Niels Bohr

Las biografías y las vidas de personas que, como Niels Bohr, atraen nuestro interés, tienen que servirnos en todo momento como referencia y reflexión para ofrendar un marco y un contexto a otra sociedad y otra etapa de la historia que no son las nuestras. Hacer un esfuerzo por entender la biografía de Niels Bohr, el motivo por el cual Niels Bohr vivió de la forma en que lo hizo y actuó de la forma en que lo hizo en su vida, es algo que nos impulsará por un lado a vislumbrar mejor el alma del ser humano, y por el otro, la manera en que se mueve, de forma inexorable, la historia.

Vida y Biografía de Niels Bohr

(Niels Henrik David Bohr; Copenhague, 1885 - 1962) Físico danés. Considerado como entre las figuras mucho más deslumbrantes de la física moderna y, por sus aportaciones teóricas y sus trabajos prácticos, como entre los progenitores de la bomba atómica, fue premiado en 1922 con el Premio Nobel de Física "por su investigación sobre la composición de los átomos y la radiación que emite de ellos".

Más allá de contravenir principios de la física tradicional, su modelo atómico, que incorporaba el modelo de átomo planetario de Rutherford y la noción de cuanto de acción introducida por Planck, dejó argumentar tanto la seguridad del átomo como sus características de emisión y de absorción de radiación. En esta teoría, el electrón puede ocupar ciertas órbitas estacionarias en las que no irradia energía, y los procesos de emisión y de absorción son concebidos como transiciones del electrón de una órbita estacionaria a otra.

Biografía

Niels Bohr cursó estudios superiores de física en la Universidad de Copenhague, donde consiguió el nivel de doctor en 1911. Tras haberse revelado como una estable promesa en el campo de la física nuclear, pasó a Inglaterra para agrandar sus entendimientos en el respetado Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge, bajo la tutela de sir Joseph John Thomson (1856-1940), químico británico distinguido con el Premio Nobel en 1906 por sus estudios en relación al paso de la electricidad a través del interior de los gases, que le habían tolerado conocer el electrón, partícula previamente intuida y mencionada por George Johnstone Stoney (1826-1911).

Exactamente al estudio de los electrones se encontraba dedicada la proposición doctoral que terminaba de leer el joven Bohr en Copenhague, y que había llevado a territorio británico con la promesa de verla traducida al inglés. Pero, comoquiera que Thomson no se mostrara entretenido por el trabajo del científico danés, Bohr decidió dejar el Cavendish Laboratory y irse a la Universidad de Manchester, donde aprovechó las enseñanzas de otro Premio Nobel, Ernest Rutherford (1871-1937), para agrandar sus saberes sobre los modelos del átomo y la radiactividad, descubierta por Pierre y Marie Curie.

A partir de entonces, entre los dos científicos se estableció una angosta colaboración que, sostenida por firmes nudos de amistad, habría de ser tan perdurable como fecunda. Rutherford había elaborado una teoría del átomo que era completamente válida en un chato especulativo, pero que no podía mantenerse en las leyes de la física tradicional. Bohr, en un alarde de audacia que resultaba impredecible en su carácter tímido y retraído, se atrevió a soslayar los inconvenientes que obstaculizaban los progresos de Rutherford con una solución tan fácil como osada: aseveró, sencillamente, que los movimientos que se daban en el átomo están regidos por unas leyes extrañas a las de la física clásico.

En 1913, Niels Bohr alcanzó celebridad mundial en el campo de la física al divulgar una secuencia de ensayos en los que revelaba su especial modelo de la composición del átomo. Tres años después, el científico danés regresó a su localidad natal para ocupar una plaza de instructor de Física Teórica en su vieja alma mater; y en 1920, merced al prestigio en todo el mundo que había ido consiguiendo por sus estudios y publicaciones, logró las subvenciones primordiales para la fundación del llamado Instituto Nórdico de Física Teórica (después llamado Instituto Niels Bohr), cuya dirección aceptó desde 1921 hasta hoy de su muerte (1962).

