
När nyheten om Bohrs flykt nådde Storbritannien skickade Lord Cherwell ett telegram till Bohr och bad honom komma till Storbritannien. Bohr anlände till Skottland den 6 oktober i en de Havilland Mosquito som trafikerades av British Overseas Airways Corporation (BOAC). Mosquitos var obeväpnade höghastighetsbombare som hade byggts om för att transportera små, värdefulla laster eller viktiga passagerare. Genom att flyga i hög hastighet och på hög höjd kunde de korsa det tyskockuperade Norge och ändå undvika tyska jaktplan. Bohr, som var utrustad med fallskärm, flygdräkt och syrgasmask, tillbringade den tre timmar långa flygningen liggandes på en madrass i flygplanets bombrum. Under flygningen hade Bohr inte på sig sin flyghjälm eftersom den var för liten, och följaktligen hörde han inte pilotens intercom-instruktion om att slå på syrgastillförseln när flygplanet steg till hög höjd för att överflyga Norge. Han svimmade av syrebrist och vaknade till liv först när flygplanet sjönk till lägre höjd över Nordsjön. Bohrs son Aage följde sin far till Storbritannien på en annan flygning en vecka senare och blev hans personliga assistent.
Bohr mottogs varmt av James Chadwick och Sir John Anderson, men av säkerhetsskäl hölls Bohr utom synhåll. Han fick en lägenhet i St James”s Palace och ett kontor hos British Tube Alloys team för utveckling av kärnvapen. Bohr var förvånad över de framsteg som hade gjorts. Chadwick ordnade så att Bohr kunde besöka Förenta staterna som konsult för Tube Alloys, med Aage som assistent. Den 8 december 1943 anlände Bohr till Washington, D.C., där han träffade chefen för Manhattanprojektet, brigadgeneral Leslie R. Groves Jr. Han besökte Einstein och Pauli vid Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey, och åkte till Los Alamos i New Mexico, där kärnvapnen höll på att utformas. Av säkerhetsskäl gick han under namnet ”Nicholas Baker” i USA, medan Aage blev ”James Baker”. I maj 1944 rapporterade den danska motståndstidningen De frie Danske att de hade fått veta att ”Danmarks berömde son professor Niels Bohr” i oktober året innan hade flytt sitt land via Sverige till London och därifrån rest till Moskva, varifrån han kunde antas stödja krigsarbetet.
Bohr stannade inte kvar i Los Alamos, utan gjorde en rad längre besök under de följande två åren. Robert Oppenheimer berömde Bohr för att ha agerat ”som en vetenskaplig fadersgestalt för de yngre männen”, särskilt Richard Feynman. Bohr citeras för att ha sagt: ”De behövde inte min hjälp för att göra atombomben”. Oppenheimer gav Bohr beröm för ett viktigt bidrag till arbetet med modulerade neutroninitiatorer. ”Denna anordning förblev en envis gåta”, noterade Oppenheimer, ”men i början av februari 1945 klargjorde Niels Bohr vad som måste göras”.
Bohr insåg tidigt att kärnvapen skulle förändra de internationella relationerna. I april 1944 fick han ett brev från Peter Kapitza, skrivet några månader tidigare när Bohr var i Sverige, där han uppmanades att komma till Sovjetunionen. Brevet övertygade Bohr om att Sovjet var medvetet om det angloamerikanska projektet och att de skulle sträva efter att komma ikapp. Han skickade Kapitza ett oengagerat svar, som han visade för myndigheterna i Storbritannien innan han skickade det. Bohr träffade Churchill den 16 maj 1944, men fann att ”vi inte talade samma språk”. Churchill höll inte med om idén om öppenhet gentemot ryssarna till den grad att han skrev i ett brev: ”Det verkar som om Bohr borde spärras in, eller i alla fall få honom att inse att han är mycket nära gränsen till dödliga brott.”
Oppenheimer föreslog att Bohr skulle besöka president Franklin D. Roosevelt för att övertyga honom om att Manhattanprojektet borde delas med Sovjet i hopp om att påskynda resultaten. Bohrs vän, Högsta domstolens domare Felix Frankfurter, informerade president Roosevelt om Bohrs åsikter, och ett möte mellan dem ägde rum den 26 augusti 1944. Roosevelt föreslog att Bohr skulle återvända till Storbritannien för att försöka få brittiskt godkännande. När Churchill och Roosevelt träffades i Hyde Park den 19 september 1944 avvisade de tanken på att informera världen om projektet, och i minnesanteckningarna från deras samtal fanns ett tillägg om att ”förfrågningar bör göras om professor Bohrs verksamhet och att åtgärder bör vidtas för att se till att han är ansvarig för att ingen information läcker ut, särskilt inte till ryssarna”.
