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Biografia

Il padre di Niels Bohr era Christian Bohr e sua madre era Ellen Adler. Christian Bohr ottenne il dottorato in fisiologia all’Università di Copenhagen nel 1880 e nel 1881 divenne Privatdozent all’università. Alla fine dello stesso anno sposò Ellen, che era la figlia di David Adler, un politico ebreo di alto livello nella vita politica e commerciale danese. Christian ed Ellen ebbero tre figli. La più grande fu Jenny, nata nel 1883 nella villa che David Adler aveva posseduto di fronte al castello di Christiansborg, dove sedeva il Parlamento danese. La madre di Ellen aveva continuato a vivere in questa casa dopo che suo marito David Adler era morto nel 1878 ed Ellen era tornata a casa di sua madre per avere il suo bambino. Due anni dopo Niels nacque il giorno del 25° compleanno di sua madre nella stessa casa signorile, Ellen tornò di nuovo a casa di sua madre per la nascita di suo figlio. Il terzo figlio della famiglia, che divenne un famoso matematico, fu Harald Bohr che aveva due anni in meno di Niels.
Quando Niels aveva solo pochi mesi, suo padre Christian era stato nominato docente per occupare un posto lasciato vacante dalla morte di Peter Panum, il professore di fisiologia all’Università di Copenaghen, e poco tempo dopo la famiglia si trasferì nella casa dei Panum a Copenaghen.
Kennedy scrive in :-

Niels, Harald, e la loro sorella maggiore, Jenny, crebbero in una casa colta e stimolante. Fin dai primi giorni sono stati esposti a un mondo di idee e di discussioni, di opinioni contrastanti esaminate razionalmente e con buon umore, e hanno sviluppato un rispetto per tutti coloro che cercano una conoscenza e una comprensione più profonda.

Nell’ottobre 1891 Niels entra nella scuola di Grammelholms. Ha frequentato questa scuola, come suo fratello Harald, per tutta la sua istruzione secondaria, prendendo il suo Studenterexamen nel 1903. Andava bene a scuola senza mai essere brillante, di solito arrivava terzo o quarto in una classe di circa 20 studenti. Se davvero eccelleva in una materia era, forse sorprendentemente, l’educazione fisica. Era un eccellente giocatore di calcio, ma non bravo come suo fratello Harald che vinse una medaglia d’argento giocando a calcio per la Danimarca. Niels si fece alcuni buoni amici a scuola, ma il suo migliore amico per tutta la vita fu suo fratello Harald.
Durante gli ultimi due anni di scuola Niels si specializzò in matematica e fisica. C’è sicuramente qualche prova che si rese presto conto che l’insegnante di matematica non aveva una buona padronanza dell’argomento come avrebbe dovuto avere, e che divenne in qualche modo spaventato dal suo eccezionale allievo Bohr. Anche in fisica Bohr studiava i testi prima della classe trovandovi degli errori. Fu suo padre, più che i suoi insegnanti di scuola, ad ispirarlo nei suoi studi di matematica e fisica. Scrisse nel 1922:-

Il mio interesse per lo studio della fisica fu risvegliato quando ero ancora a scuola, in gran parte grazie all’influenza di mio padre.

Bohr studiò all’Università di Copenhagen, dove entrò nel 1903. Studiò fisica come materia principale, ma prese matematica, astronomia e chimica come materie minori. La fisica gli fu insegnata da Christian Christiansen e la filosofia da Harald Hoffding. Conosceva entrambi da molti anni perché erano amici intimi di suo padre e si erano incontrati come parte di un regolare gruppo di discussione, con entrambi i fratelli Niels e Harald Bohr che partecipavano non appena erano abbastanza grandi per contribuire. Bohr fu istruito in matematica all’università da Thorvald Thiele.
All’università Bohr non poteva fare esperimenti di fisica perché non c’era un laboratorio di fisica. Tuttavia suo padre aveva un laboratorio di fisiologia e il suo primo articolo descrive il lavoro sperimentale in fisica che ha svolto in quel laboratorio. Dettò il documento a suo fratello Harald. Un compagno di studi scrisse di Niels e Harald:-

I due sono inseparabili. Non ho mai conosciuto persone così vicine come loro.

Questo documento è l’unico che Bohr scrisse descrivendo esperimenti che aveva condotto. Con esso vinse la medaglia d’oro per il 1906 dall’Accademia Reale Danese delle Scienze per la sua analisi delle vibrazioni dei getti d’acqua come mezzo per determinare la tensione superficiale. Ricevette il suo Master all’Università di Copenhagen nel 1909 e il suo dottorato nel maggio 1911 per una tesi intitolata Studi sulla teoria degli elettroni dei metalli. Era una tesi basata sulla fisica classica e come tale non riusciva necessariamente a spiegare certi effetti. Bohr scrisse in questo lavoro:-

Non sembra possibile, allo stadio attuale dello sviluppo della teoria degli elettroni, spiegare le proprietà magnetiche dei corpi a partire da questa teoria.

