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Niels Henrik David Bohr (; danés: [ˈne̝ls ˈpoɐ̯ˀ]; 7 de octubre de 1885 – 18 de noviembre de 1962) fue un físico teórico danés que hizo contribuciones fundamentales…

Niels Henrik David Bohr (; danés: [ˈne̝ls ˈpoɐ̯ˀ]; 7 de octubre de 1885 - 18 de noviembre de 1962) fue un físico teórico danés cuyas contribuciones fundamentales avanzaron en la comprensión de la estructura atómica y la teoría cuántica, un logro por el que recibió el Premio Nobel de Física en 1922. También fue un filósofo y defensor de la investigación científica.

Niels Henrik David Bohr (; danés: [ˈne̝lsˈpoɐ̯ˀ]; 7 de octubre de 1885 - 18 de noviembre de 1962) fue un físico teórico danés que hizo contribuciones fundamentales a la comprensión de la estructura atómica y la teoría cuántica, por las que recibió el Premio Nobel. en Física en 1922. También fue filósofo y promotor de la investigación científica.

Bohr formuló el modelo atómico que lleva su nombre, postulando que los niveles de energía de los electrones son discretos y que los electrones orbitan alrededor del núcleo atómico en configuraciones estables, pero son capaces de realizar una transición entre estos distintos niveles de energía. Si bien los modelos posteriores han reemplazado al modelo de Bohr, sus principios fundamentales conservan su validez. También introdujo el principio de complementariedad, que sugiere que los fenómenos pueden analizarse a través de propiedades aparentemente contradictorias, como exhibir comportamientos tanto de onda como de partícula. Este concepto de complementariedad influyó profundamente en el marco intelectual de Bohr en los ámbitos científico y filosófico.

En 1920, Bohr estableció el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague, ahora reconocido como el Instituto Niels Bohr. Brindó tutoría y participó en colaboraciones con físicos notables como Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy y Werner Heisenberg. Bohr predijo con precisión las características de un nuevo elemento similar al circonio, posteriormente denominado hafnio, designación derivada del nombre latino de Copenhague, su lugar de descubrimiento. Posteriormente, el elemento sintético bohrio recibió su nombre en su honor, en reconocimiento a su investigación pionera sobre la estructura atómica.

A lo largo de la década de 1930, Bohr brindó asistencia a los refugiados que huían del nazismo. Tras la ocupación alemana de Dinamarca, se reunió con Werner Heisenberg, que entonces dirigía el programa de armas nucleares alemán. En septiembre de 1943, al enterarse de su inminente arresto por las fuerzas alemanas, Bohr buscó refugio en Suecia. Posteriormente, fue transportado por aire a Gran Bretaña, donde se involucró en el proyecto de armas nucleares British Tube Alloys y participó en la misión británica al Proyecto Manhattan. Después de la guerra, Bohr abogó por la colaboración global en materia de energía nuclear. Desempeñó un papel en la fundación del CERN y del Centro de Investigación Risø, parte de la Comisión Danesa de Energía Atómica, y en 1957 asumió la presidencia inaugural del Instituto Nórdico de Física Teórica. En 1999, fue reconocido como el cuarto físico más importante de la historia.

Vida temprana y educación

Niels Henrik David Bohr nació en Copenhague, Dinamarca, el 7 de octubre de 1885. Fue el segundo de tres hijos de Christian Bohr, profesor de fisiología de la Universidad de Copenhague, y Ellen Adler, hija del banquero judío danés David Baruch Adler. Entre sus hermanos se encontraban una hermana mayor, Jenny, y un hermano menor, Harald. Jenny siguió una carrera como profesora, mientras que Harald se distinguió como matemático y futbolista, representando al equipo nacional danés en los Juegos Olímpicos de Verano de 1908 en Londres. Niels también compartía una gran pasión por el fútbol, ​​y ambos hermanos participaron en numerosos partidos para el Akademisk Boldklub (Club de fútbol académico) con sede en Copenhague, con Niels como portero.

Bohr comenzó su educación en Gammelholm Latin School a la edad de siete años. En 1903, se matriculó como estudiante universitario en la Universidad de Copenhague. Su principal campo de estudio fue la física, que realizó con Christian Christiansen, que entonces era el único profesor de física en la universidad. Además, estudió astronomía y matemáticas con Thorvald Thiele, y filosofía con Harald Høffding, un conocido cercano de su padre.

