MacTutor
Biografia
Ojcem Nielsa Bohra był Christian Bohr, a jego matką Ellen Adler. Christian Bohr otrzymał tytuł doktora fizjologii na Uniwersytecie Kopenhaskim w 1880 roku, a w 1881 roku został Privatdozentem na tej uczelni. Pod koniec tego samego roku ożenił się z Ellen, córką Davida Adlera, żydowskiego polityka o wysokiej pozycji w duńskim życiu politycznym i handlowym. Christian i Ellen mieli troje dzieci. Najstarszą z nich była Jenny urodzona w 1883 roku w posiadłości Davida Adlera naprzeciwko zamku Christiansborg, w którym obradował duński parlament. Matka Ellen nadal mieszkała w tym domu po śmierci swojego męża Davida Adlera w 1878 roku, a Ellen wróciła do domu matki, aby urodzić swoje dziecko. Dwa lata później Niels urodził się w 25 urodziny matki w tym samym domu, a Ellen ponownie wróciła do domu matki, aby urodzić swoje dziecko. Trzecim dzieckiem rodziny, które zostało słynnym matematykiem, był Harald Bohr, młodszy od Nielsa o dwa lata.
Kiedy Niels miał zaledwie kilka miesięcy, jego ojciec Christian został mianowany wykładowcą na stanowisko zwolnione po śmierci Petera Panuma, profesora fizjologii na Uniwersytecie Kopenhaskim, a wkrótce potem rodzina przeniosła się do domu profesorskiego Panumów w Kopenhadze.
Kennedy pisze :-
Niels, Harald i ich starsza siostra, Jenny, dorastali w kulturalnym i stymulującym domu. Od najmłodszych lat mieli kontakt ze światem idei i dyskusji, z racjonalnie i z dobrym temperamentem analizowanymi sprzecznymi poglądami, i rozwijali szacunek dla wszystkich, którzy poszukują głębszej wiedzy i zrozumienia.
W październiku 1891 roku Niels rozpoczął naukę w szkole Grammelholms. Uczęszczał do tej szkoły, podobnie jak jego brat Harald, aby zdobyć pełne wykształcenie średnie, uzyskując w 1903 r. tytuł Studenterexamen. W szkole radził sobie dobrze, ale nigdy nie był wybitny, zazwyczaj zajmował trzecie lub czwarte miejsce w klasie liczącej około 20 uczniów. Jeśli był naprawdę wybitny w jakimś przedmiocie, to było to, co może dziwić, wychowanie fizyczne. Był świetnym piłkarzem, ale nie tak dobrym jak jego brat Harald, który zdobył srebrny medal w piłce nożnej dla Danii. Niels poznał kilku dobrych przyjaciół w szkole, ale jego najlepszym przyjacielem przez całe życie był jego brat Harald.
Podczas ostatnich dwóch lat w szkole Niels specjalizował się w matematyce i fizyce. Z pewnością istnieją dowody na to, że wkrótce zdał sobie sprawę, że nauczyciel matematyki nie miał tak dobrej znajomości tematu, jaką powinien mieć, i że nieco przestraszył się swojego wyjątkowego ucznia Bohra. Również w fizyce Bohr studiował teksty przed klasą, znajdując w nich błędy. To jego ojciec, bardziej niż nauczyciele szkolni, inspirował go w studiach matematycznych i fizycznych. W 1922 r. napisał:
Moje zainteresowanie nauką fizyki obudziło się jeszcze w szkole, w dużej mierze dzięki wpływowi mojego ojca.
Bohr studiował na Uniwersytecie Kopenhaskim, na który wstąpił w 1903 r. Studiował fizykę jako główny przedmiot, ale brał matematykę, astronomię i chemię jako przedmioty podrzędne. Fizyki uczył go Christian Christiansen, a filozofii Harald Hoffding. Znał ich od wielu lat, ponieważ byli bliskimi przyjaciółmi jego ojca i spotykali się w ramach regularnej grupy dyskusyjnej, w której uczestniczyli obaj bracia Niels i Harald Bohr, gdy tylko osiągnęli wiek pozwalający im na udział w dyskusji. Na uniwersytecie matematyki uczył go Thorvald Thiele.