En un tiempo reducido este centro se erigió, al lado de las universidades alemanas de Munich y Göttingen, en entre los tres vértices del triángulo europeo donde se estaban construyendo las primordiales indagaciones sobre la física del átomo. En 1922, año en el que Bohr se consagró finalmente como científico de renombre universal con la obtención del Premio Nobel, vino al planeta su hijo Aage Niels Bohr, que habría de continuar los pasos de su padre y ayudar con él en múltiples indagaciones. Doctorado asimismo en física, fue, exactamente la misma su progenitor, instructor universitario de esa materia y directivo del Instituto Nórdico de Física Teórica, y recibiría el Premio Nobel en 1975.

Inmerso en sus indagaciones sobre el átomo y la mecánica cuántica, Niels Bohr enunció, en 1923, el principio de la correo, al que añadió en 1928 el principio de la complementariedad. A raíz de esta última aportación salió formando cerca de su figura la llamada Escuela de Copenhague de la mecánica cuántica, cuyas teorías fueron combatidas ferozmente (y precisamente en balde) por Albert Einstein (1879-1955). A pesar de estas diferencias, sostenidas siempre y en todo momento en un chato teorético (ya que Einstein solo ha podido oponer a las proposiciones de Bohr elucubraciones mentales), el padre de la teoría de la relatividad reconoció en el físico danés a "entre los mucho más enormes estudiosos científicos de nuestro tiempo".

En la década de los años treinta, Niels Bohr pasó largas temporadas en los Estados Unidos de América, adonde llevó las primeras novedades sobre la fisión nuclear, descubierta en 1938 en Berlín por Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassmann (1902-1980), que habrían de ofrecer rincón a los trabajos de fabricación de armas nucleares de destrucción masiva. Durante cinco meses trabajó con J. A. Wheeler en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Novedosa Jersey), y anunció, adjuntado con su colaborador, que el plutonio tenía que ser fisionable, de la misma lo era el uranio.

De regreso a Dinamarca, fue escogido presidente de la Real Academia Danesa de Ciencias (1939). Volvió a instalarse en Copenhague, en donde continuó estudiando y también dando clases hasta el momento en que en 1943, a causa de la ocupación alemana, debió dejar su país natal gracias a sus orígenes judíos. Su vida y la de los suyos llegaron a estar tan conminadas que se vio forzado a embarcar a su familia en un pequeño bote de pesca y poner con rumbo a Suecia. Pocos días después, Bohr se refugió en los Estados Unidos y, bajo el seudónimo de Nicholas Baker, comenzó a ayudar activamente en el llamado Proyecto Manhattan, creado en un laboratorio de Los Chopos (Nuevo México), cuyo resultado fue la fabricación de la primera bomba atómica.

Al término de la II Guerra Mundial (1939-1945), regresó a Dinamarca y volvió a ponerse adelante del Instituto Nórdico de Física Teórica. A partir de entonces, siendo consciente de las apps asoladoras que podían tener sus indagaciones, se dedicó a seducir a sus colegas de la necesidad de utilizar los descubrimientos de la física nuclear con fines útiles y beneficiosos.

Vanguardista en la organización de simposios y charlas de todo el mundo sobre la utilización pacífico de la energía atómica, en 1951 publicó y difundió por todo el planeta un manifiesto firmado durante más de cien científicos ilustres, en el que se confirmaba que los poderes públicos debían asegurar el empleo de la energía atómica para fines pacíficos. Por todo ello, en 1957, recibió el premio Átomos para la Paz, convocado por la Fundación Ford para beneficiar las indagaciones científicas dirigidas al avance de la raza humana.

Directivo, desde 1953, de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, Niels Henrik David Bohr murió en Copenhague a lo largo del otoño de 1962, a los setenta y siete años de edad, tras haber dejado impresas ciertas proyectos tan valiosas como Teoría de los fantasmas y constitución atómica (1922), Luz y vida (1933), Teoría atómica y descripción de la naturaleza (1934), El mecanismo de la fisión nuclear (1939) y Física atómica y conocimiento humano (1958).

El modelo atómico de Bohr

Las primeras aportaciones importantes de Bohr a la Física moderna tuvieron rincón en 1913, en el momento en que, para enfrentar los inconvenientes con que había encontrado su profesor y amigo Rutherford, aseveró que los movimientos internos que tienen sitio en el átomo están regidos por leyes particulares, extrañas a las de la física clásico. Al hilo de esta afirmación, Bohr observó asimismo que los electrones, en el momento en que se encuentran en determinados estados estacionarios, dejan de irradiar energía.