En 1905, la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras patrocinó un concurso por la medalla de oro para explorar un método para medir la tensión superficial de los líquidos, una técnica propuesta originalmente por Lord Rayleigh en 1879. El método implicaba medir la frecuencia de oscilación del radio de un chorro de agua. Bohr realizó una serie de experimentos utilizando el laboratorio de su padre dentro de la universidad, ya que la propia institución carecía de un laboratorio de física dedicado. Para facilitar su trabajo experimental, fabricó su propio material de vidrio, incluidos tubos de ensayo con secciones transversales elípticas específicas. Bohr amplió el alcance de la tarea original integrando mejoras tanto en el marco teórico de Rayleigh como en la metodología experimental, específicamente considerando la viscosidad del agua y empleando amplitudes finitas en lugar de amplitudes únicamente infinitesimales. Su trabajo, presentado dentro del plazo, recibió el premio. Posteriormente, envió una versión refinada del artículo a la Royal Society de Londres para su publicación en Philosophical Transactions of the Royal Society.

Harald Bohr fue el primero de los dos hermanos en obtener una maestría en matemáticas en abril de 1909. Niels lo siguió nueve meses después, completando su maestría en teoría electrónica de los metales, un tema asignado por su supervisor, Christiansen. Posteriormente, Niels amplió esta tesis de maestría hasta convertirla en su tesis doctoral considerablemente más amplia. Su investigación implicó una revisión exhaustiva de la literatura, lo que lo llevó a adoptar un modelo inicialmente propuesto por Paul Drude y desarrollado posteriormente por Hendrik Lorentz, que postulaba que los electrones en un metal se comportan como un gas. Si bien Bohr amplió el modelo de Lorentz, lo encontró inadecuado para explicar fenómenos como el efecto Hall, y concluyó que la teoría de los electrones no podía dilucidar completamente las propiedades magnéticas de los metales. La tesis fue aceptada en abril de 1911 y Bohr la defendió con éxito el 13 de mayo. Harald había obtenido su doctorado el año anterior. A pesar de su naturaleza innovadora, la tesis de Bohr obtuvo mínima atención fuera de Escandinavia, principalmente porque fue escrita en danés, un requisito de la Universidad de Copenhague en ese momento. En 1921, la física holandesa Hendrika Johanna van Leeuwen derivó de forma independiente un teorema de la tesis de Bohr, que ahora se conoce como teorema de Bohr-Van Leeuwen.

Física

modelo de Bohr

En septiembre de 1911, Niels Bohr, con el apoyo de una beca de la Fundación Carlsberg, viajó a Inglaterra, un centro líder en trabajos teóricos sobre estructuras atómicas y moleculares. Conoció a J. J. Thomson del Laboratorio Cavendish y del Trinity College de Cambridge, y asistió a conferencias sobre electromagnetismo impartidas por James Jeans y Joseph Larmor. Aunque Bohr realizó investigaciones sobre rayos catódicos, no impresionó a Thomson. Logró mayor éxito con físicos más jóvenes, en particular el australiano William Lawrence Bragg y el neozelandés Ernest Rutherford, cuyo modelo del átomo de 1911, que presentaba un pequeño núcleo central, había desafiado el modelo del pudín de pasas de Thomson de 1904. Posteriormente, Rutherford invitó a Bohr a realizar un trabajo postdoctoral en la Universidad Victoria de Manchester, donde Bohr conoció a George de Hevesy y Charles Galton Darwin, a quien Bohr describió como "el nieto del verdadero Darwin".

En julio de 1912, Bohr regresó a Dinamarca para su boda y posteriormente se embarcó en una luna de miel por Inglaterra y Escocia. A su regreso, fue nombrado Privatdocent en la Universidad de Copenhague, donde impartió clases sobre termodinámica. El nombramiento de Martin Knudsen aseguró a Bohr un puesto docente, aprobado en julio de 1913, tras lo cual comenzó a instruir a estudiantes de medicina. Ese año, sus tres artículos influyentes, más tarde reconocidos como "la trilogía", aparecieron en la Philosophical Magazine durante julio, septiembre y noviembre. En estas publicaciones, Bohr sintetizó la estructura nuclear de Rutherford con la teoría cuántica de Max Planck, estableciendo así su modelo atómico.

