Bohr, Niels

niels bohr
fechas niels bohr
Nombrar al nacer fechas Niels Henrik David Bohr
Fecha de nacimiento 7 de octubre de 1885( 07/10/1885 ) [1] [2] [3] […]
Lugar de nacimiento Copenhague , Dinamarca
Fecha de muerte 18 de noviembre de 1962( 18/11/1962 ) [1] [2] [3] […] (77 años)
Un lugar de muerte
País
Esfera científica física teórica
Lugar de trabajo
alma mater Universidad de Copenhague
consejero científico Christian Christiansen [8] y Thomson, Joseph John [9]
Estudiantes Lev Landau
Hendrik Kramers
Oscar Klein
Aage Bohr
John Wheeler
Conocido como uno de los fundadores de la física moderna
Premios y premios
Premio Nobel - 1922 Premio Nobel de Física  ( 1922 )
Caballero de la Orden del Elefante Comandante de primera clase de la Orden de Danebrog Gran Cruz de la Orden del Halcón
Cruz de Plata de la Orden de Danebrog Caballero de la Orden de San Olaf Oficial de la Orden de la Legión de Honor
Autógrafo
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Niels Henrik David Bohr ( danés Niels Henrik David Bohr , danés:  [ˈne̝ls ˈpoɐ̯ˀ] ; 7 de octubre de 1885 , Copenhague  - 18 de noviembre de 1962 , ibíd.) fue un físico teórico danés y figura pública, uno de los creadores de la física moderna. Premio Nobel de Física ( 1922 ). Miembro de la Real Sociedad Danesa ( 1917 ) y Presidente desde 1939 . Fue miembro de más de 20 academias de ciencias del mundo, incluido miembro honorario extranjero de la Academia de Ciencias de la URSS ( 1929 ; miembro correspondiente - desde 1924 ).

Bohr es conocido como el creador de la primera teoría cuántica del átomo y participante activo en el desarrollo de los fundamentos de la mecánica cuántica . También hizo una contribución significativa al desarrollo de la teoría del núcleo atómico y las reacciones nucleares , los procesos de interacción de las partículas elementales con el medio ambiente.

Resumen de vida y obra

Una familia. Infancia y juventud

Niels Bohr nació en la familia de un profesor de fisiología en la Universidad de Copenhague, Christian Bohr (1858-1911), quien fue dos veces candidato al Premio Nobel de Fisiología o Medicina [10] , y Ellen Adler (1860-1930). ), hija de un banquero y parlamentario judío influyente y muy rico: el liberal David Baruch Adler ( 1826-1878 ) y Jenny Raphael (1830-1902) de la dinastía bancaria judía británica Raphael Raphael & sons [11] . Los padres de Bohr se casaron en 1881.

Juventud. El teorema de Bohr-van Leuven (1885-1911)

En el colegio mostró una clara inclinación hacia la física y las matemáticas , así como por la filosofía . Esto fue facilitado por las visitas regulares de colegas y amigos de su padre: el filósofo Harald Göffding , el físico Christian Christiansen , el lingüista Wilhelm Thomsen [12] . Un amigo cercano y compañero de clase de Bohr durante este período fue su primo segundo (por parte materna), el futuro psicólogo de la Gestalt Edgar Rubin (1886-1951; entre las ilusiones ópticas que propuso estaba el llamado vaso de Rubin ; 1915) [13 ] Rubin atrajo a Bohr al estudio de la filosofía.  

La otra pasión de Bor era el fútbol . Nils y su hermano Harald (quien más tarde se convirtió en un famoso matemático ) jugaron para el club de aficionados " AB " (el primero, como portero , y el segundo, como mediocampista ). En el futuro, Harald jugó con éxito en la selección danesa y ganó la plata en su composición en los Juegos Olímpicos de 1908 , donde el equipo danés perdió en la final ante los británicos [11] .

En 1903, Niels Bohr ingresó a la Universidad de Copenhague , donde estudió física , química , astronomía y matemáticas . Junto con su hermano, organizó un círculo de estudiantes filosóficos, donde sus miembros hacían presentaciones alternativamente [14] . En la universidad, Niels Bohr realizó su primer trabajo sobre el estudio de las oscilaciones de un chorro de líquido para determinar con mayor precisión la magnitud de la tensión superficial del agua. Un estudio teórico en 1906 fue galardonado con una medalla de oro de la Royal Danish Society . En los años siguientes ( 1907-1909 ) se complementó con los resultados experimentales obtenidos por Bohr en el laboratorio fisiológico de su padre [15] , y se publicó según las ideas de las luminarias de la entonces física Ramsay y Rayleigh [16] .