En situación, Rutherford había atisbado un átomo de hidrógeno formado por un protón (esto es, una carga efectiva central) y un partícula negativa que viraría cerca de dicho protón de una forma similar al movimiento descrito por los planetas en sus órbitas en torno al sol. Pero esta teoría contravenía las leyes de la física clásico, ya que, a juzgar por lo popular hasta el momento, una carga eléctrica en movimiento debía irradiar energía, y, en consecuencia, el átomo no podría ser permanente.

Niels Bohr aceptó, en parte, la teoría atómica de Rutherford, pero la superó combinándolo con las teorías cuánticas de Max Planck (1858-1947). En los tres productos que publicó en el Philosophical Magazine en 1913, Bohr enunció 4 postulados: 1) Un átomo tiene un preciso número de órbitas estacionarias, en las que los electrones no radian ni absorben energía, si bien estén en movimiento. 2) El electrón da un giro cerca de su núcleo de tal modo que la fuerza centrífuga se utiliza para equilibrar con precisión la atracción electrostática de las cargas opuestas. 3) El instante angular del electrón en un estado estacionario es un múltiplo de h / 2p (donde h es la incesante cuántica universal de Planck).

Según el cuarto postulado, en el momento en que un electrón pasa de un estado estacionario de sobra energía a otro de menos (y, por lo tanto, mucho más próximo al núcleo), la variación de energía se emite con apariencia de un cuanto de radiación electromagnética (o sea, un fotón). Y, al contrario, un electrón solo interactúa con un fotón cuya energía le deje pasar de un estado estacionario a otro de mayor energía.

Dicho de otra manera, la radiación o absorción de energía solo tiene sitio en el momento en que un electrón pasa de una órbita de mayor (o menor) energía a otra de menor (o mayor), que está mucho más próxima (o distanciada) con en comparación con núcleo. La continuidad f de la radiación emitida o absorbida viene cierta por la relación: E1 - E2 = hf, donde E1 y E2 son las energías que corresponden a las órbitas de tránsito del electrón. Merced a este último y mucho más complejo postulado, Bohr ha podido argumentar por qué razón, por poner un ejemplo, los átomos de hidrógeno ceden propias longitudes de onda de luz, que se muestran en el fantasma del hidrógeno como una distribución fija de líneas de luz famosa como serie de Balmer.

En un principio, el modelo atómico propuesto por Bohr desconcertó a la mayoría de los científicos de todo el planeta. Su forma de argumentar la composición de un átomo era no hacer ni caso (por lo menos en algunas partes pequeñas del átomo) de un principio recibido de la física. La teoría atómica de Bohr parecía prácticamente un timo: inventar un modelo sencillamente por dado que podría marchar bien. Pero, a causa de que su compañero y profesor Rutherford le felicitara efusivamente por estos postulados, varios estudiosos del Centro y el Norte de Europa han comenzado a interesarse por las ideas del físico danés, y ciertos de ellos, como los alemanes James Franck (1882-1964) y Gustav Hertz (1887-1975), dieron nuevos datos que confirmaban la validez del modelo de Bohr.

La teoría atómica de Bohr se aplicó, de hecho, al estudio del átomo de hidrógeno, si bien enseguida ha podido generalizarse a otros elementos superiores, merced a la amplitud y el avance que le dio el trabajo de Arnold Sommerfeld (1868-1951), que mejoró el modelo del danés para argumentar la composición fina del fantasma. De ahí que los postulados lanzados por Niels Bohr en 1913 logren considerarse como las bases en que se sosten la física nuclear moderna.

El principio de correo

Con la formulación de estos postulados, Niels Bohr logró, de hecho, ofrecer una explicación cuantitativa del fantasma del hidrógeno; y, esencialmente, logró detallar los principios de la teoría cuántica del átomo en la manera mucho más clara y breve viable. Pero, frente todo, su enorme acierto fue apuntar que estos principios eran irracionales desde la perspectiva de la mecánica tradicional, y avisar que requerían una exclusiva restricción en la utilización de los conceptos ordinarios de causalidad.

