Uzman, çok dar bir alanda yapılabilecek tüm hataları yapmış olan kişidir.
Niels Henrik David Bohr, atom yapısı ve kuantum teorisini anlamaya yönelik temel katkılar sağlayan Danimarkalı bir fizikçiydi ve bu çalışmalarından dolayı 1922'de Fizik Nobel Ödülü'nü aldı. Bohr aynı zamanda bir felsefeci ve bilimsel araştırmanın destekleyicisiydi.
Bohr, atomun Bohr modelini geliştirdi; burada elektronların enerji seviyelerinin ayrık olduğunu ve elektronların atom çekirdeğinin etrafında sabit yörüngeler içinde döndüğünü ancak bir enerji seviyesinden veya yörüngeden diğerine atlayabileceğini önerdi. Bohr modeli diğer modeller tarafından yerini alsa da, temel ilkeleri geçerliğini korumaktadır. O, tamamlayıcılık ilkesini tasarladı: öğelerin dalga gibi davranmak veya parçacık akışı gibi çelişkili özellikler açısından ayrı ayrı analiz edilebileceği. Tamamlayıcılık kavramı hem bilim hem de felsefede Bohr'un düşüncesine hakim oldu.
Bohr, Kopenhag Üniversitesi'nde Teorik Fizik Enstitüsü'nü kurdu; şimdiki adıyla Niels Bohr Enstitüsü olarak bilinir ve 1920'de açıldı. Bohr, Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy ve Werner Heisenberg gibi fizikçilere danışmanlık yaptı ve onlarla işbirliği yaptı. O, hafniyum adını verilen yeni bir zirkonya benzeri element'in varlığını önceden tahmin etti; hafniyum, Kopenhag'ın Latince adından sonra adlandırılmıştır; burada keşfedilmiştir. Daha sonra, bohrium elementi onun adından sonra adlandırılmıştır.
1930'lar boyunca Bohr, Nazizmden kaçan mültecilere yardım etti. Danimarka Almanca tarafından işgal edildikten sonra, Alman nükleer silah projesinin başına geçen Heisenberg ile ünlü bir toplantısı oldu. Eylül 1943'te Bohr'a Almanlar tarafından tutuklanmak üzere olduğu haberi ulaştı ve İsveç'e kaçtı. Oradan İngiltere'ye uçuruldu; burada İngiliz Tube Alloys nükleer silah projesine katıldı ve Manhattan Projesi'ne İngiliz misyonunun bir parçası oldu. Savaştan sonra Bohr, nükleer enerji konusunda uluslararası işbirliğine çağrı yaptı. O, CERN'in ve Danimarkalı Atom Enerjisi Komisyonu'nun Araştırma Kurumu Risø'nün kurulmasında yer aldı ve 1957'de Kuzey Teorik Fizik Enstitüsü'nün ilk başkanı oldu.
Erken yıllar
Bohr, 7 Ekim 1885'te Kopenhag, Danimarka'da doğdu; Kopenhag Üniversitesi'nde fizyoloji profesörü olan Christian Bohr ve Ellen Bohr (kızlık adı Adler) olan üç çocuğun ikincisiydi; Ellen, varlıklı Danimarkalı Yahudi Adler bankacı ailesinden David B. Adler'in kızıydı. Büyük bir kız kardeşi Jenny ve daha küçük bir erkek kardeşi Harald'ı vardı. Jenny öğretmen oldu; Harald ise matematikçi ve futbolcu oldu ve 1908 Londra Yaz Olimpiyatları'nda Danimarkalı milli takım için oynadı. Niels de tutkulu bir futbolcu idi ve iki kardeş Kopenhag merkezli Akademisk Boldklub futbol kulübü için birkaç maç oynadı; Niels kaleci olarak oynadı.
Bohr, yedi yaşında başladığında Gammelholm Latin Okulu'nda eğitim aldı. 1903'te Bohr, Kopenhag Üniversitesi'ne lisans öğrencisi olarak kaydoldu. Bölümü fizikydi; bunu o zamanın üniversitenin tek fizik profesörü olan Profesör Christian Christiansen'in altında okudu. Ayrıca Profesör Thorvald Thiele'nin altında astronomi ve matematikği okudu ve babası'nın arkadaşı olan Profesör Harald Høffding'in altında felsefeyi okudu.