Na uniwersytecie Bohr nie mógł przeprowadzać eksperymentów z fizyki, ponieważ nie było tam laboratorium fizycznego. Jednak jego ojciec miał laboratorium fizjologiczne i jego pierwsza praca opisuje eksperymentalne prace z fizyki, które przeprowadził w tym laboratorium. Podyktował ją swojemu bratu Haraldowi. Jeden z kolegów studentów napisał o Nielsie i Haraldzie:-
Ci dwaj są nierozłączni. Nigdy nie znałem ludzi, którzy byliby tak blisko siebie jak oni.
Ta praca jest jedyną, którą Bohr napisał opisując eksperymenty, które przeprowadził. Dzięki niej zdobył Złoty Medal za rok 1906 od Duńskiej Królewskiej Akademii Nauk za analizę drgań strumienia wody jako sposobu na określenie napięcia powierzchniowego. W 1909 r. otrzymał tytuł magistra na Uniwersytecie w Kopenhadze, a w maju 1911 r. tytuł doktora za pracę zatytułowaną Studia nad elektronową teorią metali. Była to rozprawa oparta na fizyce klasycznej i jako taka z konieczności nie wyjaśniała pewnych efektów. Bohr napisał w tej pracy:-
Na obecnym etapie rozwoju teorii elektronowej nie wydaje się możliwe wyjaśnienie właściwości magnetycznych ciał na podstawie tej teorii.
Bohr zadedykował swoją pracę pamięci ojca, który zmarł na atak serca kilka miesięcy wcześniej w lutym 1911 r. W tym czasie Bohr był już zaręczony z Margrethe Norlund. Para pobrała się 1 sierpnia 1912 roku, a Richard Courant, przemawiając po śmierci Bohra, miał to do powiedzenia o ich małżeństwie:-
Niektórzy spekulowali na temat szczęśliwych okoliczności, które złożyły się na sukces Nielsa. Myślę, że składniki jego życia nie były przypadkowe, ale głęboko zakorzenione w strukturze jego osobowości… To nie szczęście, raczej głęboka wnikliwość, która doprowadziła go do znalezienia w młodych latach żony, która, jak wszyscy wiemy, miała tak decydującą rolę w uczynieniu całej jego działalności naukowej i osobistej możliwej i harmonijnej.
Bohr złożył wniosek do Fundacji Carlsberga o stypendium na podróż w maju 1911 roku i po przyznaniu nagrody udał się do Anglii we wrześniu 1911 roku, aby studiować z Sir J J Thomsonem w Cambridge. Zamierzał spędzić cały okres studiów w Cambridge, ale nie dogadywał się dobrze z Thomsonem, więc po spotkaniu z Ernestem Rutherfordem w Cambridge w grudniu 1911 r. Bohr przeniósł się w marcu 1912 r. na Uniwersytet Wiktorii w Manchesterze (obecnie Uniwersytet w Manchesterze). W Manchesterze Bohr pracował z grupą Rutherforda nad strukturą atomu. Rutherford stał się dla Bohra wzorem do naśladowania zarówno ze względu na jego cechy osobiste, jak i naukowe. Wykorzystując kwantowe idee Plancka i Einsteina, Bohr przypuszczał, że atom może istnieć tylko w dyskretnym zestawie stabilnych stanów energetycznych. O postępie naukowym Bohra świadczy fakt, że często korespondował on ze swoim bratem Haraldem. Napisał do Haralda 12 czerwca 1912 roku:-
Możesz sobie wyobrazić, że dobrze jest być tutaj, gdzie jest tak wielu ludzi, z którymi można porozmawiać… i to z tymi, którzy wiedzą najwięcej o tych sprawach; a profesor Rutherford tak żywo interesuje się wszystkim, w co wierzy, że coś jest na rzeczy. W ostatnich latach opracował teorię struktury atomów, która wydaje się być dość mocno ugruntowana niż cokolwiek, co istniało do tej pory.