Aunque los modelos planetarios de átomos no eran novedosos, el enfoque de Bohr fue innovador. Basándose en el artículo de Darwin de 1912, que exploraba el papel de los electrones en la interacción de las partículas alfa con un núcleo, Bohr propuso que los electrones orbitan alrededor del núcleo atómico en "estados estacionarios" cuantificados para estabilizar el átomo. Sin embargo, fue en su artículo de 1921 donde aclaró cómo las propiedades químicas de los elementos están determinadas en gran medida por el número de electrones en sus órbitas exteriores. Además, introdujo el concepto de que un electrón podría pasar de una órbita de mayor energía a una de menor energía, emitiendo un cuanto discreto de energía en el proceso. Este principio se convirtió en un elemento fundamental de lo que ahora se conoce como la antigua teoría cuántica.

En 1885, Johann Balmer desarrolló la serie Balmer, una formulación utilizada para describir las líneas espectrales visibles de un átomo de hidrógeno.

§8λ = R H ( §3334§ §3637§ §3940§ §5051§ n §5657§ ) para   n = §7879§ , §8283§ , §8687§ , . . . {\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}=R_{\mathrm {H} }\left({\frac {1}{2^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right)\quad {\text{for}}\ n=3,4,5,...}

Aquí, λ representa la longitud de onda de la luz absorbida o emitida, y RH denota la constante de Rydberg. Aunque la fórmula de Balmer fue corroborada por la identificación de más líneas espectrales, su mecanismo subyacente permaneció sin explicación durante tres décadas. Posteriormente, Bohr derivó con éxito esta fórmula a partir de su modelo atómico, como se detalla en la publicación inicial de su trilogía fundamental:

R Z = §1920§ π §2627§ m e Z §4243§ e §5051§ h §5960§ {\displaystyle R_{Z}={2\pi ^{2}m_{e}Z^{2}e^{4} \over h^{3}}}

En esta ecuación, me denota la masa del electrón, e representa su carga, h significa la constante de Planck y Z corresponde al número atómico del átomo (que es 1 para el hidrógeno).

Un desafío principal para el modelo surgió con la serie de Pickering, un conjunto de líneas espectrales inconsistentes con la fórmula de Balmer. Cuando Alfred Fowler le preguntó sobre esta discrepancia, Bohr postuló que estas líneas se originaban a partir de helio ionizado, específicamente átomos de helio que poseen un solo electrón. El modelo de Bohr demostró aplicabilidad a este tipo de especies iónicas. Si bien numerosos físicos consagrados, incluidos Thomson, Rayleigh y Hendrik Lorentz, expresaron reservas sobre la trilogía, un grupo más joven, integrado por Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born y Arnold Sommerfeld, reconoció su significado innovador. Einstein caracterizó notablemente el modelo de Bohr como "la forma más elevada de musicalidad en la esfera del pensamiento". La adopción generalizada de la trilogía se debió exclusivamente a su capacidad para dilucidar fenómenos que previamente habían confundido a modelos alternativos y para pronosticar resultados experimentales que luego fueron confirmados empíricamente. Aunque el modelo atómico de Bohr ha sido reemplazado desde entonces por teorías más avanzadas, sigue siendo el modelo atómico más reconocido y aparece con frecuencia en los planes de estudios de física y química de la educación secundaria.

Niels Bohr consideraba insatisfactorio enseñar a estudiantes de medicina. Posteriormente reconoció su insuficiencia como conferenciante y lo atribuyó al desafío de equilibrar "Klarheit und Wahrheit" (claridad y verdad). En consecuencia, optó por regresar a Manchester, aceptando un puesto de lector ofrecido por Rutherford, que estuvo disponible después de que concluyó el mandato de Darwin. Bohr aceptó esta oferta. Consiguió un permiso de ausencia de la Universidad de Copenhague, que comenzó con unas vacaciones en el Tirol junto a su hermano Harald y su tía Hanna Adler. Durante este período, visitó la Universidad de Göttingen y la Universidad Ludwig Maximilian de Munich, donde conoció a Sommerfeld y dirigió seminarios sobre la trilogía. El estallido de la Primera Guerra Mundial durante su estancia en Tirol complicó significativamente su viaje de regreso a Dinamarca y el posterior viaje de Bohr con Margrethe a Inglaterra, donde llegó en octubre de 1914. Permanecieron en Inglaterra hasta julio de 1916, momento en el que Bohr había sido designado para la Cátedra de Física Teórica especialmente creada en la Universidad de Copenhague. Al mismo tiempo, se abolió su puesto de docente, pero mantuvo la responsabilidad de instruir en física a los estudiantes de medicina. Los nuevos profesores fueron presentados formalmente al rey Christian X, quien, según se informa, expresó su satisfacción por conocer a un jugador de fútbol tan renombrado.

