Nobel był tylko jednym z jego osiągnięć. Historia człowieka, który zajrzał do wnętrza atomu
Niels Bohr – duński fizyk, który na zawsze odmienił nasze myślenie o atomie. W 1922 roku jego prace przyniosły mu Nagrodę Nobla, ale to dopiero początek historii, która kryje znacznie więcej zaskakujących zwrotów. Co dokładnie odkrył i dlaczego jego nazwisko do dziś budzi respekt w świecie nauki? Jak wyglądało jego życie prywatne, kim byli jego najbliżsi i ilu synów wychował? Które badania okazały się przełomowe i ukształtowały nowoczesną fizykę? Poznaj biografię Nielsa Bohra – krok po kroku.
- Młodość Nielsa Bohra i pierwsze sukcesy
- Rodzina Nielsa Bohra: miłość i tragedie
- Jak Bohr zmienił nasze spojrzenie na atom
- Najważniejsze wyróżnienia Nielsa Bohra
Młodość Nielsa Bohra i pierwsze sukcesy
Niels Bohr przyszedł na świat 7 października 1885 roku w Kopenhadze. Wychowywał się w domu nauki: jego ojciec, Christian, był profesorem fizjologii i wykładał na Uniwersytecie Kopenhaskim, a matka, Ellen Adler, żydowskiego pochodzenia, wywodziła się z zamożnej rodziny bankierów. Niels miał też młodszego brata Haralda, który zasłynął zarówno jako matematyk, jak i piłkarz. Edukację rozpoczął bardzo wcześnie — do Gammelholm Latin School trafił już jako siedmiolatek. Gdy skończył 18 lat, rozpoczął studia licencjackie na tej samej uczelni, na której pracował jego ojciec. Najmocniej wciągała go fizyka, którą zgłębiał z wyjątkową pasją, choć świetnie radził sobie również z matematyką i astronomią.
W 1905 roku Królewska Duńska Akademia Nauk i Literatury ogłosiła konkurs: zadaniem uczestników było zbadanie sposobu pomiaru napięcia powierzchniowego strumienia wody. Bohr zdecydował się wystartować, a przygotowania prowadził w uniwersyteckim laboratorium swojego ojca. Co ciekawe, część aparatury wykonał sam — przygotował własne szkło i z niego uformował probówki potrzebne do doświadczeń. Zamiast trzymać się wyłącznie wymogów konkursu, poszedł krok dalej i zaproponował usprawnienia, które w praktyce przewartościowały znaną teorię Lorda Rayleigha. W swoich obliczeniach uwzględnił lepkość wody i analizował skończone amplitudy, a nie jedynie nieskończenie małe — jak robiono wcześniej. Esej wysłał sędziom dosłownie na ostatnią chwilę. Pomysłowość i świeże podejście zaprocentowały: młody fizyk zdobył pierwszą nagrodę, czyli złoty medal.
W kolejnych latach Bohr uzyskał tytuł magistra, a kluczową rolę odegrała w tym jego elektronowa teoria metali. Temat pracy wskazał mu promotor — i był nim, co brzmi niemal jak ciekawostka z biografii, jego własny ojciec. Bohr następnie rozbudował magisterium, przekształcając je w rozprawę doktorską, opartą na koncepcjach Paula Drudego i Hendrika Lorentza. Choć rozszerzył ich model, nadal nie potrafił wyjaśnić efektu Halla, czyli różnicy potencjałów pojawiającej się w przewodniku, przez który płynie prąd, gdy znajduje się on w poprzecznym polu magnetycznym (prostopadłym do kierunku prądu). Ostatecznie doszedł do wniosku, że teoria elektronów nie tłumaczy w pełni magnetycznych własności metali. Ta konkluzja okazała się przełomowa i sprawiła, że Bohrem zainteresowano się także poza Skandynawią. Dziś to ujęcie znane jest jako twierdzenie Bohra–van Leeuwena.