W tydzień po napisaniu tego listu, 19 czerwca, Bohr donosił Haraldowi o postępach:-
Może dowiedziałem się trochę o strukturze atomów. Nie mów o tym nikomu, bo inaczej nie mógłbym napisać do Ciebie o tym tak szybko. … Rozumiesz, że mogę się jeszcze mylić; bo nie jest to jeszcze w pełni rozpracowane (ale nie sądzę, żeby było złe). … Proszę mi wierzyć, że jestem chętny, aby to skończyć w pośpiechu, i aby to zrobić, wziąłem kilka dni wolnego od laboratorium (to też jest tajemnica).
Do 13 lipca napisał:-
Rzeczy idą raczej dobrze, bo wierzę, że odkryłem kilka rzeczy; ale, aby być pewnym, nie byłem tak szybki w ich rozpracowaniu, jak głupio mi było myśleć. Mam nadzieję, że będę miał gotowy mały artykuł i pokażę go Rutherfordowi przed wyjazdem, dlatego jestem bardzo zajęty, bardzo zajęty.
Mimo że Rutherford i Bohr mieli zupełnie odmienne osobowości, podzielali ogromny entuzjazm dla fizyki i lubili się osobiście. Jednak ich relacja nigdy nie była do końca relacją bliskich przyjaciół, ponieważ Bohr zawsze postrzegał Rutherforda jako swojego nauczyciela. Korespondowali od czasu ich spotkania w 1911 r. do 1937 r., roku śmierci Rutherforda.
24 lipca 1912 r., z niedokończoną jeszcze pracą, Bohr opuścił grupę Rutherforda w Manchesterze i wrócił do Kopenhagi, aby dalej rozwijać swoją nową teorię atomu, kończąc pracę w 1913 r. W tym samym roku opublikował trzy prace, w których opublikował trzy z nich. W tym samym roku opublikował trzy prace o fundamentalnym znaczeniu dla teorii budowy atomu. Pierwsza praca dotyczyła atomu wodoru, dwie następne – budowy atomów cięższych od wodoru. W pracach tych Bohr :-
… przedstawił swoją zaskakującą próbę połączenia aspektów fizyki klasycznej z koncepcją kwantu działania Plancka. … Te trzy słynne prace … stanowiły podstawę wczesnej reputacji Bohra. Jego praca, choć nie od razu przez wszystkich akceptowana, zaintrygowała współczesnych i uświadomiła im potrzebę nowego sposobu opisu zdarzeń na poziomie atomowym. Atom Bohra, chociaż został wyparty przez naukę, trwa do dziś w umysłach wielu ludzi jako żywy obraz tego, jak wyglądają atomy i symbol fizyki.
W lipcu 1913 roku Bohr został mianowany docentem w Kopenhadze. Nie była to jednak sytuacja, która go zadowalała, ponieważ nie mógł kontynuować rozwijanego przez siebie stylu fizyki matematycznej. 10 marca 1914 r. napisał do Departamentu Spraw Edukacyjnych:-
Niżej podpisany pozwala sobie zwrócić się do Departamentu z petycją, aby doprowadził do powstania na uniwersytecie profesury fizyki teoretycznej i dodatkowo ewentualnie powierzył mi to stanowisko.
Było to odważne posunięcie, ale wysoka reputacja Bohra oznaczała, że będzie on traktowany poważnie. Wydział Uniwersytetu zarekomendował go na katedrę fizyki teoretycznej, ale Wydział Spraw Edukacyjnych postanowił opóźnić potwierdzenie stanowiska. Oczywiście w 1914 roku czasy były niepewne i Bohr zdawał sobie sprawę, że nie ma co liczyć na szybką decyzję. Dlatego z radością przyjął propozycję Rutherforda, by dołączyć do jego grupy w Manchesterze jako Schuster Reader. Spodziewał się, że będzie w Manchesterze przez rok, przewidując, że do tego czasu zostanie potwierdzona jego katedra fizyki teoretycznej w Kopenhadze. Wybuch I wojny światowej, kiedy przebywał na wakacjach w Tyrolu przed podróżą do Manchesteru, bardzo utrudnił mu podróż, ale on i jego żona dotarli do Manchesteru w październiku 1914 r., opłynąwszy północną Szkocję po drodze przechodząc przez silne sztormy.