Instituto de Física Teórica

En abril de 1917, Bohr inició esfuerzos para establecer un Instituto de Física Teórica. Obtuvo el apoyo del gobierno danés y de la Fundación Carlsberg, complementado con contribuciones sustanciales de entidades industriales y benefactores privados, muchos de los cuales eran judíos. La legislación que formalizó la creación del instituto se promulgó en noviembre de 1918. El instituto, ahora reconocido como el Instituto Niels Bohr, comenzó a funcionar el 3 de marzo de 1921, bajo la dirección de Bohr. Posteriormente, su familia se trasladó a un apartamento situado en el primer piso del edificio. Durante las décadas de 1920 y 1930, el instituto de Bohr se convirtió en un centro central para investigadores que exploraban la mecánica cuántica y disciplinas relacionadas, atrayendo a muchos de los físicos teóricos más destacados de la época. Los primeros visitantes notables incluyeron a Hans Kramers de los Países Bajos, Oskar Klein de Suecia, George de Hevesy de Hungría, Wojciech Rubinowicz de Polonia y Svein Rosseland de Noruega. Bohr obtuvo elogios generalizados como anfitrión hospitalario y colega distinguido. En particular, Klein y Rosseland fueron los autores de la publicación inaugural del instituto antes de su inauguración oficial.

Si bien el modelo de Bohr describió eficazmente el hidrógeno y el helio ionizado de un solo electrón, lo que granjeó la admiración de Einstein, resultó inadecuado para explicar elementos más complejos. En 1919, Bohr comenzó a apartarse del concepto de electrones orbitando alrededor del núcleo y, en cambio, desarrolló métodos heurísticos para su descripción. Los elementos de tierras raras plantearon un desafío de clasificación único para los químicos debido a sus pronunciadas similitudes químicas. En 1924 se produjo un avance significativo con la formulación del principio de exclusión de Pauli por parte de Wolfgang Pauli, que proporcionó una base teórica sólida para los modelos de Bohr. Posteriormente, Bohr afirmó que el elemento 72, entonces no descubierto, no sería un elemento de tierras raras, sino que poseería propiedades químicas similares al circonio. (Desde 1871, los elementos se habían predicho e identificado en función de sus propiedades químicas.) La afirmación de Bohr fue rápidamente cuestionada por el químico francés Georges Urbain, quien afirmó haber descubierto un elemento de tierras raras 72, al que llamó "celcio". En el Instituto de Copenhague, Dirk Coster y George de Hevesy emprendieron la tarea de validar la predicción de Bohr y refutar la afirmación de Urbain. Comenzar con una comprensión precisa de las propiedades químicas del elemento desconocido agilizó considerablemente el proceso de investigación. Examinaron sistemáticamente muestras del Museo de Mineralogía de Copenhague en busca de un elemento similar al circonio y lo localizaron rápidamente. El elemento, al que denominaron hafnio (hafnia es el término latino para Copenhague), resultó ser más abundante que el oro.

El Festival de Bohr (en alemán: Bohrfestspiele) comprendió una serie de siete conferencias pronunciadas por Bohr entre el 12 y el 22 de junio de 1922 en el Instituto de Física Teórica de Gotinga. Estas presentaciones constituyeron las Conferencias Wolfskehl, apoyadas por la Fundación Wolfskehl. El evento, que tuvo lugar en las dos semanas anteriores al Festival Internacional de Handel de Gotinga, adquirió el sobrenombre de "Festival de Bohr". En 1991, Friedrich Hund propuso que James Franck originara esta comparación. Durante estas conferencias, Bohr delineó los avances contemporáneos en la teoría de Bohr-Sommerfeld, señalando "cuán incompleto e incierto sigue siendo todo".

En 1922, Niels Bohr recibió el Premio Nobel de Física, citado específicamente "por sus servicios en la investigación de la estructura de los átomos y de la radiación que emana de ellos". Este prestigioso premio reconoció tanto su "trilogía" fundamental de artículos como sus contribuciones fundamentales al naciente campo de la mecánica cuántica. Durante su conferencia Nobel, Bohr presentó una visión exhaustiva de la comprensión contemporánea de la estructura atómica, incluyendo en particular el principio de correspondencia, un concepto que él mismo había desarrollado. Este principio postula que el comportamiento de los sistemas regidos por la teoría cuántica converge con la física clásica cuando se consideran números cuánticos grandes.