Bohr dedicò la sua tesi alla memoria di suo padre che era morto per un infarto pochi mesi prima, nel febbraio 1911. A questo punto Bohr era fidanzato con Margrethe Norlund. La coppia si sposò il 1 ° agosto 1912 e Richard Courant, parlando dopo la morte di Bohr, ha avuto questo da dire del loro matrimonio:-

Alcuni hanno speculato sulle circostanze fortunate che hanno combinato per rendere Niels così successo. Io penso che gli ingredienti della sua vita non erano affatto questioni di caso, ma profondamente radicati nella struttura della sua personalità … Non fu la fortuna, piuttosto una profonda intuizione, che lo portò a trovare in giovane età sua moglie, che, come tutti sappiamo, ebbe un ruolo così decisivo nel rendere possibile e armoniosa tutta la sua attività scientifica e personale.

Bohr fece domanda alla Fondazione Carlsberg per una borsa di viaggio nel maggio 1911 e, dopo l’assegnazione, andò in Inghilterra nel settembre 1911 per studiare con Sir J J Thomson a Cambridge. Aveva intenzione di trascorrere l’intero periodo di studio a Cambridge, ma non andò d’accordo con Thomson così, dopo un incontro con Ernest Rutherford a Cambridge nel dicembre 1911, Bohr si trasferì alla Victoria University, Manchester (ora Università di Manchester) nel marzo 1912. Il tempismo fu molto fortuito, poiché poco prima che Bohr e Rutherford si incontrassero, Rutherford aveva pubblicato un importante lavoro che dimostrava che la maggior parte della massa di un atomo risiedeva nel nucleo.
A Manchester Bohr lavorò con il gruppo di Rutherford sulla struttura dell’atomo. Rutherford divenne il modello di Bohr sia per le sue qualità personali che scientifiche. Usando le idee quantistiche dovute a Planck e Einstein, Bohr congetturò che un atomo potesse esistere solo in un insieme discreto di stati energetici stabili. Oggi esistono prove notevoli del progresso scientifico di Bohr, dato che corrispondeva spesso con suo fratello Harald. Ha scritto a Harald il 12 giugno 1912:-

Puoi immaginare che è bello essere qui, dove ci sono così tante persone con cui parlare … e questo con coloro che sanno di più su queste cose; e il professor Rutherford prende un interesse così vivo in tutto ciò che crede ci sia qualcosa. Negli ultimi anni ha elaborato una teoria sulla struttura degli atomi, che sembra essere abbastanza più solidamente fondata di qualsiasi cosa sia esistita fino ad ora.

Una settimana dopo aver scritto questa lettera, il 19 giugno, Bohr stava riferendo i progressi ad Harald:-

Forse ho scoperto qualcosa sulla struttura degli atomi. Non parlarne con nessuno, perché altrimenti non potrei scriverti così presto. … Capisci che potrei ancora sbagliarmi; perché non è stato ancora elaborato completamente (ma non credo che sia sbagliato). … Credimi, sono ansioso di finirlo in fretta, e per farlo ho preso un paio di giorni di riposo dal laboratorio (anche questo è un segreto).

Il 13 luglio scriveva:-

Le cose stanno andando piuttosto bene, perché credo di aver scoperto alcune cose; ma, per essere sicuro, non sono stato così veloce ad elaborarle come ero stupido a pensare. Spero di avere un piccolo documento pronto e di mostrarlo a Rutherford prima di partire, e quindi sono così occupato, così occupato.

Anche se Rutherford e Bohr avevano personalità completamente diverse, condividevano un enorme entusiasmo per la fisica e si piacevano anche personalmente. Tuttavia la relazione non fu mai quella di amici intimi, poiché Bohr vide sempre Rutherford come il suo insegnante. Sono stati in corrispondenza da quando si sono incontrati nel 1911 fino al 1937, anno della morte di Rutherford.

Il 24 luglio 1912, con il suo articolo ancora incompiuto, Bohr lasciò il gruppo di Rutherford a Manchester e tornò a Copenhagen per continuare a sviluppare la sua nuova teoria dell’atomo, completando il lavoro nel 1913. Lo stesso anno pubblicò tre articoli di fondamentale importanza sulla teoria della struttura atomica. Il primo articolo era sull’atomo di idrogeno, i due successivi sulla struttura degli atomi più pesanti dell’idrogeno. In questi articoli Bohr :-

… ha esposto il suo sorprendente tentativo di combinare aspetti della fisica classica con il concetto di quantum di azione di Planck. … I tre famosi articoli … formarono la base della prima reputazione di Bohr. Il suo lavoro, anche se non immediatamente accettato da tutti, incuriosì i suoi contemporanei e li rese consapevoli della necessità di un nuovo modo di descrivere gli eventi a livello atomico. L’atomo di Bohr, sebbene sia stato superato scientificamente, persiste ancora oggi nella mente di molte persone come una vivida immagine dell’aspetto degli atomi e un simbolo della fisica.