En 1910, Bohr obtuvo una maestría y en mayo de 1911 defendió su tesis doctoral sobre la teoría electrónica clásica de los metales [15] . En su tesis doctoral, Bohr, desarrollando las ideas de Lorentz , demostró un importante teorema de la mecánica estadística clásica , según el cual el momento magnético de cualquier conjunto de cargas eléctricas elementales que se mueven según las leyes de la mecánica clásica en un campo magnético constante es igual cero en estado estacionario. En 1919, este teorema fue redescubierto de forma independiente por Hendrik van Leeuwen y se conoce como el teorema de Bohr-van Leeuwen . Implica directamente la imposibilidad de explicar las propiedades magnéticas de la materia (en particular, el diamagnetismo ), manteniéndose dentro del marco de la física clásica [17] . Aparentemente, este fue el primer encuentro de Bohr con las limitaciones de la descripción clásica, lo que lo llevó a cuestionarse la teoría cuántica.

Bor en Inglaterra. Modelo Bohr (1911-1916)

En 1911 Bohr recibió una beca de 2.500 coronas de la Fundación Carlsberg para una pasantía en el extranjero [18] . En septiembre de 1911 llegó a Cambridge para trabajar en el Laboratorio Cavendish a las órdenes del famoso J. J. Thomson . Sin embargo, la cooperación no funcionó: Thomson no se interesó por el joven danés, quien inmediatamente le señaló un error en uno de sus trabajos y, además, no hablaba bien el inglés . Bor más tarde lo recordó de esta manera:

Me decepcionó que Thomson no estuviera interesado en el hecho de que sus cálculos estaban equivocados. Esto también fue mi culpa. No sabía inglés lo suficiente y por lo tanto no podía explicarme... Thomson era un genio que, de hecho, mostraba el camino a todo el mundo... En general, trabajar en Cambridge era muy interesante, pero era absolutamente inútil. [Dieciocho]

Como resultado, en marzo de 1912, Bohr se mudó a Manchester con Ernest Rutherford , a quien había conocido poco antes [19] . En 1911, Rutherford publicó un modelo planetario del átomo basado en los resultados de sus experimentos. Bohr se involucró activamente en el trabajo sobre este tema, que se vio facilitado por numerosas conversaciones con el conocido químico Georg Hevesy , que entonces trabajaba en Manchester, y con el mismo Rutherford. La idea original era que las propiedades de los elementos están determinadas por un número atómico entero , que es la carga del núcleo, que puede cambiar en los procesos de desintegración radiactiva . La primera aplicación del modelo atómico de Rutherford para Bohr fue la consideración en los últimos meses de su estancia en Inglaterra de los procesos de interacción de los rayos alfa y beta con la materia [20] . En el verano de 1912, Bohr regresó a Dinamarca .

El 1 de agosto de 1912 [18] en Copenhague , tuvo lugar en Copenhague la boda de Bohr y Margaret Nörlund, la hermana del amigo cercano de Harald, Nils Erik Nörlund , a quien conoció en 1909 [21] . Durante su viaje de luna de miel a Inglaterra y Escocia, Bohr y su esposa visitaron a Rutherford en Manchester. Bohr le entregó su artículo preparado para su publicación, "La teoría de la desaceleración de las partículas cargadas cuando pasan a través de la materia" (fue publicado a principios de 1913 ). Al mismo tiempo, se estableció una estrecha amistad entre las familias Hog y Rutherford. La comunicación con Rutherford dejó una huella indeleble (tanto científica como personalmente) en el futuro destino de Bohr, quien escribió muchos años después:

Muy característico de Rutherford fue el interés benévolo que mostró en todos los físicos jóvenes con los que tuvo relaciones largas o cortas. <…> para mí, Rutherford se convirtió en un segundo padre. [22]

A su regreso a Copenhague, Bohr enseñó en la universidad, mientras que al mismo tiempo trabajaba intensamente en la teoría cuántica de la estructura del átomo. Los primeros resultados están contenidos en un borrador enviado a Rutherford en julio de 1912 y llamado "Memorándum de Rutherford" [23] . Sin embargo, se lograron éxitos decisivos a fines de 1912 y principios de 1913 . El momento clave fue el conocimiento en febrero de 1913 de las leyes de disposición de las líneas espectrales y el principio de combinación general para las frecuencias de radiación de los átomos. Bohr dijo más tarde:

Tan pronto como vi la fórmula de Balmer , toda la cuestión se me hizo clara de inmediato. [24]