El descubrimiento de la dispersión Compton por Arthur Holly Compton en 1923 convenció a la mayoría de los físicos de que la luz estaba formada por fotones y que tanto la energía como el momento se conservaban durante las colisiones electrón-fotón. Al año siguiente, en 1924, Bohr, Kramers y John C. Slater, un físico estadounidense afiliado al Instituto de Copenhague, introdujeron la teoría de Bohr-Kramers-Slater (BKS). Este marco se consideró más un programa conceptual que una teoría física completamente desarrollada, ya que sus ideas subyacentes carecían de elaboración cuantitativa. La teoría BKS representó el último esfuerzo para explicar la interacción entre la materia y la radiación electromagnética dentro del paradigma de la antigua teoría cuántica, que abordaba los fenómenos cuánticos superponiendo restricciones cuánticas a una descripción ondulatoria clásica del campo electromagnético.

El enfoque de modelar el comportamiento atómico bajo radiación electromagnética incidente a través de "osciladores virtuales" que operan en frecuencias de absorción y emisión, distintas de las frecuencias aparentes de las órbitas de Bohr, impulsó a Max Born, Werner Heisenberg y Kramers a investigar marcos matemáticos alternativos. Esta exploración culminó con la formulación de la mecánica matricial, que constituyó la manifestación inicial de la mecánica cuántica moderna. Además, la teoría BKS estimuló el discurso y reorientó la atención hacia desafíos fundamentales dentro de la antigua teoría cuántica. El aspecto más polémico de BKS (la proposición de que el impulso y la energía se conservarían sólo estadísticamente, no en cada interacción individual) fue rápidamente refutado por experimentos realizados por Walther Bothe y Hans Geiger. En consecuencia, Bohr comunicó a Darwin que, ante estos hallazgos, "no hay nada más que hacer que brindar a nuestros esfuerzos revolucionarios un funeral lo más honorable posible".

Mecánica Cuántica

El concepto de espín del electrón, introducido por George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit en noviembre de 1925, marcó un avance significativo. El mes siguiente, Bohr viajó a Leiden para participar en las celebraciones del 50 aniversario del doctorado de Hendrick Lorentz. Durante una escala en Hamburgo, se encontró con Wolfgang Pauli y Otto Stern, quienes buscaron su perspectiva sobre la nueva teoría del espín. Bohr expresó reservas con respecto a la interacción entre electrones y campos magnéticos. A su llegada a Leiden, Paul Ehrenfest y Albert Einstein informaron a Bohr que Einstein había abordado con éxito esta cuestión aplicando los principios de la relatividad. Posteriormente, Bohr encargó a Uhlenbeck y Goudsmit que integraran esta resolución en su publicación. En consecuencia, cuando conoció a Werner Heisenberg y Pascual Jordan en Gotinga en su viaje de regreso, Bohr se había transformado, según él mismo, en "un profeta del evangelio del imán electrónico".

Werner Heisenberg visitó inicialmente Copenhague en 1924 antes de regresar a Göttingen en junio de 1925, donde posteriormente desarrolló los fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica. Al presentar sus hallazgos a Max Born en Göttingen, Born reconoció que estos resultados se expresaban de manera óptima mediante álgebra matricial. Este trabajo fundamental despertó el interés del físico británico Paul Dirac, quien posteriormente pasó seis meses en Copenhague a partir de septiembre de 1926. El físico austriaco Erwin Schrödinger también lo visitó en 1926. El esfuerzo de Schrödinger por dilucidar la física cuántica utilizando conceptos clásicos a través de la mecánica ondulatoria impresionó enormemente a Bohr, quien consideró que había contribuido "tanto a la claridad y simplicidad matemática que representa un avance gigantesco sobre todas las formas anteriores de cuántica". mecánica."

Tras la salida de Kramers del instituto en 1926 para asumir una cátedra de física teórica en la Universidad de Utrecht, Bohr facilitó el regreso de Heisenberg para ocupar el antiguo puesto de Kramers como lector en la Universidad de Copenhague. Heisenberg sirvió en Copenhague como profesor universitario y asistente de Bohr entre 1926 y 1927.

Bohr desarrolló la convicción de que la luz presentaba características tanto de ondas como de partículas; Posteriormente, en 1927, la evidencia experimental corroboró la hipótesis de De Broglie, demostrando que la materia, incluidos los electrones, también presentaba propiedades ondulatorias. Esto lo llevó a formular el principio filosófico de complementariedad, que postula que las entidades pueden poseer atributos aparentemente contradictorios, como existir como una onda o un flujo de partículas, dependiendo del contexto experimental. Se dio cuenta de que los filósofos profesionales no comprendían completamente este principio.