Bohr przebywał w Manchesterze dłużej niż się spodziewał, ponieważ jego katedra została potwierdzona dopiero w kwietniu 1916 r. Był to jednak bardzo produktywny okres. Był to jednak bardzo produktywny i szczęśliwy okres. Pais pisze :-
Wczesnym latem 1916 roku Bohrowie wrócili do Danii. Cztery lata wcześniej Bohr opuścił Manchester pełen ekscytujących, ale niestrawionych pomysłów na temat atomu. Teraz wyjeżdżał jako mistrz w tej dziedzinie, jako profesor w Kopenhadze, z żoną, która spodziewała się ich pierwszego dziecka u jego boku.
W 1917 roku Bohr został wybrany do Królewskiej Duńskiej Akademii Nauk i zaczął planować Instytut Fizyki Teoretycznej w Kopenhadze. Instytut został dla niego stworzony i od jego otwarcia w 1921 roku został jego dyrektorem, którą to funkcję pełnił do końca życia :-
Ten Instytut szybko stał się mekką dla fizyków teoretycznych z całego świata, a po 1933 roku schronieniem dla wielu naukowców, którzy uciekli z hitlerowskich Niemiec. Ich centrum towarzyskim była rezydencja „Gamle Carlsberg”, podarowana narodowi przez założyciela znanego browaru i oddana do dyspozycji Nielsa Bohra w 1932 roku. Tutaj, pod matczyną opieką pięknej żony Bohra, Margrethe … studenci i uczeni wszystkich narodów zbierali się, by jeść, rozmawiać i słuchać muzyki, a często siedzieć dosłownie u stóp Bohra, próbując wychwycić jego wyzywające uwagi, subtelne komentarze i delikatne żarty, wypowiadane miękkim duńskim głosem.
Bohr jest najbardziej znany z badań struktury atomu, o których mowa powyżej, a także z pracy nad promieniowaniem, która przyniosła mu Nagrodę Nobla z fizyki w 1922 roku. Wykład na temat pracy, za którą otrzymał nagrodę, wygłosił 11 grudnia 1922 r. w Sztokholmie. Mówił o stabilności atomu i teorii elektrodynamicznej, przedstawiając początki teorii kwantowej, widmo wodoru, wyjaśniając związki między pierwiastkami. Jego wyjaśnienia dotyczyły absorpcji i wzbudzenia linii widmowych oraz zasady korespondencji, którą przedstawił w trzech pracach O kwantowej teorii widm w latach 1918-1922.
W 1923 roku Bohr podsumował te idee:-
Niezależnie od fundamentalnego odejścia od idei klasycznych teorii mechaniki i elektrodynamiki, związanego z tymi postulatami, możliwe było prześledzenie związku pomiędzy promieniowaniem emitowanym przez atom i ruchem cząstek, który wykazuje daleko idącą analogię do tego, który twierdzą klasyczne idee pochodzenia promieniowania.
Można powiedzieć, że mechanika kwantowa pojawiła się w 1925 roku, a dwa lata później Heisenberg podał swoją zasadę niepewności. Na spotkaniu w Como w północnych Włoszech we wrześniu 1927 r. Bohr przedstawił swoją zasadę komplementarności, która dała fizyczną interpretację relacji niepewności Heisenberga. Zaproponował komplementarność percepcji i obrazów, cząstka-fala, zmienne sprzężone, ewolucja kwantowa – pomiary klasyczne itd. jako fundamentalnie nową interpretację podstaw teorii kwantowej. Idee Bohra dotyczące komplementarności są w pełni omówione w .
Bohr uważał, że jego idea komplementarności może odegrać ważną rolę w dziedzinach innych niż fizyka kwantowa i pracował nad tymi ideami przez resztę życia. Rozważał zastosowania w biologii, psychologii i epistemologii. Sugeruje się, że idea komplementarności pochodzi spoza fizyki, niektórzy twierdzą, że korzenie tej idei pochodzą z dyskusji z ojcem, Christiansenem i filozofem Hoffdingiem, kiedy był jeszcze w szkole. Inni, tacy jak Pais w , podają przekonujące argumenty, aby pokazać, że Bohr nie był świadomie pod wpływem filozofii Hoffdinga.