En marzo de 1913, Bohr envió un borrador preliminar del artículo a Rutherford y en abril fue a Manchester durante unos días para discutir su teoría. El resultado de este trabajo fueron tres partes del revolucionario artículo "Sobre la estructura de los átomos y las moléculas" [25] , publicado en la revista "Philosophical Magazine" en julio, octubre y diciembre de 1913 y que contenía la teoría cuántica de un hidrógeno como átomo _ En la teoría de Bohr, se pueden distinguir dos componentes principales [26] : declaraciones generales (postulados) sobre el comportamiento de los sistemas atómicos, que retienen su significado y se prueban exhaustivamente, y un modelo específico de la estructura del átomo , que es de solo interés histórico en la actualidad. Los postulados de Bohr contienen supuestos sobre la existencia de estados estacionarios y sobre transiciones radiativas entre ellos de acuerdo con las ideas de Planck sobre la cuantización de la energía de la materia. La teoría del modelo del átomo de Bohr se basa en la suposición de que es posible describir el movimiento de los electrones en un átomo en un estado estacionario sobre la base de la física clásica , en la que se imponen condiciones cuánticas adicionales (por ejemplo, cuantización del electrón momento angular ). La teoría de Bohr inmediatamente hizo posible corroborar la emisión y absorción de radiación en los espectros en serie del hidrógeno , y también explicar (corregido por la masa reducida del electrón ) los espectros similares al hidrógeno con números cuánticos semienteros observados previamente por Charles Pickering y Alfred Fowler como perteneciente al helio ionizado . El brillante éxito de la teoría de Bohr fue la derivación teórica del valor de la constante de Rydberg [27] .

El trabajo de Bohr inmediatamente atrajo la atención de los físicos y estimuló el rápido desarrollo de los conceptos cuánticos . Sus contemporáneos apreciaron el importante paso que dio el científico danés. Así, en 1936 Rutherford escribió:

Considero que la teoría cuántica original de los espectros de Bohr es una de las más revolucionarias que jamás se haya hecho en la ciencia; y no conozco otra teoría que tenga más éxito. [28]

En 1949, Albert Einstein recordó sus impresiones sobre la teoría de Bohr de la siguiente manera:

Todos mis intentos de adaptar los fundamentos teóricos de la física a estos resultados [es decir, las consecuencias de la ley de Planck para la radiación del cuerpo negro] han fracasado miserablemente. Era como si les hubieran arrancado la tierra de debajo de los pies y no se viera ningún terreno firme sobre el cual construir. Siempre me ha parecido un milagro que esta base oscilante y contradictoria fuera suficiente para permitirle a Bohr, un hombre de ingeniosa intuición y estilo sutil, encontrar las leyes principales de las líneas espectrales y las capas de electrones de los átomos, incluida su importancia para la química. Ahora me parece un milagro. Esta es la musicalidad más alta en el reino del pensamiento. [29]

En la primavera de 1914, Rutherford invitó a Bohr a reemplazar a Charles Darwin , el nieto del famoso naturalista , como profesor de física matemática en la Universidad de Manchester (Shuster School of Mathematical Physics) [30] . Permaneció en Manchester desde el otoño de 1914 hasta el verano de 1916 . En ese momento, trató de extender su teoría a los átomos de muchos electrones, pero pronto se topó con un callejón sin salida. Ya en septiembre de 1914 escribió:

Para sistemas de más de dos partículas, no existe una relación simple entre la energía y el número de revoluciones y, por esta razón, consideraciones como las que usé anteriormente no pueden aplicarse para determinar los "estados estacionarios" del sistema. Me inclino a creer que en este problema se esconden dificultades muy importantes, que sólo pueden superarse abandonando las nociones habituales en mayor medida de lo que hasta ahora se requiere, y que la simplicidad de los sistemas considerados es la única razón del éxito alcanzado. [31]

En 1914, Bohr pudo explicar parcialmente la división de las líneas espectrales en los efectos Stark y Zeeman , pero no pudo obtener una división en más de dos componentes. Esto reveló las limitaciones de las órbitas circulares consideradas en su teoría. Fue posible superarlo solo después de que, a principios de 1916, Arnold Sommerfeld formuló condiciones cuánticas generalizadas, introdujo tres números cuánticos para la órbita de un electrón y explicó la estructura fina de las líneas espectrales , teniendo en cuenta las correcciones relativistas. Bohr inmediatamente comenzó a revisar radicalmente sus resultados a la luz de este nuevo enfoque [32] .

Mayor desarrollo del modelo. El principio de correspondencia (1916-1923)

En el verano de 1916, Bohr finalmente regresó a su tierra natal y dirigió el Departamento de Física Teórica de la Universidad de Copenhague . En abril de 1917, solicitó fondos a las autoridades danesas para construir un nuevo instituto para él y su personal. El 3 de marzo de 1921 , después de superar muchas dificultades organizativas y administrativas, se abrió finalmente el Instituto de Física Teórica [33] en Copenhague , que ahora lleva el nombre de su primer líder ( Instituto Niels Bohr ).