En febrero de 1927, Heisenberg formuló la iteración inicial del principio de incertidumbre, ilustrándola a través de un experimento mental que implicaba la observación de un electrón a través de un microscopio de rayos gamma. Bohr expresó su insatisfacción con el razonamiento de Heisenberg, argumentando que simplemente sugería que una medición perturbaba propiedades preexistentes, en lugar de abrazar el concepto más profundo de que las propiedades de un electrón son inseparables de su contexto de medición. Durante una presentación en la Conferencia de Como en septiembre de 1927, Bohr subrayó que las relaciones de incertidumbre de Heisenberg podían deducirse de principios clásicos relativos a las capacidades de resolución de los instrumentos ópticos. Bohr postuló que comprender las implicaciones genuinas de la complementariedad requeriría una "investigación más detallada". Einstein, por el contrario, favoreció el determinismo inherente a la física clásica sobre la naturaleza probabilística de la naciente física cuántica, a pesar de sus propias contribuciones a esta última. Los dilemas filosóficos que surgieron de las facetas innovadoras de la mecánica cuántica se convirtieron posteriormente en temas destacados del discurso académico. Einstein y Bohr entablaron debates amistosos sobre estos temas a lo largo de sus carreras.

En 1914, Carl Jacobsen, el sucesor de las cervecerías Carlsberg, legó su propiedad, conocida como Residencia Honoraria Carlsberg y actualmente como Academia Carlsberg, para que la ocupe de por vida el contribuyente danés más distinguido a la ciencia, la literatura o las artes, sirviendo como residencia honoraria (danés: Æresbolig). Harald Høffding fue el residente inicial y, tras su fallecimiento en julio de 1931, la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras concedió la ocupación a Bohr. Él y su familia se trasladaron a la residencia en 1932. El 17 de marzo de 1939 fue elegido presidente de la Academia.

En 1929, el fenómeno de la desintegración beta llevó a Bohr a reiterar su sugerencia de abandonar la ley de conservación de la energía; sin embargo, la postulación del neutrino de Wolfgang Pauli y el posterior descubrimiento del neutrón en 1932 ofrecieron una explicación alternativa. Este desarrollo motivó a Bohr a formular una nueva teoría del núcleo compuesto en 1936, dilucidando el mecanismo por el cual los neutrones podrían ser capturados por el núcleo atómico. Dentro de este marco teórico, se conceptualizó que el núcleo era capaz de deformarse, similar a una gota de líquido. Colaboró ​​en esta investigación con Fritz Kalckar, un físico danés que falleció inesperadamente en 1938.

La identificación de la fisión nuclear por Otto Hahn en diciembre de 1938, junto con su aclaración teórica por parte de Lise Meitner, estimuló un interés considerable dentro de la comunidad física. Bohr transmitió este importante avance a los Estados Unidos, donde co-inauguró la quinta Conferencia de Washington sobre Física Teórica con Fermi el 26 de enero de 1939. Tras la afirmación de Bohr a George Placzek de que este descubrimiento resolvía todos los enigmas relacionados con los elementos transuránicos, Placzek respondió que persistía un misterio: las energías de captura de neutrones del uranio eran inconsistentes con sus energías de desintegración. Después de un breve período de contemplación, Bohr declaró a Placzek, Léon Rosenfeld y John Wheeler: "Lo he entendido todo". Basándose en su modelo del núcleo en forma de gota de líquido, Bohr dedujo que el isótopo de uranio-235, en lugar del más frecuente uranio-238, era el principal responsable de la fisión inducida por neutrones térmicos. En abril de 1940, John R. Dunning confirmó experimentalmente la hipótesis de Bohr. Al mismo tiempo, Bohr y Wheeler formularon un marco teórico integral, que publicaron posteriormente en un artículo de septiembre de 1939 titulado "El mecanismo de la fisión nuclear".

Filosofía

Werner Heisenberg caracterizó a Niels Bohr como "principalmente un filósofo, no un físico". Bohr se comprometió con las obras del filósofo existencialista cristiano danés del siglo XIX, Søren Kierkegaard. En La fabricación de la bomba atómica, Richard Rhodes postuló que las ideas de Kierkegaard influyeron en Bohr, mediado por Høffding. Como regalo de cumpleaños en 1909, Bohr le regaló a su hermano Kierkegaard Etapas del camino de la vida. En una carta adjunta, Bohr expresó: "Es lo único que tengo para enviar a casa; pero no creo que sea muy fácil encontrar algo mejor... Incluso creo que es una de las cosas más deliciosas que he leído jamás". Si bien apreciaba el arte lingüístico y literario de Kierkegaard, Bohr notó su divergencia filosófica con los principios de Kierkegaard. Varios biógrafos de Bohr han atribuido este desacuerdo filosófico a la defensa cristiana de Kierkegaard, en contraste con la postura atea de Bohr.

