Um especialista é uma pessoa que cometeu todos os erros que podem ser cometidos em um campo muito estreito.
Niels Henrik David Bohr foi um físico dinamarquês que fez contribuições fundamentais para a compreensão da estrutura atômica e da teoria quântica, pelo que recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1922. Bohr também foi filósofo e promotor da pesquisa científica.
Bohr desenvolveu o modelo de Bohr do átomo, no qual propôs que os níveis de energia dos elétrons são discretos e que os elétrons giram em órbitas estáveis ao redor do núcleo atômico, mas podem saltar de um nível de energia ou órbita para outro. Embora o modelo de Bohr tenha sido suplantado por outros modelos, seus princípios subjacentes permanecem válidos. Ele concebeu o princípio da complementaridade: que os itens podem ser analisados separadamente em termos de propriedades contraditórias, como comportar-se como uma onda ou um fluxo de partículas. A noção de complementaridade dominou o pensamento de Bohr tanto na ciência quanto na filosofia.
Bohr fundou o Instituto de Física Teórica na Universidade de Copenhague, agora conhecido como Instituto Niels Bohr, que foi aberto em 1920. Bohr orientou e colaborou com físicos incluindo Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy e Werner Heisenberg. Ele previu a existência de um novo elemento similar ao zircônio, que foi nomeado háfnio, de acordo com o nome latino de Copenhague, onde foi descoberto. Posteriormente, o elemento bório foi nomeado em sua homenagem.
Durante os anos 1930, Bohr ajudou refugiados do nazismo. Após a Dinamarca ser ocupada pelos alemães, ele teve um famoso encontro com Heisenberg, que havia se tornado o chefe do projeto de arma nuclear alemão. Em setembro de 1943, Bohr recebeu a notícia de que estava prestes a ser preso pelos alemães e fugiu para a Suécia. De lá, foi levado de avião para a Grã-Bretanha, onde se juntou ao projeto de armas nucleares Tube Alloys britânico e fez parte da missão britânica para o Projeto Manhattan. Após a guerra, Bohr pediu cooperação internacional em energia nuclear. Ele esteve envolvido no estabelecimento do CERN e do Centro de Pesquisa Risø da Comissão de Energia Atômica Dinamarquesa e tornou-se o primeiro presidente do Instituto Nórdico de Física Teórica em 1957.
Anos iniciais
Bohr nasceu em Copenhague, Dinamarca, em 7 de outubro de 1885, o segundo de três filhos de Christian Bohr, professor de fisiologia na Universidade de Copenhague, e Ellen Bohr née Adler, que era filha de David B. Adler da família bancária judaica dinamarquesa Adler. Ele tinha uma irmã mais velha, Jenny, e um irmão mais jovem, Harald. Jenny se tornou professora, enquanto Harald se tornou matemático e jogador de futebol que jogou pela seleção dinamarquesa nas Olimpíadas de Verão de 1908 em Londres. Niels também era um apaixonado jogador de futebol e os dois irmãos jogaram vários jogos pelo Akademisk Boldklub Academic Football Club, com sede em Copenhague, sendo Niels o goleiro.
Bohr foi educado na Gammelholm Latin School, começando quando tinha sete anos. Em 1903, Bohr se matriculou como aluno de graduação na Universidade de Copenhague. Sua especialização era física, que ele estudou sob o Professor Christian Christiansen, o único professor de física da universidade naquela época. Ele também estudou astronomia e matemática sob o Professor Thorvald Thiele e filosofia sob o Professor Harald Høffding, amigo de seu pai.
Em 1905, a Royal Danish Academy of Sciences and Letters patrocinou um concurso de medalha de ouro para investigar um método para medir a tensão superficial de líquidos que havia sido proposto por Lord Rayleigh em 1879. Isso envolvia medir a frequência de oscilação do raio de um jato de água. Bohr realizou uma série de experimentos usando o laboratório de seu pai na universidade; a universidade em si não possuía laboratório de física. Para completar seus experimentos, ele teve que fazer seu próprio vidraria, criando tubos de ensaio com as seções transversais elípticas necessárias. Ele foi além da tarefa original, incorporando melhorias tanto à teoria de Rayleigh quanto ao seu método, levando em conta a viscosidade da água e trabalhando com amplitudes finitas em vez de apenas infinitesimais. Seu ensaio, que ele apresentou no último momento, venceu o prêmio. Posteriormente, ele apresentou uma versão melhorada do artigo à Royal Society em Londres para publicação nas Philosophical Transactions of the Royal Society.
