Bohr, Niels (Henrik David) (07.10.1885, Copenhaga, Danemarca – 18.11.1962, Copenhaga)

Fizician danez considerat unul dintre cei mai importanţi ai sec. XX. A fost primul care a aplicat conceptul de cuantă, ce restricţionează energia unui sistem la anumite valori discrete, la problema structurii atomice şi moleculare. Pentru activitatea sa, a primit în 1922 Premiul Nobel pentru fizică. Rolul său complex în iniţierea şi dezvoltarea fizicii cuantice reprezintă cea mai mare contribuţie a sa, însă de-a lungul lungii sale cariere implicarea lui a fost mult mai extinsă, atât în lumea fizicii, cât şi în afara ei.

Tinereţea

Bohr a fost al doilea dintre cei trei copii născuţi într-o familie de burghezi înstăriţi din Copenhaga. Mama lui, Ellen (născută Adler), era fiica unui bancher evreu important. Tatăl său, Christian, a devenit profesor de fiziologie la Universitatea din Copenhaga şi a fost nominalizat de două ori pentru Premiul Nobel.

Când s-a înscris la Universitatea din Copenhaga, în 1903, Bohr ştia că va studia fizica. Cercetarea şi educaţia în acest domeniu se desfăşurau în încăperile strâmte ale Institutului Politehnic, închiriat universităţii în acel scop. Bohr şi-a obţinut doctoratul în 1911 cu o disertaţie despre teoria electronică a metalelor.

La 1 august 1912, Bohr s-a căsătorit cu Margrethe Narlund, iar căsătoria s-a dovedit una foarte fericită. De-a lungul întregii sale vieţi, Margrethe a fost consilierul său cel mai de încredere. Au avut şase fii, dintre care al patrulea, Aage N. Bohr, a fost unul dintre cei trei laureaţi ai Premiului Nobel pentru fizică din 1975, acordat pentru modelul colectiv al nucleului atomic propus la începutul anilor 1950.

Prima contribuţie a lui Bohr Ia noua idee a fizicii cuantice s-a concretizat în 1912 în timpul a ceea ce astăzi s-ar numi cercetare postdoctorală, în Anglia, alături de Ernest Rutherford de la Universitatea din Manchester. Cu doar un an înainte, Rutherford şi colaboratorii săi descoperiseră pe cale experimentală că atomul era alcătuit dintr-un nucleu greu cu o încărcătură pozitivă, în jurul căruia, la o distanţă considerabilă, gravitau electroni încărcaţi negativ şi cu o greutate mult mai mică. Conform fizicii clasice, un astfel de sistem ar fi fost instabil, iar Bohr s-a simţit obligat să arate, într-o fundamentală trilogie de articole publicate în The Philosophical Magazine în 1913, că electronii pot ocupa doar orbite arbitrare, determinate de cuantumul acţiunii, şi că radiaţiile electromagnetice dintr-un atom apăreau doar atunci când un electron sărea pe o orbită cu energie mai joasă. Deşi era radical şi inacceptabil pentru cei mai mulţi fizicieni ai vremii, modelul atomic Bohr a contribuit la aflarea pe cale experimentală a multor date, începând cu seria de linii spectrale emise de hidrogen.

În primăvara lui 1916, lui Bohr i s-a oferit un nou post de profesor la Universitatea din Copenhaga, dedicată fizicii teoretice; aceasta era a doua catedră de fizică de acolo. Pentru că fizica încă era studiată în încăperile strâmte ale Institutului Politehnic, nu este surprinzător că în primăvara lui 1917 Bohr a redactat o scrisoare lungă adresată facultăţii, în care cerea înfiinţarea unui Institut de Fizică Teoretică. În discursul inaugural pentru noul institut, la 3 martie 1921, a pus accentul întâi pe faptul că experimentele şi cei care le derulează sunt indispensabili pentru un institut de fizică teoretică, pentru că ei testează afirmaţiile teoreticienilor. Apoi şi-a arătat ambiţia de a transforma noul institut într-un loc în care generaţiile tinere de fizicieni să propună idei proaspete. Deşi a început cu un personal redus, institutul Iui Bohr a îndeplinit aceste obiective la superlativ.