Rodzina Nielsa Bohra: miłość i tragedie
W 1910 roku Niels Bohr poznał Margrethe Nørlund – siostrę matematyka Nielsa Erika Nørlunda. To właśnie z myślą o niej Bohr zdecydował się wystąpić z Kościoła w Danii. Niels i Margrethe pobrali się 1 sierpnia 1912 roku w ratuszu w Slagelse; był to ślub cywilny. Doczekali się sześciorga dzieci, choć los nie oszczędził rodziny. Najstarszy syn, Christian, zginął w 1934 roku w wypadku łodzi. Z kolei Harald odszedł, mając zaledwie 10 lat, na skutek powikłań po zapaleniu opon mózgowych. Pozostali synowie zapisali się natomiast w historii dzięki osiągnięciom w różnych dziedzinach:
- Aage Bohr – poszedł w ślady ojca i został fizykiem. Podobnie jak Niels, również Aage otrzymał Nagrodę Nobla za dokonania w dziedzinie fizyki.
- Erik Bohr – wyrósł na wybitnego inżyniera chemika.
- Ernest Bohr – zdobył uznanie jako prawnik, a jednocześnie był sportowcem startującym na igrzyskach olimpijskich.
- Hans Bohr – jako jedyny z braci wybrał medycynę i został lekarzem.
Jak Bohr zmienił nasze spojrzenie na atom
Po obronie doktoratu w Kopenhadze w 1911 roku Niels Bohr zdecydował się wyjechać do Manchesteru. To właśnie tam, pracując pod kierunkiem Ernesta Rutherforda, skupił się na zgłębianiu struktury atomu, rozwijając i wykorzystując wcześniejsze ustalenia Rutherforda. Już dwa lata później Bohr ogłosił przełomową publikację. Przedstawił w niej autorski model atomu wodoru, oparty na dwóch kluczowych ideach: skwantowanym momencie pędu elektronu oraz zależności między energiami elektronu na sąsiednich orbitach — różnica ta miała odpowiadać iloczynowi stałej Plancka i częstotliwości emitowanego (lub pochłanianego) promieniowania.
W ujęciu Bohra orbity położone dalej od jądra mogły „pomieścić” więcej elektronów niż te bliższe, co miało tłumaczyć chemiczne właściwości pierwiastków. Uczony zauważył też, że elektron nie przemieszcza się płynnie, lecz może przeskakiwać między orbitami dzięki emisji albo absorpcji fotonu. Koncepcja Bohra stała się jednym z fundamentów rodzącej się mechaniki kwantowej. Nic dziwnego, że do dziś Bohr bywa przedstawiany jako jeden z najważniejszych popularyzatorów najbardziej „nieintuicyjnych” idei świata kwantów — takich jak zasada nieoznaczoności czy dualizm korpuskularno-falowy.
Najważniejsze wyróżnienia Nielsa Bohra
Za swój wkład w rozwój fizyki Niels Bohr był wielokrotnie honorowany. Uczony zebrał imponującą kolekcję orderów, odznaczeń i medali. Poniżej znajdują się najważniejsze wyróżnienia przyznane Nielsowi Bohrowi:
- Order Słonia – najstarsze jednoklasowe odznaczenie Królestwa Danii.
- Order Świętego Skarbu II Klasy
- Komandor I Klasy Orderu Danebroga
- Złoty Medal Zasługi
- Kawaler I Klasy Orderu Świętego Olafa
- Odznaka Honorowa Orderu Danebroga
- Oficer Orderu Legii Honorowej
Warto też pamiętać, że w 1922 roku Niels Bohr otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Światową rozpoznawalność przyniosły mu badania nad budową atomu oraz promieniowaniem – podobnie jak Edwinowi Hubble’owi, choć obaj uczeni działali w zupełnie innych obszarach nauki. Niels Bohr zmarł 18 listopada 1962 roku. Na jego cześć pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 107 nazwano „bohrem”.
Źródła:
- Abraham Pais: Epoka Nielsa Bohra, Wydawnictwo Prószyński i S-ka, Warszawa 2006
- Richard Rhodes: Narodziny bomby atomowej, Prószyński i S-ka, Warszawa 2000