dos dois irmãos Bohr para ganhar um mestrado, que conquistou em matemática em abril de 1909. Niels levou outros nove meses para ganhar o seu sobre a teoria do elétron em metais, um tema atribuído por seu supervisor, Christiansen. Bohr posteriormente elaborou sua dissertação de mestrado em sua tese muito maior de Doutor em Filosofia dr. phil. Ele pesquisou a literatura sobre o assunto, optando por um modelo postulado por Paul Drude e elaborado por Hendrik Lorentz, no qual os elétrons em um metal são considerados para se comportarem como um gás. Bohr estendeu o modelo de Lorentz, mas ainda foi incapaz de explicar fenômenos como o efeito Hall e concluiu que a teoria do elétron não podia explicar totalmente as propriedades magnéticas dos metais. A tese foi aceita em abril de 1911 e Bohr conduziu sua defesa formal em 13 de maio. Harald havia recebido seu doutorado no ano anterior. A tese de Bohr foi revolucionária, mas atraiu pouco interesse fora da Escandinávia porque foi escrita em dinamarquês, um requisito da Universidade de Copenhague na época. Em 1921, a física holandesa Hendrika Johanna van Leeuwen derivaria independentemente um teorema da tese de Bohr que hoje é conhecido como teorema de Bohr–van Leeuwen.
Em 1910, Bohr conheceu Margrethe Nørlund, irmã do matemático Niels Erik Nørlund. Bohr renunciou à sua filiação na Igreja da Dinamarca em 16 de abril de 1912, e ele e Margrethe se casaram em uma cerimônia civil no salão da cidade em Slagelse em 1º de agosto. Anos depois, seu irmão Harald similarmente deixou a igreja antes de se casar. Bohr e Margrethe tiveram seis filhos. O mais velho, Christian, morreu em um acidente de barco em 1934, e outro, Harald, morreu de meningite infantil. Aage Bohr tornou-se um físico bem-sucedido e em 1975 foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física, assim como seu pai. Hans , um engenheiro químico; e Ernest, um advogado. Como seu tio Harald, Ernest Bohr se tornou um atleta olímpico, jogando hóquei sobre grama pela Dinamarca nas Olimpíadas de Verão de 1948 em Londres.
Física
Modelo de Bohr
Em setembro de 1911, Bohr, apoiado por uma bolsa da Fundação Carlsberg, viajou para a Inglaterra. Na época, era onde a maior parte do trabalho teórico sobre a estrutura de átomos e moléculas estava sendo realizado. Ele conheceu J. J. Thomson do Laboratório Cavendish e Trinity College, Cambridge. Ele assistiu palestras sobre eletromagnetismo dadas por James Jeans e Joseph Larmor e fez algumas pesquisas sobre raios catódicos, mas não conseguiu impressionar Thomson. Ele teve mais sucesso com físicos mais jovens como o australiano William Lawrence Bragg e o neozelandês Ernest Rutherford, cujo modelo do átomo Rutherford de 1911 com um pequeno núcleo central havia desafiado o modelo de pudim de ameixa de Thomson de 1904. Bohr recebeu um convite de Rutherford para realizar pesquisa pós-doutoral na Victoria University of Manchester, onde Bohr conheceu George de Hevesy e Charles Galton Darwin, a quem Bohr se referia como "o neto do verdadeiro Darwin".
Bohr retornou à Dinamarca em julho de 1912 para seu casamento e viajou pela Inglaterra e Escócia em sua lua de mel. Ao retornar, ele se tornou privatdozent na Universidade de Copenhague, dando palestras sobre termodinâmica. Martin Knudsen apresentou o nome de Bohr para docente, que foi aprovado em julho de 1913, e Bohr então começou a ensinar alunos de medicina. Seus três artigos, que posteriormente se tornaram famosos como "a trilogia", foram publicados em Philosophical Magazine em julho, setembro e novembro daquele ano. Ele adaptou a estrutura nuclear de Rutherford à teoria quântica de Max Planck e assim criou seu modelo de Bohr do átomo.
Modelos planetários de átomos não eram novos, mas o tratamento de Bohr era. Partindo do artigo de 1912 de Darwin sobre o papel dos elétrons na interação de partículas alfa com um núcleo como seu ponto de partida, ele avançou a teoria de elétrons viajando em órbitas ao redor do núcleo do átomo, com as propriedades químicas de cada elemento sendo largamente determinadas pelo número de elétrons nas órbitas externas de seus átomos. Ele introduziu a ideia de que um elétron poderia cair de uma órbita de energia mais alta para uma de energia mais baixa, no processo emitindo um quantum de energia discreta. Isso se tornou uma base para o que é agora conhecido como teoria quântica antiga.