To pogląd Bohra na teorię kwantową, który ostatecznie miał się przyjąć. Einstein wyraził poważne wątpliwości co do interpretacji Bohra, a Bohr, Einstein i Ehrenfest spędzili wiele godzin na głębokiej dyskusji, ale pogląd Bohra przeważył. Bohr wyraził ten pogląd mówiąc:-
Dowody uzyskane w różnych warunkach doświadczalnych nie mogą być pojmowane w ramach jednego obrazu, ale muszą być traktowane jako komplementarne w tym sensie, że tylko całość zjawisk wyczerpuje możliwe informacje o obiektach.
H B G Casimir napisał opisując, jak to było pracować z Bohrem w jego Instytucie:-
Nawet Bohr, który koncentrował się bardziej intensywnie i miał większą siłę przebicia niż ktokolwiek z nas, szukał relaksu w krzyżówkach, w sporcie i w żartobliwych dyskusjach.
Inne ważne dokonania Bohra, poza teorią kwantów, obejmują jego teoretyczny opis układu okresowego pierwiastków około 1920 r., teorię jądra atomowego jako struktury złożonej w 1936 r. oraz zrozumienie rozszczepienia uranu pod kątem izotopu 235 w 1939 r.
W 1937 r. Bohr, jego żona i ich syn Hans odbyli podróż dookoła świata. Podróżowali do Stanów Zjednoczonych, Japonii, Chin i ZSRR. W tym samym roku uczestniczył w pogrzebie Rutherforda w Opactwie Westminsterskim w Londynie, wygłaszając wzruszające przemówienie:-
Kiedy po raz pierwszy miałem przywilej pracować pod jego osobistą inspiracją, był już fizykiem o największej renomie, ale mimo to był wtedy i zawsze pozostawał otwarty na słuchanie tego, co młody człowiek miał na myśli. … Myśl o nim zawsze będzie dla nas nieocenionym źródłem zachęty i hartu ducha.
Bohr, choć został ochrzczony w Kościele chrześcijańskim, miał żydowskie korzenie ze strony matki i dlatego, gdy w 1940 roku Niemcy zajęli Danię, jego życie stało się niezwykle trudne. W 1943 r. musiał uciekać, płynąc łodzią rybacką do Szwecji. Stamtąd popłynął do Anglii, gdzie rozpoczął pracę nad projektem stworzenia bomby atomowej. Po kilku miesiącach udał się wraz z brytyjskim zespołem badawczym do Los Alamos w Stanach Zjednoczonych, gdzie kontynuowano prace nad projektem.
Jednak Bohr był głęboko zaniepokojony kontrolą broni jądrowej i od 1944 r. próbował przekonać Churchilla i Roosevelta o potrzebie międzynarodowej współpracy. W 1950 r. napisał publiczny list do ONZ, w którym opowiadał się za racjonalną, pokojową polityką atomową:
Ludzkość stanie w obliczu niebezpieczeństw o niespotykanym dotąd charakterze, chyba że w odpowiednim czasie zostaną podjęte środki w celu zapobieżenia katastrofalnej rywalizacji w tak ogromnych zbrojeniach i ustanowienia międzynarodowej kontroli nad produkcją i wykorzystaniem potężnych materiałów.
Syn Bohra, Aage, również został fizykiem i otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1975 roku. (To tylko jeden przypadek sławnych naukowców w tej samej rodzinie. Inni to Van Vleckowie, a także Braggsowie oraz Madame Curie i jej córka Irene Joliot.)
Bohr otrzymał pierwszą amerykańską nagrodę Atoms for Peace Award w 1957 roku. Zmarł na atak serca w swoim domu w 1962 r., a po tym naukowcy i czołowe postaci z całego świata przyłączyły się do składania mu hołdu. Prezydent Kennedy napisał (zobacz na przykład):-
Amerykańscy naukowcy, a właściwie wszyscy amerykańscy obywatele, którzy znali nazwisko doktora Bohra i jego wielki wkład, szanowali go i czcili przez ponad dwa pokolenia…