1905'te Danimarkalı Kraliyet Bilim ve Edebiyat Akademisi, Lord Rayleigh tarafından 1879'da önerilen bir sıvının yüzey gerilimini ölçme yöntemini araştırmak için altın madalya yarışması düzenledi. Bu, bir su jeti yarıçapının salınım frekansını ölçmeyi içeriyordu. Bohr, üniversitedeki babasının laboratuvarında bir dizi deney yaptı; üniversitenin kendisinin fizik laboratuvarı yoktu. Deneylerini tamamlamak için kendi cam malzemeleri yapmak zorunda kaldı ve gerekli eliptik kesitlere sahip test tüpleri oluşturdu. O, orijinal görevi aşarak Rayleigh'ın teorisine ve yöntemine iyileştirmeler kattı; suyun viskozitesini dikkate alarak ve sadece sonsuz küçük olanlar yerine sonlu genliklerle çalışarak. Son anda sunduğu deneme ödülü kazandı. Daha sonra makalenin geliştirilmiş bir versiyonunu Londra'daki Royal Society'ye Royal Society'nin Philosophical Transactions'ında yayınlanmak üzere sundu.
iki Bohr kardeşinden master derecesi almak, Nisan 1909'da matematikde kazandı. Niels, danışmanı Christiansen tarafından atanan metallerin elektron teorisi konusunda yüksek lisans tezini yaptı. Bohr daha sonra yüksek lisans tezini çok daha büyük Doktora tezine dönüştürdü. O, konuyla ilgili literatürü inceledi ve Paul Drude tarafından varsayılan ve Hendrik Lorentz tarafından geliştirilmiş modele yerleşti; burada bir metalin elektronları gaz gibi davranırlar. Bohr, Lorentz'in modelini genişletti ancak Hall etkisi gibi fenomenleri açıklamakta başarısız oldu ve elektron teorisinin metallerin manyetik özelliklerini tam olarak açıklayamayacağı sonucuna vardı. Tez Nisan 1911'de kabul edildi ve Bohr, 13 Mayıs'ta resmi savunmasını gerçekleştirdi. Harald önceki yıl doktorasını almıştı. Bohr'un tezi çığır açıcıydı ancak Skandinavya dışında çok az ilgi çekti çünkü Danimarkalı yazılmıştı; o zamanlar Kopenhag Üniversitesi'nin bir gerekliliğiydi. 1921'de, Hollandalı fizikçi Hendrika Johanna van Leeuwen, Bohr'un tezinden bağımsız olarak bugün Bohr–van Leeuwen teoremi olarak bilinen bir teoremi türetecekti.
1910'da Bohr, matematikçi Niels Erik Nørlund'un kız kardeşi olan Margrethe Nørlund'u tanıştı. Bohr, 16 Nisan 1912'de Danimarka Kilisesi'nden üyeliğini istifa etti ve o ile Margrethe, 1 Ağustos'ta Slagelse kasabasının belediye binasında sivil bir törenle evlendiler. Yıllar sonra, erkek kardeşi Harald benzer şekilde evlenmeden önce kiliseden ayrıldı. Bohr ve Margrethe'nin altı oğlu vardı. En büyüğü Christian, 1934'te bir teknede kaza sonucu öldü ve bir diğeri, Harald, çocukluk meningitinden öldü. Aage Bohr başarılı bir fizikçi oldu ve 1975'te babası gibi Fizik Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Hans, kimya mühendisi; ve Ernest, avukat. Amcası Harald gibi, Ernest Bohr da olimpiyat sporcusu oldu ve 1948 Londra Yaz Olimpiyatları'nda Danimarka için field hockey oynadı.