A pesar de estar muy ocupado con asuntos administrativos, Bohr continuó desarrollando su modelo, tratando de generalizarlo al caso de átomos más complejos, como el helio . En 1918, en el artículo "Sobre la teoría cuántica de los espectros de líneas", Bohr cuantificó el llamado principio de correspondencia , vinculando la teoría cuántica con la física clásica. Por primera vez la idea de correspondencia surgió en 1913 , cuando Bohr utilizó la idea de que las transiciones entre órbitas estacionarias con grandes números cuánticos deberían dar radiación con una frecuencia coincidente con la frecuencia de revolución de los electrones [34] . A partir de 1918, el principio de correspondencia se convirtió en manos de Bohr en una poderosa herramienta para obtener nuevos resultados: permitió, siguiendo los conceptos de los coeficientes de Einstein , determinar las probabilidades de transición y, en consecuencia, las intensidades de las líneas espectrales; obtener las reglas de selección (en particular para el oscilador armónico ); dar una interpretación del número y la polarización de los componentes de las divisiones de Stark y Zeeman [35] . Posteriormente, Bohr dio una formulación clara del principio de correspondencia:

… el “principio de correspondencia”, según el cual la presencia de transiciones entre estados estacionarios, acompañadas de radiación, está asociada a las componentes armónicas de la oscilación en el movimiento de un átomo, que determinan en la teoría clásica las propiedades de la radiación emitida debido al movimiento de una partícula. Así, según este principio, se supone que todo proceso de transición entre dos estados estacionarios está asociado a la correspondiente componente armónica, de modo que la probabilidad de la presencia de una transición depende de la amplitud de la oscilación, mientras que la polarización de la radiación se debe a propiedades más detalladas de la oscilación del mismo modo que la intensidad y polarización de la radiación en el sistema de ondas emitidas por un átomo según la teoría clásica debido a la presencia de las componentes de oscilación indicadas, está determinada por la amplitud y otras propiedades de este último. [36]

El principio de correspondencia también jugó un papel muy importante en la construcción de una mecánica cuántica consistente . De ella partió Werner Heisenberg en 1925 al construir su mecánica matricial [37] . En el sentido filosófico general, este principio, que vincula el nuevo conocimiento con los logros del pasado, es uno de los principales principios metodológicos de la ciencia moderna [37] .

En 1921-1923 , en varios trabajos, Bohr fue el primero en dar una explicación del sistema periódico de Mendeleev basado en su modelo del átomo, datos espectroscópicos y consideraciones generales sobre las propiedades de los elementos , presentando un esquema para llenar órbitas electrónicas ( cáscaras , según la terminología moderna) [38] . La exactitud de la interpretación de la tabla periódica fue confirmada por el descubrimiento en 1922 del nuevo elemento hafnio por Dirk Coster y Georg Hevesy , quienes estaban trabajando en ese momento en Copenhague [39] . Como predijo Bohr, este elemento resultó ser cercano en sus propiedades al zirconio , y no a los elementos de tierras raras , como se pensaba anteriormente [40] .

En 1922, Bohr recibió el Premio Nobel de Física "por sus servicios al estudio de la estructura del átomo" [41] . En su conferencia "Sobre la estructura de los átomos" [42] , pronunciada en Estocolmo el 11 de diciembre de 1922 , Bohr resumió los resultados de diez años de trabajo.

Sin embargo, estaba claro que la teoría de Bohr contenía una contradicción inherente, ya que combinaba mecánicamente conceptos y leyes clásicos con condiciones cuánticas. Además, era incompleto, no lo suficientemente universal, ya que no podía usarse para una explicación cuantitativa de toda la variedad de fenómenos en el mundo atómico. Por ejemplo, Bohr, junto con su asistente Hendrik Kramers , no lograron resolver el problema del movimiento de los electrones en un átomo de helio (el sistema de dos electrones más simple), en el que habían estado trabajando desde 1916 . Bohr entendió claramente las limitaciones de los enfoques existentes (la llamada "vieja teoría cuántica") y la necesidad de construir una teoría basada en principios completamente nuevos:

... todo el enfoque del problema en su conjunto era todavía de naturaleza semiempírica, y pronto quedó bastante claro que para una descripción exhaustiva de las propiedades físicas y químicas de los elementos, se necesitaba una nueva desviación radical de la mecánica clásica. para combinar postulados cuánticos en un esquema lógicamente consistente. [treinta]

Formación de la mecánica cuántica. Principio de complementariedad (1924-1930)

La nueva teoría fue la mecánica cuántica , que fue creada en 1925-1927 en los trabajos de Werner Heisenberg , Erwin Schrödinger , Max Born , Paul Dirac [43] . Al mismo tiempo, las ideas básicas de la mecánica cuántica, a pesar de sus éxitos formales, permanecieron poco claras en los primeros años. Para una comprensión completa de los fundamentos físicos de la mecánica cuántica, era necesario conectarla con la experiencia, revelar el significado de los conceptos usados ​​en ella (porque el uso de la terminología clásica ya no era legítimo), es decir, dar una interpretación de su formalismo.