Premiul Nobel

Încă din cele trei studii publicate în 1913, Bohr urmărea să-şi aplice teoria pentru a înţelege tabelul periodic al elementelor. A îmbunătăţit acest aspect al cercetărilor sale Ia începutul anilor 1920. La acea vreme dezvoltase deja o schemă elaborată prin care construia tabelul periodic adăugând electronii unul după altul la atom, urmărind modelul său atomic. În 1922, când Bohr a primit Premiul Nobel pentru activitatea sa, fizicianul şi chimistul maghiar Georg Hevesy, alături de fizicianul Dirk Coster din Olanda, lucrau la institutul lui Bohr pentru a dovedi prin experiment că elementul atomic 72 încă nedescoperit se comportă aşa cum prezicea teoria lui Bohr. Au reuşit în 1923, dovedind astfel puterea teoriei lui Bohr şi adevărul practic al vorbelor pe care le rostise la inaugurarea institutului despre rolul important al experimentului. Elementul a fost denumit hafniu (termenul latin pentru Copenhaga).

Printre fizicienii care lucrau la institutul lui Bohr în perioada interbelică, „spiritul Copenhaga” reprezenta mediul social special de acolo, care însemna o atmosferă foarte degajată, ocazia de a vorbi despre fizică fără a fi preocupat de alte lucruri şi, pentru cei care aveau acest privilegiu, oportunitatea unică de a lucra cu Bohr.

În ciuda activităţii experimentale importante efectuate de Hevesy, Coster şi de alţii, teoreticienii erau cei care deschideau drumul. În 1925, Werner Heisenberg din Germania a dezvoltat revoluţionara mecanică cuantică; aceasta spre deosebire de predecesoarea sa, aşa-numita „veche teorie a cuantumului” care se baza pe fizica clasică, a reprezentat o teorie complet independentă. În timpul anului academic 1926-1927, Heisenberg a fost asistentul lui Bohr la Copenhaga, unde a formulat principiul fundamental al incertitudinii ca postulat al mecanicii cuantice. Bohr, Heisenberg şi alţi câţiva au început să dezvolte ceea ce a devenit cunoscut drept interpretarea Copenhaga a mecanicii cuantice, care încă reprezintă baza conceptuală a teoriei.

Un element central al interpretării Copenhaga este principiul complementarităţii al lui Bohr, prezentat pentru prima dată în 1927 la o conferinţă din Como, Italia. Conform acestui principiu, la nivel atomic, un fenomen fizic este exprimat diferit, în funcţie de cadrul experimental folosit pentru a-l analiza. Astfel, lumina apare uneori sub formă de valuri şi alteori sub formă de particule. Pentru o explicaţie completă trebuie să fie luate în considerare ambele aspecte, care, conform fizicii clasice, sunt contradictorii.

Celălalt personaj marcant al fizicii din sec. XX, Albert Einstein, nu a acceptat niciodată interpretarea Copenhaga, făcând faimoasa declaraţie împotriva implicaţiilor probabilistice ale acesteia: „Dumnezeu nu joacă zaruri”. Discuţiile dintre Bohr şi Einstein, mai ales două dintre renumitele serii de Conferinţe Solvay despre fizică, din 1927 şi 1930, fac parte dintre cele mai importante şi mai inspiratoare polemici între fizicieni din sec. XX. Pentru tot restul vieţii lui, Bohr a lucrat pentru a generaliza complementaritatea ca idee aplicabilă şi în multe alte domenii în afară de fizică.

