Un esperto è una persona che ha commesso tutti gli errori che si possono fare in un campo molto ristretto.
Niels Henrik David Bohr era un fisico danese che ha dato contributi fondamentali alla comprensione della struttura atomica e della teoria quantistica, per i quali ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 1922. Bohr era anche un filosofo e un promotore della ricerca scientifica.
Bohr sviluppò il modello di Bohr dell'atomo, in cui propose che i livelli energetici degli elettroni sono discreti e che gli elettroni ruotano in orbite stabili attorno al nucleo atomico ma possono saltare da un livello energetico o da un'orbita all'altra. Sebbene il modello di Bohr sia stato superato da altri modelli, i suoi principi sottostanti rimangono validi. Concepì il principio di complementarità: che gli oggetti potessero essere analizzati separatamente in termini di proprietà contraddittorie, come comportarsi come un'onda o come un flusso di particelle. La nozione di complementarità dominò il pensiero di Bohr sia nella scienza che nella filosofia.
Bohr fondò l'Istituto di Fisica Teorica presso l'Università di Copenaghen, ora noto come Istituto Niels Bohr, che aprì nel 1920. Bohr ha mentorizzato e collaborato con fisici tra cui Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy e Werner Heisenberg. Predisse l'esistenza di un nuovo elemento simile allo zirconio, che fu chiamato afnio, dal nome latino di Copenaghen, dove fu scoperto. In seguito, l'elemento bohrio fu chiamato in suo onore.
Durante gli anni Trenta Bohr aiutò i rifugiati dal nazismo. Dopo che la Danimarca fu occupata dai tedeschi, ebbe un famoso incontro con Heisenberg, che era diventato il capo del progetto tedesco delle armi nucleari. Nel settembre 1943 Bohr venne a sapere che stava per essere arrestato dai tedeschi, e fuggì in Svezia. Da lì, fu trasportato in aereo in Gran Bretagna, dove si unì al progetto britannico delle armi nucleari Tube Alloys e fece parte della missione britannica al Progetto Manhattan. Dopo la guerra, Bohr invocò la cooperazione internazionale sull'energia nucleare. Fu coinvolto nell'istituzione del CERN e del Centro di ricerca Risø della Commissione danese per l'energia atomica e divenne il primo presidente dell'Istituto nordico di fisica teorica nel 1957.
Primi anni
Bohr nacque a Copenaghen, Danimarca, il 7 ottobre 1885, secondo di tre figli di Christian Bohr, professore di fisiologia presso l'Università di Copenaghen, e Ellen Bohr nata Adler, che era la figlia di David B. Adler della ricca famiglia bancaria danese ebrea Adler. Aveva una sorella maggiore, Jenny, e un fratello minore Harald. Jenny divenne insegnante, mentre Harald divenne un matematico e calciatore che giocò per la squadra nazionale danese alle Olimpiadi estive del 1908 a Londra. Niels era un appassionato calciatore anche lui, e i due fratelli giocarono diverse partite per l'Akademisk Boldklub Academic Football Club con sede a Copenaghen, con Niels come portiere.
Bohr fu educato alla Gammelholm Latin School, a partire dai sette anni. Nel 1903, Bohr si iscrisse come studente universitario presso l'Università di Copenaghen. La sua materia principale era la fisica, che studiò sotto il Professore Christian Christiansen, allora l'unico professore di fisica dell'università. Studiò anche astronomia e matematica sotto il Professore Thorvald Thiele, e filosofia sotto il Professore Harald Høffding, un amico di suo padre.
Nel 1905 l'Accademia reale danese delle scienze e delle lettere sponsorizzò un concorso per medaglia d'oro per investigare un metodo per misurare la tensione superficiale dei liquidi che era stato proposto da Lord Rayleigh nel 1879. Questo comportava la misurazione della frequenza di oscillazione del raggio di un getto d'acqua. Bohr condusse una serie di esperimenti utilizzando il laboratorio di suo padre presso l'università; l'università stessa non aveva un laboratorio di fisica. Per completare i suoi esperimenti, dovette realizzare il proprio vetro, creando provette con le sezioni trasversali ellittiche richieste. Andò oltre il compito originale, incorporando miglioramenti sia nella teoria di Rayleigh che nel suo metodo, tenendo conto della viscosità dell'acqua e lavorando con ampiezze finite invece di solo quelle infinitesimali. Il suo saggio, che sottomise all'ultimo momento, vinse il premio. In seguito presentò una versione migliorata dell'articolo alla Royal Society di Londra per la pubblicazione nelle Philosophical Transactions of the Royal Society.