Eran estas preguntas de la interpretación física de la mecánica cuántica las que Bohr estaba considerando en ese momento. El resultado fue el concepto de complementariedad , que fue presentado en el congreso en memoria de Alessandro Volta en Como en septiembre de 1927 [44] . El punto de partida en la evolución de las opiniones de Bohr fue su adopción en 1925 del dualismo onda-partícula . Antes de esto, Bohr se negó a aceptar la realidad de los cuantos de luz de Einstein ( fotones ), que eran difíciles de reconciliar con el principio de correspondencia [45] , lo que resultó en un artículo conjunto con Kramers y John Slater , en el que se hizo una suposición inesperada. sobre la no conservación de la energía y el momento en procesos microscópicos individuales (las leyes de conservación asumieron un carácter estadístico). Sin embargo, estos puntos de vista pronto fueron refutados por los experimentos de Walter Bothe y Hans Geiger [46] .

Fue el dualismo de ondas corpusculares lo que Bohr puso como base para la interpretación de la teoría. La idea de complementariedad, desarrollada a principios de 1927 durante unas vacaciones en Noruega [47] , refleja una relación lógica entre dos modos de descripción o conjuntos de representaciones, que, aunque mutuamente excluyentes, son ambos necesarios para una descripción completa del estado de asuntos La esencia del principio de incertidumbre es que tal situación física no puede surgir en la que ambos aspectos adicionales del fenómeno se manifiesten simultáneamente y con la misma distinción [48] . En otras palabras, no existen estados en el microcosmos en los que el objeto tendría simultáneamente características dinámicas exactas pertenecientes a dos clases específicas que se excluyen mutuamente, lo que se expresa en la relación de incertidumbre de Heisenberg . Los datos de medición de los objetos del micromundo, obtenidos utilizando varias configuraciones experimentales, en condiciones en las que la interacción entre el dispositivo de medición y el objeto es una parte integral del proceso de medición, se encuentran en una especie de relación adicional entre sí. [49] La formación de las ideas de Bohr, como él mismo admitió, estuvo influenciada por las investigaciones filosóficas y psicológicas de Soren Kierkegaard , Harald Göffding y William James [50] .

El principio de complementariedad formó la base de la llamada interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica [51] y el análisis del proceso de medición [52] de las características de los microobjetos. Según esta interpretación, las características dinámicas de una micropartícula tomadas de la física clásica (sus coordenadas , cantidad de movimiento , energía, etc.) no son en absoluto inherentes a la propia partícula. El significado y cierto valor de una u otra característica de un electrón, por ejemplo, su momento, se revelan en relación con los objetos clásicos, para los cuales estas cantidades tienen un cierto significado y todas al mismo tiempo pueden tener un cierto valor (tal como objeto clásico se llama condicionalmente un dispositivo de medición). El papel del principio de complementariedad resultó ser tan esencial que Pauli incluso sugirió llamar a la mecánica cuántica la "teoría de la complementariedad" por analogía con la teoría de la relatividad [53] .

Un mes después del congreso de Como , en el Quinto Congreso Solvay de Bruselas , comenzaron las famosas discusiones entre Bohr y Einstein sobre la interpretación de la mecánica cuántica [54] [55] . La disputa continuó en 1930 en el sexto congreso, donde Bohr explicó desde el punto de vista de la mecánica cuántica la paradoja de la caja de fotones de Einstein [54] , y luego se reanudó con renovado vigor en 1935 después del conocido artículo [56] de Einstein, Podolsky y Rosen sobre la integridad de la mecánica cuántica (ver paradoja EPR ). Las discusiones no cesaron hasta la muerte de Einstein [57] , a veces adquiriendo un carácter amargo. Sin embargo, los participantes nunca dejaron de tratarse con gran respeto, lo que quedó reflejado en las palabras de Einstein, escritas en 1949 :

Veo que fui... bastante duro, pero... solo los hermanos o amigos cercanos realmente se pelean. [58]

Aunque Bohr nunca pudo convencer a Einstein de que tenía razón, estas discusiones y soluciones a numerosas paradojas permitieron a Bohr mejorar en gran medida la claridad de sus pensamientos y formulaciones, para profundizar su comprensión de la mecánica cuántica :

La lección que hemos aprendido de esto nos ha puesto decididamente en el camino de la lucha interminable por la armonía entre el contenido y la forma; esta lección nos ha mostrado una vez más que no se puede comprender ningún contenido sin una forma adecuada, y que cualquier forma, por muy útil que haya sido en el pasado, puede ser demasiado limitada para captar nuevos resultados. [59]

Física nuclear (década de 1930)

En 1932, Bohr y su familia se mudaron a la llamada "Casa de Honor", la residencia del ciudadano más respetado de Dinamarca, construida por el fundador de la compañía cervecera Carlsberg . Aquí fue visitado por celebridades no solo del mundo científico (por ejemplo, Rutherford), sino también del mundo político (la pareja real de Dinamarca, la reina Isabel inglesa , presidentes y primeros ministros de varios países) [60] .