Fizik
Bohr modeli
Eylül 1911'de Bohr, Carlsberg Vakfı'ndan bir bursa ile desteklenerek İngiltere'ye seyahat etti. O zamanlar, atom ve moleküllerin yapısı hakkında en teorik çalışmalar burada yapılıyordu. O, Cavendish Laboratuvarı ve Trinity College, Cambridge'de J. J. Thomson'u tanıştı. O, James Jeans ve Joseph Larmor tarafından verilen elektromanyetizm üzerine dersler aldı ve katot ışınları hakkında bazı araştırmalar yaptı ancak Thomson'u etkilemeyi başaramadı. O, Avustralyalı William Lawrence Bragg ve Yeni Zelanda'lı Ernest Rutherford gibi daha genç fizikçilerle daha fazla başarı elde etti; onun 1911 küçük merkezi çekirdek Rutherford atomu modeli, Thomson'ın 1904 kuru üzümlü puding modelini sorgulamıştı. Bohr, Rutherford'dan Manchester'daki Victoria Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırma yapmak için bir davet aldı; burada Bohr, George de Hevesy ve Charles Galton Darwin'i tanıştı; Bohr ona "asıl Darwin'in torunu" dedi.
Bohr, Temmuz 1912'de Danimarka'ya evliliğine dönmek için geri döndü ve balayını İngiltere ve İskoçya'da geçirdi. Dönüşünde, Kopenhag Üniversitesi'nde termidinamik hakkında dersler veren bir privatdocent oldu. Martin Knudsen, Bohr'un adını doçentlik için ileri sürdü; bu Temmuz 1913'te onaylandı ve Bohr daha sonra tıp öğrencilerine ders vermeye başladı. O'nun üç makalesi; daha sonra "triloji" olarak ünlü hale geldi; Philosophical Magazine'de o yılın Temmuz, Eylül ve Kasım aylarında yayınlandı. O, Rutherford'un nükleer yapısını Max Planck'ın kuantum teorisine uyarladı ve böylece atomun Bohr modelini oluşturdu.
Atomların gezegen modelleri yeni değildi ama Bohr'un muamelesiydi. Darwin'in 1912 yazısını alfa parçacıklarının bir çekirdekle etkileşiminde elektronların rolü hakkında başlangıç noktası olarak alarak; o, elektronların atom çekirdeği etrafında yörüngeler içinde seyahat etme teorisini ileri sürdü; her elemanın kimyasal özellikleri büyük ölçüde atomlarının dış yörüngelerindeki elektron sayısı tarafından belirlenir. O, bir elektronun daha yüksek enerjili bir yörüngeden daha düşük bir yörüngeye düşebileceği ve bu süreçte ayrık enerjinin bir kuantumunu yayabileceği fikrini sundu. Bu, şimdi eski kuantum teorisi olarak bilinen şeyin temeli haline geldi.
1885'te Johann Balmer, bir hidrojen atomunun görünür spektral çizgilerini tanımlamak için Balmer serisini ortaya koydu:
burada λ, emilen veya yayılan ışığın dalga boyu ve RH, Rydberg sabitidir. Balmer'ın formülü, ek spektral çizgilerin keşfedilmesiyle desteklendi ancak otuz yıl boyunca, hiç kimse bunun neden işe yaradığını açıklayamadı. Trilojisin ilk makalesinde Bohr, bunu modelinden türetebildi:
burada me elektronun kütlesiydi, e onun yükü, h Planck'ın sabiti ve Z atomun atom numarasıdır; 1 hidrojene göre.
Modelin ilk engeli, Pickering serisi; Balmer'ın formülüne uymayan çizgilerdi. Alfred Fowler tarafından buna karşı sorgulandığında, Bohr, bunların yalnızca bir elektronli iyonlaşmış helyumdan (helyum atomları) kaynaklandığını yanıtladı. Bohr modeli, bu tür iyonlar için işe yaradığı bulundu. Thomson, Rayleigh ve Hendrik Lorentz gibi birçok daha yaşlı fizikçi trilojiyi beğenmedi ancak Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born ve Arnold Sommerfeld'i içeren daha genç kuşak bunu bir atılım olarak gördü. Trilojisin kabulü tamamen diğer modelleri engelle koymuş fenomenleri açıklama ve daha sonra deneyler tarafından doğrulanmış sonuçları tahmin etme yeteneğine bağlıydı. Bugün, atomun Bohr modeli yerini aldı ancak yine de atomun en iyi bilinen modelidir çünkü genellikle lise fiziki ve kimya metinlerinde görünür.