dei due fratelli Bohr a conseguire una laurea magistrale, che ottenne in matematica nell'aprile 1909. Niels impiegò altri nove mesi per ottenere la sua sulla teoria elettronica dei metalli, un argomento assegnato dal suo supervisore, Christiansen. Bohr successivamente elaborò la sua tesi di master nella sua tesi di Dottorato di Ricerca molto più grande dr. phil. Ha passato in rassegna la letteratura sull'argomento, optando per un modello postulato da Paul Drude ed elaborato da Hendrik Lorentz, in cui gli elettroni in un metallo sono considerati comportarsi come un gas. Bohr estese il modello di Lorentz, ma non riuscì ancora a spiegare fenomeni come l'effetto Hall, e concluse che la teoria degli elettroni non poteva spiegare completamente le proprietà magnetiche dei metalli. La tesi fu accettata nell'aprile 1911, e Bohr condusse la sua difesa formale il 13 maggio. Harald aveva ricevuto il suo dottorato l'anno precedente. La tesi di Bohr fu rivoluzionaria, ma attirò poco interesse al di fuori della Scandinavia perché era scritta in danese, un requisito dell'Università di Copenaghen all'epoca. Nel 1921, il fisico olandese Hendrika Johanna van Leeuwen avrebbe indipendentemente derivato un teorema dalla tesi di Bohr che oggi è noto come il teorema di Bohr-van Leeuwen.
Nel 1910, Bohr incontrò Margrethe Nørlund, la sorella del matematico Niels Erik Nørlund. Bohr rassegnò le dimissioni dall'iscrizione alla Chiesa di Danimarca il 16 aprile 1912, e lui e Margrethe si sposarono in una cerimonia civile presso il municipio di Slagelse il 1º agosto. Anni dopo, suo fratello Harald similmente abbandonò la chiesa prima di sposarsi. Bohr e Margrethe ebbero sei figli. Il più grande, Christian, morì in un incidente in barca nel 1934, e un altro, Harald, morì da meningite infantile. Aage Bohr divenne un fisico di successo, e nel 1975 gli fu assegnato il Premio Nobel per la fisica, come suo padre. Hans , un ingegnere chimico; e Ernest, un avvocato. Come suo zio Harald, Ernest Bohr divenne un atleta olimpico, giocando a hockey su prato per la Danimarca alle Olimpiadi estive del 1948 a Londra.
Fisica
Modello di Bohr
Nel settembre 1911, Bohr, supportato da una borsa di studio della Fondazione Carlsberg, viaggiò in Inghilterra. All'epoca, era il luogo dove la maggior parte del lavoro teorico sulla struttura degli atomi e delle molecole veniva svolto. Incontrò J. J. Thomson del Cavendish Laboratory e del Trinity College, Cambridge. Frequentò lezioni sull'elettromagnetismo tenute da James Jeans e Joseph Larmor, e condusse alcune ricerche sui raggi catodici, ma non riuscì ad impressionare Thomson. Ebbe più successo con fisici più giovani come l'australiano William Lawrence Bragg e l'Ernest Rutherford della Nuova Zelanda, il cui modello di Rutherford del 1911 con un piccolo nucleo centrale aveva sfidato il modello a budino di prugne di Thomson del 1904. Bohr ricevette un invito da Rutherford per condurre un lavoro post-dottorale presso l'Università Victoria di Manchester, dove Bohr incontrò George de Hevesy e Charles Galton Darwin a cui Bohr si riferiva come "il nipote del vero Darwin".
Bohr tornò in Danimarca nel luglio 1912 per il suo matrimonio, e viaggiò intorno all'Inghilterra e alla Scozia per la sua luna di miele. Al suo ritorno, divenne privatdozent presso l'Università di Copenaghen, tenendo lezioni sulla termodinamica. Martin Knudsen propose il nome di Bohr per un docente, che fu approvato nel luglio 1913, e Bohr iniziò a insegnare agli studenti di medicina. I suoi tre articoli, che in seguito divennero famosi come "la trilogia", furono pubblicati in Philosophical Magazine nel luglio, settembre e novembre di quell'anno. Adattò la struttura nucleare di Rutherford alla teoria quantistica di Max Planck e così creò il suo modello di Bohr dell'atomo.
I modelli planetari degli atomi non erano nuovi, ma il trattamento di Bohr lo era. Prendendo come punto di partenza l'articolo del 1912 di Darwin sul ruolo degli elettroni nell'interazione delle particelle alfa con un nucleo, avanzò la teoria degli elettroni che viaggiano in orbite intorno al nucleo dell'atomo, con le proprietà chimiche di ogni elemento essendo largamente determinate dal numero di elettroni nelle orbite esterne dei suoi atomi. Introdusse l'idea che un elettrone potesse scendere da un'orbita di energia superiore a una inferiore, nel processo emettendo un quanto di energia discreta. Questo divenne una base per quella che oggi è nota come la vecchia teoria quantistica.