En 1934, Bohr experimentó una grave tragedia personal. Mientras navegaba en un yate en el estrecho de Kattegat , su hijo mayor, Christian, de 19 años, fue arrastrado por la borda por una tormenta; no fue posible encontrarlo [61] . En total, Niels y Margaret tuvieron seis hijos. Uno de ellos, Aage Bohr , también se convirtió en un destacado físico, recibiendo el Premio Nobel ( 1975 ).

En la década de 1930, Bohr se interesó por los temas nucleares , reorientando hacia ellos su instituto: gracias a su fama e influencia, logró obtener financiación para la construcción de nuevas instalaciones en su Instituto -un ciclotrón , un acelerador según la Cockcroft-Walton modelo , y un acelerador van de Graaff [62 ] . En ese momento, él mismo hizo una contribución significativa a la teoría de la estructura del núcleo y las reacciones nucleares.

En 1936, Bohr, basándose en la existencia de resonancias de neutrones recientemente observadas , formuló una idea fundamental para la física nuclear sobre la naturaleza del curso de las reacciones nucleares : sugirió la existencia del llamado núcleo compuesto (“compound core”), es decir, un estado excitado del núcleo con un tiempo de vida del orden del tiempo del movimiento de un neutrón a través de él. Luego, el mecanismo de reacción, que no se limita solo a las reacciones de neutrones, incluye dos etapas: 1) la formación de un núcleo compuesto, 2) su descomposición. En este caso, estas dos etapas transcurren de forma independiente, lo que se debe a la redistribución equilibrada de la energía entre los grados de libertad del núcleo compuesto. Esto hizo posible aplicar un enfoque estadístico para describir el comportamiento de los núcleos, lo que hizo posible calcular las secciones transversales de varias reacciones y también interpretar la descomposición de un núcleo compuesto en términos de la evaporación de partículas [63]. ] , creando, a sugerencia de Yakov Frenkel , un modelo de gota del núcleo .

Sin embargo, una imagen tan simple tiene lugar solo a grandes distancias entre resonancias (niveles de núcleo), es decir, a bajas energías de excitación. Como se demostró en 1939 en el trabajo conjunto de Bohr con Rudolf Peierls y Georg Placzek , cuando las resonancias del núcleo compuesto se superponen, el equilibrio en el sistema no tiene tiempo de establecerse y las dos etapas de la reacción dejan de ser independientes. , es decir, la naturaleza de la descomposición del núcleo intermedio está determinada por el proceso de su formación. El desarrollo de la teoría en esta dirección llevó a la creación en 1953 por parte de Viktor Weiskopf , Herman Feshbach y K. Porter del llamado "modelo óptico del núcleo", que describe las reacciones nucleares en un amplio rango de energía [64] .

Simultáneamente con el concepto de núcleo compuesto, Bohr (junto con F. Kalkar) propuso considerar los movimientos colectivos de las partículas en los núcleos, contrastándolos con la imagen de nucleones independientes . Estos modos de vibración del tipo de gota de líquido se reflejan en los datos espectroscópicos (en particular, en la estructura multipolar de la radiación nuclear). Las ideas sobre la polarizabilidad y las deformaciones de los núcleos formaron la base del modelo generalizado (colectivo) del núcleo desarrollado a principios de la década de 1950 por Aage Bohr , Ben Mottelson y James Rainwater [65] .

Es grande la contribución de Bohr a la explicación del mecanismo de fisión nuclear , en el que se liberan enormes cantidades de energía. La división fue descubierta experimentalmente a finales de 1938 por Otto Hahn y Fritz Strassmann e interpretada correctamente por Lise Meitner y Otto Frisch durante las vacaciones de Navidad. Bohr se enteró de sus ideas por Frisch, que entonces trabajaba en Copenhague , justo antes de partir hacia los Estados Unidos en enero de 1939 [66] . En Princeton , junto con John Wheeler , desarrolló una teoría cuantitativa de la fisión nuclear, basada en el modelo del núcleo compuesto y el concepto de deformación crítica del núcleo, que conduce a su inestabilidad y descomposición. Para algunos núcleos, este valor crítico puede ser igual a cero, lo que se expresa en la descomposición del núcleo en deformaciones arbitrariamente pequeñas [67] . La teoría permitió obtener la dependencia energética de la sección transversal de fisión, que coincide con la experimental. Además, Bohr pudo demostrar que la fisión de los núcleos de uranio-235 es causada por neutrones "lentos" (de baja energía) , y el uranio-238  por los rápidos [68] .