Bohr tıp öğrencilerine ders vermeyi sevmedi. O, Manchester'a dönmeye karar verdi; burada Rutherford, Darwin'in görev süresi sona erdiğinde onun yerine okuyucu olarak kendisine bir iş teklif etmişti. Bohr kabul etti. Kopenhag Üniversitesi'nden izin aldı; bunu kardeşi Harald ve teyze Hanna Adler ile Tyrol'daki tatil yaparak başladı. Orada, Göttingen Üniversitesi'ni ve Ludwig Maximilian Üniversitesi'ni ziyaret etti; burada Sommerfeld'i tanıştı ve triloji hakkında seminerler gerçekleştirdi. Birinci Dünya Savaşı, Tyrol'da bulundukları sırada patlak verdi; Danimarka'ya dönüş yolculuğunu ve Bohr'un Margrethe ile İngiltere'ye sonraki yolculuğunu büyük ölçüde karmaşıklaştırdı; burada Ekim 1914'te vardı. Temmuz 1916'ya kadar kaldılar; bu arada Kopenhag Üniversitesi'nde Teorik Fizik Öğretim Görevlisine atanmıştı; bu görev özel olarak onun için oluşturulmuştu. Doçentliği aynı anda kaldırıldı; bu nedenle yine de tıp öğrencilerine fizik öğretmek zorunda kaldı. Yeni profesörlerin resmi olarak Kral Christian X'e sunulması durumunda; o, böyle ünlü bir futbolcuyla tanışmaktan memnuniyetini ifade etti.
Fizik Enstitüsü
Nisan 1917'de Bohr, Teorik Fizik Enstitüsü'nü kurma kampanyasını başlattı. O, Danimarkalı hükümetin ve Carlsberg Vakfı'nın desteğini aldı ve endüstri ve özel bağışçılar tarafından, çoğu Yahudi olan önemli katkılar yapıldı. Enstitüsü kuran mevzuat Kasım 1918'de kabul edildi. Şimdiki adıyla Niels Bohr Enstitüsü, 3 Mart 1921'de açıldı; Bohr onun direktörü olarak görev yaptı. Ailesi birinci katındaki bir daire'ye taşındı. Bohr'un enstitüsü, 1920'ler ve 1930'larda kuantum mekaniği ve ilgili konular hakkında araştırma yapanlar için bir odak noktası olarak hizmet verdi; o zamanlar dünyanın en iyi bilinen teorik fizikçileri onun yanında zaman harcadı. Erken gelenler arasında Hollanda'dan Hans Kramers, İsveç'ten Oskar Klein, Macaristan'dan George de Hevesy, Polonya'dan Wojciech Rubinowicz ve Norveç'ten Svein Rosseland vardı. Bohr, samimi ev sahibi ve eminente meslektaşı olarak geniş çapta takdir görmektedir. Klein ve Rosseland, enstitünün açılmadan önceki ilk yayınını ürettiler.
Bohr modeli hidrojen için iyi işe yarıyordu ancak daha karmaşık elementleri açıklayamıyordu. 1919'a kadar Bohr, elektronların çekirdeğin etrafında döndüğü fikrini terk etmekteydi ve onları tanımlamak için sezgisel yöntemler geliştirmekteydi. Nadir toprak elementleri, kimyagerleri için özel bir sınıflandırma sorunu ortaya koydular; çünkü kimyasal olarak çok benzemekteydi. Önemli bir gelişme 1924'te Wolfgang Pauli'nin Pauli dışlama ilkesi'nin keşfi ile ortaya çıktı; bu Bohr'un modellerini sağlam teorik temele oturttu. Bohr daha sonra, henüz keşfedilmemiş element 72'nin nadir toprak elementi değil; zirkonyuma kimyasal özellikler açısından benzer bir element olduğunu beyan edebildi. O, Fransız kimyager Georges Urbain tarafından derhal sorgulandı; nadir toprak elementi 72'yi keşfettiğini iddia etti; bu sebeple onu chukriyum adlandırdı