Nel 1885, Johann Balmer era venuto con la sua serie di Balmer per descrivere le linee spettrali visibili di un atomo di idrogeno:
dove λ è la lunghezza d'onda della luce assorbita o emessa e RH è la costante di Rydberg. La formula di Balmer fu corroborata dalla scoperta di linee spettrali aggiuntive, ma per trenta anni, nessuno poteva spiegare perché funzionasse. Nel primo articolo della sua trilogia, Bohr riuscì a derivarla dal suo modello:
dove me è la massa dell'elettrone, e è la sua carica, h è la costante di Planck e Z è il numero atomico dell'atomo 1 per l'idrogeno.
Il primo ostacolo del modello era la serie di Pickering, linee che non si adattavano alla formula di Balmer. Quando Alfred Fowler lo sfidò su questo, Bohr rispose che erano causate dall'elio ionizzato, atomi di elio con un solo elettrone. Il modello di Bohr si rivelò funzionare per tali ioni. Molti fisici più anziani, come Thomson, Rayleigh e Hendrik Lorentz, non amavano la trilogia, ma la generazione più giovane, inclusi Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born e Arnold Sommerfeld la videro come un progresso. L'accettazione della trilogia era interamente dovuta alla sua capacità di spiegare fenomeni che ostacolarono altri modelli, e di predire risultati che furono successivamente verificati da esperimenti. Oggi, il modello di Bohr dell'atomo è stato superato, ma è ancora il modello dell'atomo più noto, poiché spesso appare nei testi di fisica e chimica del liceo.'
Bohr non godette dell'insegnamento agli studenti di medicina. Decise di tornare a Manchester, dove Rutherford gli aveva offerto un lavoro come lettore al posto di Darwin, il cui incarico era scaduto. Bohr accettò. Prese un congedo dall'Università di Copenaghen, che iniziò prendendo una vacanza in Tirolo con suo fratello Harald e sua zia Hanna Adler. Lì, visitò l'Università di Gottinga e l'Università Ludwig Maximilian di Monaco, dove incontrò Sommerfeld e condusse seminari sulla trilogia. La Prima Guerra Mondiale scoppiò mentre erano in Tirolo, complicando notevolmente il viaggio di ritorno in Danimarca e il successivo viaggio di Bohr con Margrethe in Inghilterra, dove arrivò nell'ottobre 1914. Rimasero fino al luglio 1916, a quel punto era stato nominato alla Cattedra di Fisica Teorica presso l'Università di Copenaghen, una posizione creata appositamente per lui. La sua docenza fu abolita allo stesso tempo, quindi doveva ancora insegnare fisica agli studenti di medicina. I nuovi professori furono formalmente presentati al Re Christian X, che espresse la sua gioia nell'incontrare un giocatore di calcio così famoso.
Istituto di Fisica
Nell'aprile 1917 Bohr iniziò una campagna per stabilire un Istituto di Fisica Teorica. Guadagnò il sostegno del governo danese e della Fondazione Carlsberg, e anche la filiale delle industrie e dei donatori privati, molti di loro ebrei. La legislazione che istituisce l'istituto fu approvata nel novembre 1918. Ora noto come Istituto Niels Bohr, aprì il 3 marzo 1921, con Bohr come suo direttore. La sua famiglia si trasferì in un appartamento al primo piano. L'istituto di Bohr servì come punto focale per i ricercatori della meccanica quantistica e argomenti correlati negli anni Venti e Trenta, quando la maggior parte dei più noti fisici teorici del mondo trascorse un po' di tempo in sua compagnia. I primi arrivati includevano Hans Kramers dai Paesi Bassi, Oskar Klein dalla Svezia, George de Hevesy dall'Ungheria, Wojciech Rubinowicz dalla Polonia e Svein Rosseland dalla Norvegia. Bohr divenne ampiamente apprezzato come loro ospite affabile e collega eminente. Klein e Rosseland produssero la prima pubblicazione dell'istituto ancora prima che aprisse.
Il modello di Bohr funzionava bene per l'idrogeno, ma non poteva spiegare elementi più complessi. Entro il 1919, Bohr si stava allontanando dall'idea che gli elettroni orbitassero il nucleo e sviluppò euristiche per descriverli. Gli elementi delle terre rare ponevano un problema di classificazione particolare per i chimici, perché erano così chimicamente simili. Uno sviluppo importante arrivò nel 1924 con la scoperta da parte di Wolfgang Pauli del principio di esclusione di Pauli, che pose i modelli di Bohr su una base teorica solida. Bohr fu allora in grado di dichiarare che l'elemento 72 non ancora scoperto non era un elemento delle terre rare, ma un elemento con proprietà chimiche simili a quelle dello zirconio. Fu immediatamente sfidato dal chimico francese Georges Urbain, che affermava di aver scoperto un elemento delle terre rare 72, che chia