Oposición al nazismo. Guerra. Lucha contra la amenaza atómica (1940-1950)

Después de que los nazis llegaran al poder en Alemania , Bohr participó activamente en arreglar el destino de muchos científicos emigrantes que se mudaron a Copenhague . En 1933, gracias a los esfuerzos de Niels Bohr, su hermano Harald , el director del Instituto de Vacunas, Thorvald Madsen, y el abogado Albert Jorgensen, se estableció un Comité especial de Asistencia a Científicos Refugiados [69] .

Después de la ocupación de Dinamarca en abril de 1940, existía un riesgo real de que Bohr fuera arrestado debido a su origen semijudío. Sin embargo, decidió permanecer en Copenhague el mayor tiempo posible para garantizar la protección del instituto y su personal de las intrusiones de las autoridades de ocupación. En octubre de 1941, Bohr recibió la visita de Heisenberg , entonces jefe del proyecto atómico nazi. Entre ellos se produjo una conversación sobre la posibilidad de implementar armas nucleares, sobre lo cual el científico alemán escribió lo siguiente:

Visité Copenhague en el otoño de 1941, creo que fue a fines de octubre. En ese momento, nosotros en la Uranium Society, como resultado de experimentos con uranio y agua pesada, llegamos a la conclusión de que era posible construir un reactor usando uranio y agua pesada para producir energía. <...> En ese momento, sobreestimamos la escala de los costos técnicos necesarios. <...> En tales circunstancias, pensamos que una conversación con Bohr sería útil. Tal conversación tuvo lugar durante una caminata nocturna en el área de Ni-Carlsberg. Sabiendo que Bohr estaba bajo la vigilancia de las autoridades políticas alemanas y que sus comentarios sobre mí probablemente serían transmitidos a Alemania, traté de llevar esta conversación de una manera que no pusiera en peligro mi vida. La conversación, por lo que recuerdo, comenzó con mi pregunta sobre si los físicos en tiempos de guerra deberían ocuparse del problema del uranio, ya que el progreso en esta área podría tener graves consecuencias en la técnica de la guerra. Bohr entendió de inmediato el significado de esta pregunta, porque pude captar su reacción de ligero susto. Respondió con una contrapregunta: "¿De verdad crees que la fisión de uranio podría usarse para fabricar armas?" Respondí: “En principio es posible, pero requeriría unos esfuerzos técnicos tan increíbles que, ojalá, no se puedan llevar a cabo en el transcurso de una guerra real”. Bohr se sorprendió por mi respuesta, aparentemente asumiendo que tenía la intención de informarle que Alemania había hecho un tremendo progreso en la producción de armas atómicas. Aunque más tarde traté de corregir esta impresión errónea, aún no logré ganarme la confianza de Bohr... [70]

Por lo tanto, Heisenberg insinúa que Bohr no entendió lo que quería decir. Sin embargo, el propio Bohr no estuvo de acuerdo con esta interpretación de su conversación con Heisenberg. En 1961, en una conversación con Arkady Migdal , afirmó:

Lo entendí perfectamente. Me ofreció cooperar con los nazis... [71]

En 2002, los descendientes de Bohr publicaron las cartas no enviadas de Bohr a Heisenberg, probablemente escritas en el mismo año, 1957 [72] . En el primero de ellos, Bohr escribe que recuerda perfectamente su conversación, en la que Heisenberg expresó su confianza en la victoria final de Alemania e invitó a Bohr a sumarse al desarrollo de la bomba atómica.

Para el otoño de 1943, se hizo imposible permanecer en Dinamarca, por lo que Bor, junto con su hijo Oge , fue transportado por las fuerzas de la Resistencia, primero en barco a Suecia , y de allí en un bombardero a Inglaterra , mientras casi mueren [73]. ] . La tía Bora (la hermana mayor de su madre) - la famosa profesora danesa Hannah Adler (1859-1947) - fue deportada a un campo de concentración , a pesar de sus 84 años y de la protección del gobierno [74] . En Gran Bretaña y EE . UU ., donde pronto se trasladó, el científico se involucró en la creación de la bomba atómica y participó en ella hasta junio de 1945. En los EE. UU., ella y su hijo se llamaban Nicholas y Jim Baker.

Al mismo tiempo, a partir de 1944 , Bohr fue consciente del peligro de la amenaza atómica. Una reunión con el Primer Ministro de Gran Bretaña el 16 de mayo de 1944 no dio ningún resultado. Después de eso, Niels Bohr comenzó a buscar una cita con el presidente estadounidense F. Roosevelt . En su memorándum dirigido al presidente Roosevelt (3 de julio de 1944), llamó a la prohibición total del uso de las armas nucleares , a asegurar un estricto control internacional sobre las mismas y, al mismo tiempo, a la destrucción de cualquier monopolio en el ámbito pacífico. uso de la energía atómica [73] . Posteriormente, envió dos memorandos más a los líderes estadounidenses, con fecha 24 de marzo de 1945 y 17 de mayo de 1948 [75] . Bohr trató de transmitir sus pensamientos a Churchill y Roosevelt y durante reuniones personales con ellos, pero fue en vano. Además, esta actividad, así como una invitación para venir a la Unión Soviética durante la guerra , recibida de Pyotr Kapitsa a principios de 1944, generó sospechas de espionaje a favor de la URSS [76] .