Fizica nucleară

La începutul anilor 1930, Bohr şi-a folosit încă o dată priceperea de a strânge fonduri şi viziunea unei combinaţii productive între teorie şi experiment. Şi-a dat repede seama că frontul de cercetare în fizica teoretică se îndrepta de la studiul atomului ca întreg la studiul nucleului său. Bohr a apelat la Fundaţia Rockefeller, al cărei program de „biologie experimentală” era conceput pentru a îmbunătăţi condiţiile de cercetare a ştiinţelor vieţii. Alături de Hevesy şi de fiziologul danez August Krogh, Bohr a cerut sprijin financiar cu scopul de a construi un ciclotron – un fel de accelerator de particule inventat recent de Enest O. Lawrence în Statele Unite – ca instrument de a derula studii în domeniul biologiei. Cu toate că Bohr intenţiona să utilizeze ciclotronul în primul rând pentru cercetare în fizica nucleară, acesta putea produce şi izotopi ai elementelor implicate în procese organice, făcând posibilă mai ales extinderea metodei cu indicatori radioactivi,
inventată şi promovată de Hevesy, şi în domeniul biologiei. În afară de sprijinul primit de la Fundaţia Rockefeller, Bohr a mai primit fonduri şi din alte surse daneze pentru ciclotron şi alte echipamente pentru studiul atomului.

Aşa cum legătura strânsă dintre teorie şi experiment se dovedise productivă pentru fizica atomică, aceeaşi legătură avea să îşi dovedească încă o dată eficienţa în domeniul fizicii nucleare. Astfel, la sfârşitul anului 1938, după ce fizicienii germani Otto Hahn şi Fritz Strassmann făcuseră descoperirea experimentală neaşteptată şi neexplicată că atomul de uraniu se poate scinda în două jumătăţi aproximativ egale când este bombardat cu neutroni, doi fizicieni austrieci apropiaţi ai lui Bohr – Lise Meitner şi nepotul ei Otto Robert Frisch – au sugerat explicaţia teoretică, bazată pe teoria recentă a lui Bohr privind nucleul compus. Explicaţia avea să fie confirmată curând prin experimente de către Meitner şi Frisch la institut.

La începutul lui 1939, Bohr se afla în Statele Unite, unde demarase o cursă strânsă pentru a dovedi experimental aşa-numita fisiune nucleară, după ce se aflase vestea experimentelor germane şi a explicaţiei lor. În Statele Unite, Bohr a avut o activitate de pionierat în explicarea teoretică a fisiunii, alături de tânărul său coleg american, John Archibald Wheeler, la Universitatea Princeton. Bohr a simţit consecinţele regimului nazist aproape imediat după ce Adolf Hitler a venit la putere în Germania în 1933; mai mulţi dintre colegii săi, evrei la origine, şi-au pierdut slujba şi orice speranţă în ţara lor natală. Bohr şi-a folosit legăturile pe care le avea cu fundaţii renumite – şi cu nou-înfiinţatul Comitet Danez pentru Sprijinul Intelectualilor Refugiaţi, din al cărui comitet executiv făcea parte încă de la crearea acestuia, în 1933 – pentru a-i scoate pe fizicieni din Germania şi a-i aduce temporar la institut, până la obţinerea unei slujbe permanente în altă parte, de cele mai multe ori în Statele Unite.

Bomba atomică

După descoperirea fisiunii, Bohr era foarte conştient de posibilitatea teoretică de a crea bomba atomică. Însă, după cum a anunţat în prelegerile ţinute în Danemarca şi Norvegia chiar înainte de ocuparea ambelor ţări de către germani, în aprilie 1940, considera că dificultăţile de ordin practic impun interzicerea realizării unei bombe atomice până după terminarea războiului. Nici măcar când Heisenberg, în timpul vizitei sale în Copenhaga în 1941, i-a povestit despre rolul său într-un proiect german pentru o bombă atomică, Bohr nu a renunţat la convingerea sa.