I juni 1950 skickade Bohr ett ”öppet brev” till FN där han efterlyste internationellt samarbete om kärnenergi. På 1950-talet, efter Sovjetunionens första kärnvapentest, skapades Internationella atomenergiorganet enligt Bohrs förslag. År 1957 fick han det första priset Atoms for Peace Award.
När kriget nu var slut återvände Bohr till Köpenhamn den 25 augusti 1945 och omvaldes som ordförande för Kungliga Vetenskapsakademien den 21 september. Vid akademins minnesmöte den 17 oktober 1947 för kung Christian X, som hade avlidit i april, meddelade den nye kungen, Fredrik IX, att han skulle tilldela Bohr elefantorden. Denna utmärkelse delas normalt endast ut till kungligheter och statschefer, men kungen sade att den hedrade inte bara Bohr personligen, utan även dansk vetenskap. Bohr utformade sitt eget vapensköld med en taijitu (symbol för yin och yang) och ett motto på latin: contraria sunt complementa, ”motsatser kompletterar varandra”.
Andra världskriget visade att vetenskapen, och särskilt fysiken, nu krävde betydande ekonomiska och materiella resurser. För att undvika en kompetensflykt till USA gick tolv europeiska länder samman för att skapa CERN, en forskningsorganisation i likhet med de nationella laboratorierna i USA, som skulle genomföra stora vetenskapliga projekt som var och en av dem inte kunde genomföra ensam. Det uppstod snart frågor om den bästa platsen för anläggningarna. Bohr och Kramers ansåg att institutet i Köpenhamn skulle vara den idealiska platsen. Pierre Auger, som organiserade de inledande diskussionerna, höll inte med. Han ansåg att både Bohr och hans institut hade passerat sina bästa år och att Bohrs närvaro skulle överskugga andra. Efter en lång debatt lovade Bohr sitt stöd till CERN i februari 1952, och Genève valdes som plats i oktober. CERN:s teorigrupp var baserad i Köpenhamn tills deras nya lokaler i Genève stod klara 1957. Victor Weisskopf, som senare blev generaldirektör för CERN, sammanfattade Bohrs roll genom att säga att ”det fanns andra personligheter som startade och utformade idén om CERN. De andra personernas entusiasm och idéer skulle dock inte ha räckt till om inte en man av hans storlek hade stöttat dem”.
Samtidigt bildade de skandinaviska länderna 1957 Nordiska institutet för teoretisk fysik med Bohr som ordförande. Han var också inblandad i grundandet av den danska atomenergikommissionens forskningsanstalt Risø och var dess första ordförande från februari 1956.
Bohr dog av hjärtsvikt i sitt hem i Carlsberg den 18 november 1962. Han kremerades och hans aska begravdes i familjegraven på Assistens kyrkogård i stadsdelen Nørrebro i Köpenhamn, tillsammans med sina föräldrar, sin bror Harald och sin son Christian. Flera år senare begravdes även hans hustrus aska där. Den 7 oktober 1965, på hans 80-årsdag, döptes institutet för teoretisk fysik vid Köpenhamns universitet officiellt om till det som det inofficiellt hade hetat under många år: Niels Bohr-institutet.
Bohr fick många utmärkelser och utmärkelser. Förutom Nobelpriset fick han Hughesmedaljen 1921, Matteucci-medaljen 1923, Franklinmedaljen 1926, Copleymedaljen 1938, Elefantorden 1947, Atoms for Peace-priset 1957 och Sonningpriset 1961. Han blev utländsk medlem av den kungliga nederländska akademin för konst och vetenskap 1923 och av Royal Society 1926. Bohr-modellens halvårsjubileum firades i Danmark den 21 november 1963 med ett frimärke som föreställer Bohr, väteatomen och formeln för skillnaden mellan två valfria energinivåer för väte: hν=ϵ2-ϵ1{displaystyle h u =epsilon _{2}-epsilon _{1}}}. Flera andra länder har också gett ut frimärken med Bohr som föreställer honom. År 1997 började den danska nationalbanken sätta 500-kronorssedeln i omlopp med ett porträtt av Bohr som röker pipa. Den 7 oktober 2012, för att fira Niels Bohrs 127:e födelsedag, dök en Google Doodle upp på Googles startsida med en bild av Bohrs modell av väteatomen. En asteroid, 3948 Bohr, har uppkallats efter honom, liksom Bohrs månkrater och bohrium, det kemiska grundämnet med atomnummer 107.
Källor