Para fijar las situaciones en que debían concordar la mecánica tradicional y las novedosas teorías de la mecánica cuántica, Bohr estableció en 1923 el llamado principio de correo, en virtud del que la mecánica cuántica debe tender hacia la teoría de la física clásico al encargarse de los fenómenos macroscópicos (o, dicho de otra manera, siempre y cuando los valores de las permanentes cuánticas lleguen a ser infames).

Sirviéndose de este principio, Niels Bohr y sus ayudantes, entre aquéllos que se contaba el joven Werner Karl Heisenberg (1901-1976), otro futuro Premio Nobel de Física, trazaron un cuadro aproximado de la composición de los átomos que tienen varios electrones; y lograron otros logros como argumentar la naturaleza de los rayos X, los fenómenos de la absorción y emisión de luz por la parte de los átomos y la variación periódica en el accionar químico que reflejaba la tabla periódica de los elementos.

El principio de complementariedad

En 1925, su ayudante Heisenberg enunció el principio de indeterminación o de indecisión, según el que era utópica la iniciativa de poder lograr, en el campo de la microfísica, un conocimiento pleno de la verdad de la naturaleza en sí o de ciertas cosas que la conforman, puesto que los instrumentos usados en la experimentación son elementos naturales sometidos a las leyes de la física clásico.

La formulación de este lumínico principio de Werner Heisenberg sugirió por su parte a Bohr un nuevo precepto: el llamado principio de complementariedad de la mecánica cuántica (1928). Partiendo de la dualidad onda-partícula últimamente enunciada por el joven Louis de Broglie (1892-1987), o sea, de la constatación de que la luz y los electrones actúan unas ocasiones como ondas y otras como partículas, Bohr aseveró que, en los dos casos, ni las características de la luz ni las de los electrones tienen la posibilidad de observarse simultáneamente, por mucho que sean complementarias entre sí y primordiales para una interpretación adecuada.

En otras expresiones, el principio de complementariedad expresa que no hay una separación recia entre los elementos atómicos y los instrumentos que miden su accionar. Ambos son, en opinión de Bohr, complementarios: elementos de distintas categorías, introduciendo fenómenos correspondientes a un mismo sistema atómico, pero solo identificables en ocasiones experimentales que son físicamente incompatibles.

Siguiendo este razonamiento, Niels Bohr asimismo estimó que eran complementarias algunas especificaciones, por norma general causales y espacio-temporales, tal como algunas características físicas como la situación y el instante precisos. En su apreciado ensayo que se titula Luz y vida (1933), el científico danés, dando una aceptable exhibe de sus singulares talentos para la especulación filosófica, examinó las implicaciones humanas del principio de complementariedad.

La fisión nuclear

En la década de los años treinta, el creciente interés de todos y cada uno de los científicos occidentales por el estudio del interior del núcleo del átomo (con abundante experimentación sobre esto) llevó a Bohr al estudio detallado de los inconvenientes surgidos al intentar interpretar los nuevos entendimientos comprados de manera tan inmediata por la física atómica. Fue tal como concibió su modelo de núcleo, al que equiparó con una gota líquida, y ha propuesto la teoría de los fenómenos de desintegración nuclear.

Con esto se encontraba sentando las bases de la fisión nuclear, que terminaría dando sitio al mucho más poderoso instrumento de exterminio concebido hasta el momento por el hombre: la bomba atómica. Bohr no llegó, empero, primeramente al descubrimiento de la fisión nuclear, conseguida por primera vez, como ahora se indicó mucho más arriba, por Otto Hahn y Fritz Strassmann en el Berlín de 1938.

El 15 de enero de 1939 llevó las primeras novedosas de este logro científico a los Estados Unidos de América, en donde probó que el isótopo 235 del uranio es el encargado de la mayoría de las fisiones. En el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Novedosa Jersey), en el transcurso de un fructífero periodo de colaboración con J. A. Wheeler, esbozó una exclusiva teoría del mecanismo de fisión, según la que el elemento 94 tendría idéntico accionar al visto en el U-235 en el desarrollo de fisión nuclear. El elemento 94 sería logrado un año después por Glenn Theodore Seaborg (1912-1999) y recibió el nombre de plutonio por encontrarse ahora del uranio y del neptunio en la tabla periódica.

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