La începutul lui 1943, Bohr a primit un mesaj secret de la colegul său britanic James Chadwick, în care îl invita în Anglia pentru a se alătura unei activităţi ştiinţifice importante. Cu toate că scrisoarea lui Chadwick era formulată foarte vag, Bohr a înţeles imediat că acea activitate implica dezvoltarea unei bombe atomice. Convins încă de lipsa de fezabilitate a unui astfel de proiect, Bohr a răspuns că era mai mare nevoie de el în Danemarca ocupată.

În toamna Iui 1943, situaţia politică din Danemarca s-a schimbat dramatic după ce guvernul danez a încetat să mai colaboreze cu forţele de ocupaţie germane. După ce a fost avertizat în privinţa arestării iminente, Bohr a fugit împreună cu familia sa în Suedia cu o ambarcaţiune. În timp ce se afla la Stockholm a primit din nou invitaţia în Anglia, iar Bohr a fost adus cu un avion militar în Scoţia, apoi la Londra. După doar câteva zile i s-a alăturat fiul său Aage, fizician în vârstă de 21 de ani, care avea să fie asistentul indispensabil al tatălui său pe timpul absenţei din Danemarca.

La sosirea în Londra, după ce i s-a explicat stadiul în care se afla proiectul bombei atomice a Aliaţilor, Bohr s-a răzgândit imediat în privinţa fezabilităţii acesteia. Îngrijorat de faptul că Germania derula un proiect asemănător, Bohr s-a alăturat proiectului Aliaţilor. După ce a luat parte timp de mai multe săptămâni la activităţile din Los Alamos, New Mexico, SUA, pentru dezvoltarea bombei atomice, a adus contribuţii tehnice semnificative, mai ales la proiectarea aşa-zisului lansator de bombe cu plutoniu. Însă rolul său cel mai important, după cum spunea J. Robert Oppenheimer, a acela de „duhovnic al ştiinţei pentru cei mai tineri”.

La începutul exilului său, Bohr s-a convins că existenţa acelei bombe este „nu doar necesară, ci, din cauza nevoii de încredere reciprocă, reprezintă un element care ar facilita o nouă abordare faţă de problemele relaţiilor internaţionale”. Primul pas către evitarea unei curse a înarmării nucleare postbelice ar fi să-i informeze pe aliaţii din război, Uniunea Sovietică, despre acest proiect. Bohr a început o campanie solitară, în care a reuşit să obţină chiar întrevederi personale cu prim-ministrul britanic Winston Churchill şi cu preşedintele SUA Franklin D. Roosevelt. Însă nu a reuşit să-i convingă pe nici unul dintre ei; mai mult, a fost bănuit de Churchill că este spion al ruşilor. După război, Bohr a insistat în misiunea lui de a realiza ceea ce el numea o „lume deschisă” între naţiuni, continuându-şi contactele confidenţiale cu oameni de stat şi scriind o scrisoare deschisă către ONU în 1950.

Lui Bohr i s-a permis să se întoarcă acasă abia după lansarea bombei atomice asupra Japoniei în august 1945. În Danemarca a fost întâmpinat ca un erou, unele ziare lăudându-l şi numindu-l cu mândrie danezul care a inventat bomba atomică. A continuat să conducă şi să extindă institutul şi a ocupat un rol central în dezvoltarea postbelică a fizicii. La nivel naţional, a contribuit la înfiinţarea centrului de cercetare de la Risa, lângă Roskilde, la doar câţiva kilometri de Copenhaga, creat pentru a pregăti introducerea puterii nucleare în Danemarca, fapt care, însă, nu s-a întâmplat niciodată. La nivel internaţional, a contribuit la înfiinţarea CERN, Centrul European pentru Fizica Experimentală cu Particule de lângă Geneva, Elveţia, şi a Institutului Nordic de Fizică Atomică (Nordita), lângă institutul său. Bohr a lăsat o moştenire ştiinţifică neegalată şi un institut care este şi astăzi unul dintre cele mai mari centre de fizică teoretică din lume.