En noviembre de 1945, por instrucciones de la inteligencia soviética y por recomendación de P. Kapitsa, Bor fue visitado por el físico soviético Ya. P. Terletsky , quien le hizo una serie de preguntas sobre el proyecto atómico estadounidense (sobre reactores atómicos). Bor contó solo lo que se había publicado en fuentes abiertas en ese momento e informó sobre la visita de Terletsky a los servicios de contrainteligencia [77] .

En 1950, Bohr publicó una carta abierta a las Naciones Unidas , insistiendo en la cooperación pacífica y el libre intercambio de información entre estados como la clave para construir un "mundo abierto" [78] . En el futuro, se pronunció repetidamente sobre este tema, reforzando su autoridad con llamados a la paz y la prevención de la amenaza de guerra nuclear [79] .

Últimos años

En los últimos años, Bohr se dedicó principalmente a actividades sociales, dio conferencias en varios países y escribió artículos sobre temas filosóficos. Directamente en el campo de la física en los años 1940-1950, continuó ocupándose del problema de la interacción de las partículas elementales con el medio ambiente. El propio Bohr consideró el principio de complementariedad como su contribución más valiosa a la ciencia [80] . Trató de expandir su aplicación a otras áreas de la actividad humana: biología, psicología, cultura, pensando mucho en el papel y el significado del lenguaje en la ciencia y la vida [81] .

Niels Bohr murió el 18 de noviembre de 1962 de un infarto . Una urna que contiene sus cenizas se encuentra en la tumba familiar en el cementerio Assistens en Copenhague .

Escuela de Ciencias de Bora

Bohr creó una importante escuela internacional de físicos e hizo mucho para desarrollar la cooperación entre físicos de todo el mundo. Desde principios de la década de 1920, Copenhague se ha convertido en un "centro de atracción" para los físicos más activos: la mayoría de los creadores de la mecánica cuántica ( Heisenberg , Dirac , Schrödinger y otros) trabajaron allí en un momento u otro, sus ideas cristalizaron en largos y agotadores conversaciones con Bohr [82] . De gran importancia para la difusión de las ideas de Bohr fueron sus visitas de conferencias a varios países. Así, las siete conferencias impartidas por Bohr en junio de 1922 en la Universidad de Göttingen (el llamado "Festival de Bohr") jugaron un papel importante en la historia de la ciencia [83] . Fue entonces cuando conoció a los jóvenes físicos Wolfgang Pauli y Werner Heisenberg, estudiantes de Sommerfeld [84] . Heisenberg expresó sus impresiones de la primera conversación con Bohr durante la caminata de la siguiente manera:

Este paseo fue el que más influyó en mi posterior desarrollo científico, o quizás, mejor dicho, mi propio desarrollo científico sólo comenzó con este paseo. [85]

Posteriormente, la conexión del grupo de Bohr con el grupo de Göttingen liderado por Max Born no se interrumpió y dio muchos resultados científicos sobresalientes. Naturalmente, las conexiones de Bohr con el grupo de Cambridge dirigido por Rutherford eran muy fuertes: Charles Darwin , Paul Dirac , Ralph Fowler , Douglas Hartree , Neville Mott y otros trabajaron en Copenhague en varios momentos [84] . Bohr también recibió a científicos soviéticos en su instituto, muchos de los cuales trabajaron allí durante mucho tiempo. Llegó repetidamente a la URSS , la última vez en 1961 [86] .

La escuela de Niels Bohr incluye [87] científicos como Hendrik Kramers , Oskar Klein , Lev Landau , Viktor Weiskopf , Leon Rosenfeld , John Wheeler , Felix Bloch , Aage Bohr , Hendrik Casimir , Yoshio Nishina , Christian Möller , Abraham Pais y muchos otros . . La naturaleza de la escuela científica de Bohr y su relación con sus alumnos puede aclararse en el siguiente episodio. Cuando Landau, durante la visita de Bohr a Moscú en mayo de 1961, le preguntó a su mentor: "¿Qué secreto tenía usted que le permitió concentrar a su alrededor la juventud teórica creativa?", respondió:

No había ningún secreto especial, excepto que no teníamos miedo de parecer estúpidos frente a la juventud. [88]

Memoria

Premios

Publicaciones

Libros

Artículos

Véase también

Notas

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