Nel luglio 1913 Bohr fu nominato docente a Copenhagen. Tuttavia non era una situazione che lo soddisfaceva poiché non poteva portare avanti lo stile di fisica matematica che stava sviluppando. Il 10 marzo 1914 scrisse al Dipartimento degli Affari Educativi:-

Il sottoscritto si prende la libertà di presentare una petizione al dipartimento per la fondazione di una cattedra di fisica teorica all’università e per affidarmi eventualmente tale posizione.

Era una mossa audace ma la già alta reputazione di Bohr significava che sarebbe stato preso sul serio. La Facoltà dell’Università lo raccomandò per una cattedra di fisica teorica ma il Dipartimento degli Affari Educativi decise di ritardare la conferma del posto. Naturalmente nel 1914 i tempi erano incerti e Bohr si rese conto che nessuna decisione rapida era probabile. Fu quindi felice di accettare l’offerta di Rutherford di unirsi al suo gruppo di Manchester come lettore Schuster. Si aspettava di rimanere a Manchester per un anno, anticipando che la sua cattedra di fisica teorica a Copenhagen sarebbe stata confermata per allora. Lo scoppio della prima guerra mondiale mentre era in vacanza in Tirolo prima di recarsi a Manchester rese il suo viaggio estremamente difficile, ma lui e sua moglie arrivarono a Manchester nell’ottobre 1914 dopo aver navigato intorno al nord della Scozia attraverso forti tempeste sulla loro strada.
Bohr rimase a Manchester più a lungo di quanto si aspettasse poiché la sua cattedra non fu confermata fino all’aprile 1916. Tuttavia, fu un periodo molto produttivo e felice. Pais scrive in :-

All’inizio dell’estate del 1916 i Bohr tornarono in Danimarca. Quattro anni prima Bohr aveva lasciato Manchester pieno di idee eccitanti ma non digerite sull’atomo. Ora partiva come maestro di quel campo, come professore a Copenaghen, con la moglie che aspettava il loro primo figlio al suo fianco.

Nel 1917 Bohr fu eletto all’Accademia Reale Danese delle Scienze e cominciò a progettare un Istituto di Fisica Teorica a Copenaghen. Questo fu creato per lui e, dalla sua apertura nel 1921, ne divenne il direttore, una posizione che mantenne per il resto della sua vita :-

Quell’Istituto divenne presto una Mecca per i fisici teorici di tutto il mondo, e dopo il 1933 un rifugio per un buon numero di scienziati che erano fuggiti dalla Germania di Hitler. Il loro centro sociale era la villa “Gamle Carlsberg”, donata alla nazione dal fondatore della nota fabbrica di birra e messa a disposizione di Niels Bohr nel 1932. Qui, sotto le cure materne della bella moglie di Bohr, Margrethe … studenti e studiosi di tutte le nazioni si riunivano per mangiare, parlare e ascoltare musica, e spesso per sedersi letteralmente ai piedi di Bohr, cercando di cogliere le sue osservazioni impegnative, i suoi commenti sottili e le sue battute gentili, dette con la sua morbida voce danese.

Bohr è meglio conosciuto per le indagini sulla struttura atomica di cui sopra e anche per il lavoro sulla radiazione, che gli valse il Premio Nobel per la fisica nel 1922. Ha tenuto una conferenza sul lavoro per il quale ha ricevuto il premio l’11 dicembre 1922 a Stoccolma. Parlò della stabilità atomica e della teoria elettrodinamica dando un resoconto delle origini della teoria dei quanti, lo spettro dell’idrogeno, spiegando le relazioni tra gli elementi. La sua spiegazione riguardava l’assorbimento e l’eccitazione delle linee spettrali e il principio di corrispondenza che aveva esposto in tre articoli sulla teoria quantistica degli spettri tra il 1918 e il 1922.
Nel 1923 Bohr riassunse le idee:-

Nonostante l’allontanamento fondamentale dalle idee delle teorie classiche della meccanica e dell’elettrodinamica coinvolte in questi postulati, è stato possibile tracciare una connessione tra la radiazione emessa dall’atomo e il movimento delle particelle che mostra una profonda analogia con quella rivendicata dalle idee classiche dell’origine della radiazione.