Em 1885, Johann Balmer havia criado sua série de Balmer para descrever as linhas espectrais visíveis de um átomo de hidrogênio:
onde λ é o comprimento de onda da luz absorvida ou emitida e RH é a constante de Rydberg. A fórmula de Balmer foi corroborada pela descoberta de linhas espectrais adicionais, mas durante trinta anos, ninguém podia explicar por que funcionava. No primeiro artigo de sua trilogia, Bohr foi capaz de derivá-la de seu modelo:
onde me é a massa do elétron, e é sua carga, h é a constante de Planck e Z é o número atômico do átomo 1 para hidrogênio.
O primeiro obstáculo do modelo foi a série de Pickering, linhas que não se adequavam à fórmula de Balmer. Quando desafiado sobre isso por Alfred Fowler, Bohr respondeu que eram causadas por hélio ionizado, átomos de hélio com apenas um elétron. O modelo de Bohr foi encontrado para funcionar para tais íons. Muitos físicos mais velhos, como Thomson, Rayleigh e Hendrik Lorentz, não gostaram da trilogia, mas a geração mais jovem, incluindo Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born e Arnold Sommerfeld, a viram como um avanço. A aceitação da trilogia foi inteiramente devido à sua capacidade de explicar fenômenos que bloqueavam outros modelos e prever resultados que foram subsequentemente verificados por experimentos. Hoje, o modelo de Bohr do átomo foi suplantado, mas ainda é o modelo de átomo mais bem conhecido, pois frequentemente aparece em textos de física e química do ensino médio.'
Bohr não gostava de ensinar alunos de medicina. Ele decidiu retornar a Manchester, onde Rutherford havia oferecido a ele um emprego como leitor no lugar de Darwin, cujo mandato havia expirado. Bohr aceitou. Ele tirou uma licença da Universidade de Copenhague, que começou aproveitando para tirar férias em Tyrol com seu irmão Harald e tia Hanna Adler. Lá, ele visitou a Universidade de Göttingen e a Ludwig Maximilian University of Munich, onde conheceu Sommerfeld e conduziu seminários sobre a trilogia. A Primeira Guerra Mundial começou enquanto estavam em Tyrol, complicando muito a viagem de volta à Dinamarca e a viagem subsequente de Bohr com Margrethe para a Inglaterra, onde ele chegou em outubro de 1914. Eles ficaram até julho de 1916, época em que ele havia sido nomeado para a Cátedra de Física Teórica na Universidade de Copenhague, uma posição criada especialmente para ele. Seu docentado foi abolido ao mesmo tempo, então ele ainda tinha que ensinar física para alunos de medicina. Novos professores foram formalmente apresentados ao Rei Christian X, que expressou seu deleite em conhecer um jogador de futebol tão famoso.
Instituto de Física
Em abril de 1917, Bohr começou uma campanha para estabelecer um Instituto de Física Teórica. Ele ganhou o apoio do governo dinamarquês e da Fundação Carlsberg, e contribuições consideráveis também foram feitas por indústrias e doadores privados, muitos deles judeus. A legislação que estabelecia o instituto foi aprovada em novembro de 1918. Agora conhecido como Instituto Niels Bohr, foi aberto em 3 de março de 1921, com Bohr como seu diretor. Sua família se mudou para um apartamento no primeiro andar. O instituto de Bohr serviu como ponto focal para pesquisadores em mecânica quântica e assuntos relacionados nos anos 1920 e 1930, quando a maioria dos físicos teóricos mais conhecidos do mundo passou algum tempo em sua companhia. As primeiras chegadas incluíram Hans Kramers dos Países Baixos, Oskar Klein da Suécia, George de Hevesy da Hungria, Wojciech Rubinowicz da Polônia e Svein Rosseland da Noruega. Bohr foi amplamente apreciado como seu anfitrião congenial e colega eminente. Klein e Rosseland produziram a primeira publicação do instituto antes mesmo de abrir.
O modelo de Bohr funcionava bem para hidrogênio, mas não conseguia explicar elementos mais complexos. Por 1919, Bohr estava se afastando da ideia de que os elétrons orbitalavam o núcleo e desenvolveu heurísticas para descrevê-los. Os elementos de terras raras apresentavam um problema de classificação particular para químicos, porque eram tão quimicamente semelhantes. Um desenvolvimento importante veio em 1924 com a descoberta do princípio de exclusão de Pauli por Wolfgang Pauli, que colocou os modelos de Bohr em uma base teórica firme. Bohr foi então capaz de declarar que o elemento 72 ainda não descoberto não era um elemento de terra rara, mas um elemento com propriedades químicas semelhantes às do zircônio. Ele foi imediatamente desafiado pelo químico francês Georges Urbain, que alegava ter descoberto um elemento de terra rara 72, que ele chamou