El grado de influencia de Kierkegaard en el pensamiento filosófico y científico de Bohr sigue siendo un tema de debate académico. David Favrholdt sostuvo que el impacto de Kierkegaard en la obra de Bohr fue insignificante, interpretando literalmente el desacuerdo expresado por Bohr. Por el contrario, Jan Faye propuso que se podría rechazar un contenido teórico específico sin dejar de abrazar sus premisas fundamentales y su marco estructural.

Bohr formó parte del consejo editorial de la serie de libros World Perspectives, una publicación dedicada a diversas obras filosóficas.

Física Cuántica

Las perspectivas y la postura filosófica de Bohr sobre la mecánica cuántica han generado un extenso debate académico posterior. En cuanto a su interpretación ontológica del reino cuántico, Bohr ha sido caracterizado de diversas formas como antirrealista, instrumentalista, realista fenomenológico u otras formas de realista. Además, si bien algunos académicos han categorizado a Bohr como subjetivista o positivista, el consenso filosófico predominante considera esto como una interpretación errónea, dado que Bohr nunca abogó por el verificacionismo ni afirmó que el observador influyó directamente en los resultados de las mediciones.

Bohr es citado con frecuencia afirmando que "no existe un mundo cuántico", sólo una "descripción física cuántica abstracta". Sin embargo, esta afirmación no fue una declaración pública de Bohr; en cambio, fue un comentario privado que le atribuyó Aage Petersen en un recuerdo póstumo. N. David Mermin relató la enfática negación de Victor Weisskopf de que Bohr hubiera pronunciado tal declaración, y Weisskopf supuestamente exclamó: "¡Qué vergüenza para Aage Petersen por poner esas ridículas palabras en boca de Bohr!"

Un importante conjunto de estudios postula una profunda influencia de la filosofía de Immanuel Kant en Bohr. Haciéndose eco de Kant, Bohr consideraba que la diferenciación entre experiencia subjetiva y realidad objetiva era un requisito previo crucial para adquirir conocimiento. Creía que tal diferenciación se puede lograr únicamente mediante la aplicación de conceptos causales y espacio-temporales para articular la experiencia subjetiva. En consecuencia, Jan Faye interpreta que la visión de Bohr afirma que la existencia objetiva de entidades sólo puede discutirse empleando conceptos "clásicos" como "espacio", "posición", "tiempo", "causalidad" e "impulso". Bohr sostuvo que conceptos fundamentales como "tiempo" son intrínsecos al lenguaje cotidiano y que la física clásica simplemente refina estas nociones inherentes. Por tanto, Bohr concluyó que los conceptos clásicos son indispensables para describir experimentos relacionados con el mundo cuántico. Bohr articuló esta perspectiva:

[L]a explicación de toda la evidencia debe expresarse en términos clásicos. El argumento es simplemente que con la palabra "experimento" nos referimos a una situación en la que podemos contar a otros lo que hemos hecho y lo que hemos aprendido y que, por lo tanto, la descripción del arreglo experimental y de los resultados de las observaciones debe expresarse en un lenguaje inequívoco con una aplicación adecuada de la terminología de la física clásica (APHK, p. 39).

Según Faye, existen varias explicaciones para la convicción de Bohr sobre la indispensabilidad de los conceptos clásicos para describir los fenómenos cuánticos. Faye clasifica estas explicaciones en cinco marcos distintos: empirismo (específicamente, positivismo lógico); el kantianismo (o modelos epistemológicos neokantianos); pragmatismo (que enfatiza la interacción experiencial humana con sistemas atómicos basada en necesidades e intereses); el darwinismo (que postula una adaptación evolutiva de los conceptos clásicos, como señaló Léon Rosenfeld); y el experimentalismo (que prioriza estrictamente la función y el resultado de los experimentos que se pueden describir clásicamente). Estos marcos no son mutuamente excluyentes, y el énfasis de Bohr parece cambiar entre estos aspectos en diferentes momentos.