Si può dire che la meccanica quantistica sia arrivata nel 1925 e che due anni dopo Heisenberg abbia enunciato il suo principio di indeterminazione. In una riunione a Como, nel settembre 1927, Bohr propose il suo principio di complementarità che dava un’interpretazione fisica delle relazioni di incertezza di Heisenberg. Propose la complementarità di percezioni e immagini, particelle-onde, variabili coniugate, evoluzione quantistica – misure classiche ecc. come un’interpretazione fondamentalmente nuova dei fondamenti della teoria quantistica. Le idee di Bohr sulla complementarità sono completamente esplorate in .

Bohr pensava che la sua idea di complementarità potesse giocare un ruolo importante in campi diversi dalla fisica quantistica e lavorò su queste idee per il resto della sua vita. Considerò applicazioni alla biologia, alla psicologia e all’epistemologia. È stato suggerito che l’idea della complementarità provenisse dall’esterno della fisica, alcuni sostengono che le radici dell’idea provenissero dalle discussioni con suo padre, Christiansen e il filosofo Hoffding quando era ancora a scuola. Altri, come Pais in , forniscono argomenti convincenti per dimostrare che Bohr non fu consapevolmente influenzato dalla filosofia di Hoffding. Einstein espresse seri dubbi sull’interpretazione di Bohr e Bohr, Einstein e Ehrenfest trascorsero molte ore in una profonda discussione, ma la visione di Bohr prevalse. Bohr espresse questo punto di vista dicendo:-

Le prove ottenute in diverse condizioni sperimentali non possono essere comprese in un unico quadro, ma devono essere considerate complementari nel senso che solo la totalità dei fenomeni esaurisce le possibili informazioni sugli oggetti.

H B G Casimir scrisse descrivendo com’era lavorare con Bohr nel suo Istituto:-

Anche Bohr, che si concentrava più intensamente e aveva più resistenza di tutti noi, cercava il relax nelle parole crociate, nello sport e nelle discussioni spiritose.

Gli altri grandi contributi di Bohr, oltre alla teoria dei quanti, includono la sua descrizione teorica della tavola periodica degli elementi intorno al 1920, la sua teoria del nucleo atomico come struttura composta nel 1936, e la sua comprensione della fissione dell’uranio in termini dell’isotopo 235 nel 1939.
Nel 1937 Bohr, sua moglie e il loro figlio Hans, fecero un tour mondiale. Viaggiarono negli Stati Uniti, in Giappone, in Cina e nell’URSS. Nello stesso anno partecipò al funerale di Rutherford nell’abbazia di Westminster a Londra, pronunciando un discorso commovente:-

Quando ebbi il privilegio di lavorare sotto la sua personale ispirazione era già un fisico di grande fama, ma tuttavia era allora, e rimase sempre, aperto ad ascoltare ciò che un giovane aveva in mente. … Il pensiero di lui sarà sempre per noi una fonte inestimabile di incoraggiamento e di forza d’animo.

Bohr, sebbene fosse stato battezzato nella Chiesa cristiana, aveva origini ebraiche da parte di sua madre e così, quando i nazisti occuparono la Danimarca nel 1940, la sua vita divenne estremamente difficile. Dovette fuggire nel 1943 facendosi portare in Svezia da un peschereccio. Da lì fu trasportato in aereo in Inghilterra, dove iniziò a lavorare al progetto di costruzione di una bomba a fissione nucleare. Dopo alcuni mesi andò con il team di ricerca britannico a Los Alamos negli Stati Uniti dove continuarono a lavorare sul progetto.
Tuttavia Bohr era profondamente preoccupato per il controllo delle armi nucleari e dal 1944 cercò di convincere Churchill e Roosevelt della necessità di una cooperazione internazionale. Scrisse una lettera pubblica alle Nazioni Unite nel 1950 sostenendo una politica atomica razionale e pacifica:-

L’umanità si troverà di fronte a pericoli di carattere senza precedenti a meno che, a tempo debito, si possano prendere misure per prevenire una disastrosa competizione in tali formidabili armamenti e per stabilire un controllo internazionale della produzione e dell’uso di materiali potenti.

Anche il figlio di Bohr, Aage, divenne un fisico e condivise il premio Nobel per la fisica nel 1975. (Questo è solo un caso di scienziati famosi nella stessa famiglia. Altri sono i Van Vlecks così come i Braggs e Madame Curie e sua figlia Irene Joliot.)
Bohr ha ricevuto il primo premio statunitense Atomi per la pace nel 1957. Morì per un attacco di cuore nella sua casa nel 1962 e in seguito a ciò scienziati e personalità di spicco di tutto il mondo si unirono nel rendergli omaggio. Il presidente Kennedy scrisse (vedi per esempio):-

Gli scienziati americani, anzi tutti i cittadini americani che conoscevano il nome del dottor Bohr e i suoi grandi contributi, lo hanno rispettato e venerato per più di due generazioni…