Faye afirma que Bohr consideraba el átomo como una entidad tangible, no simplemente una construcción heurística o lógica. Sin embargo, Faye también señala que Bohr no consideraba que el formalismo de la mecánica cuántica fuera "verdadero" en el sentido de proporcionar una representación literal o "pictórica" ​​del mundo cuántico, sino más bien simbólica. En consecuencia, la teoría de la complementariedad de Bohr es principalmente una interpretación semántica y epistemológica de la mecánica cuántica, aunque con implicaciones ontológicas específicas. Faye aclara la tesis de la indefinibilidad de Bohr de la siguiente manera:

Las condiciones de verdad para afirmaciones que atribuyen valores cinemáticos o dinámicos específicos a un objeto atómico dependen del aparato experimental involucrado, por lo que requieren que estas condiciones abarquen referencias tanto a la configuración experimental como al resultado real del experimento.

Faye destaca que la interpretación de Bohr omite notablemente cualquier mención de un "colapso de la función de onda durante las mediciones", una idea que el propio Bohr nunca articuló. En cambio, Bohr abrazó la interpretación estadística de Born, basada en su convicción de que la función ψ posee un significado únicamente simbólico y no representa ninguna realidad objetiva. En consecuencia, dada la opinión de Bohr de que la función ψ no es una representación pictórica literal de la realidad, el concepto de un colapso genuino de la función de onda se vuelve insostenible.

Un importante punto de controversia en la erudición contemporánea tiene que ver con la perspectiva de Bohr sobre la realidad de los átomos y si su naturaleza se extiende más allá de sus manifestaciones aparentes. Académicos como Henry Folse sostienen que Bohr diferenciaba entre fenómenos observados y una realidad trascendental. Por el contrario, Jan Faye cuestiona esta afirmación, sosteniendo que para Bohr, el formalismo cuántico y la complementariedad constituían el único discurso permisible sobre el mundo cuántico. Faye afirma además que "no hay más evidencia en los escritos de Bohr que indique que Bohr atribuiría propiedades de estado intrínsecas e independientes de la medición a los objetos atómicos [...] además de las clásicas que se manifiestan en la medición".

Segunda Guerra Mundial

Asistencia a becarios refugiados

El ascenso del nazismo en Alemania obligó a numerosos académicos a emigrar, ya sea debido a su herencia judía o a su oposición al régimen nazi. En 1933, la Fundación Rockefeller estableció un fondo para ayudar a los académicos desplazados, un programa que Bohr discutió con Max Mason, el presidente de la Fundación, durante una reunión de mayo de 1933. Bohr amplió oportunidades de empleo temporal en su instituto, brindó asistencia financiera, facilitó becas de la Fundación Rockefeller y, en última instancia, aseguró puestos para estos académicos en instituciones a nivel mundial. Entre las personas a las que ayudó se encontraban Guido Beck, Felix Bloch, James Franck, George de Hevesy, Otto Frisch, Hilde Levi, Lise Meitner, George Placzek, Eugene Rabinowitch, Stefan Rozental, Erich Ernst Schneider, Edward Teller, Arthur von Hippel y Victor Weisskopf.

En abril de 1940, durante la fase inicial de la Segunda Guerra Mundial, la Alemania nazi inició la invasión y posterior ocupación de Dinamarca. Para salvaguardar las medallas de oro del Nobel pertenecientes a Max von Laue y James Franck de la confiscación alemana, Bohr ordenó a George de Hevesy que las disolviera en agua regia. Estas medallas disueltas se almacenaron en un estante del Instituto durante toda la guerra, hasta que más tarde la Fundación Nobel precipitó el oro y las medallas fueron acuñadas de nuevo. La medalla personal de Bohr se había contribuido a una subasta para el Fondo de Ayuda Finlandés y se vendió en marzo de 1940 junto con la medalla de August Krogh. Posteriormente, el comprador donó ambas medallas al Museo Histórico Danés en el Castillo de Frederiksborg, donde permanecen guardadas, aunque la medalla de Bohr fue transportada temporalmente al espacio por Andreas Mogensen durante la Expedición 70 de la ISS en 2023-2024.

Bohr mantuvo las operaciones del Instituto, a pesar de la partida de todos los académicos internacionales.

Encuentro con Heisenberg

Bohr reconoció el potencial teórico de la utilización de uranio-235 para la construcción de bombas atómicas, un tema que abordó en conferencias en Gran Bretaña y Dinamarca antes y después del comienzo de la guerra. Sin embargo, duda de la viabilidad técnica de extraer una cantidad suficiente de uranio-235. En septiembre de 1941, Werner Heisenberg, que había asumido la dirección del programa de energía nuclear alemán, visitó a Bohr en Copenhague. Durante este encuentro, los dos hombres entablaron una discusión privada al aire libre, cuyos detalles han generado considerable especulación debido a sus recuerdos divergentes. Heisenberg afirmó que inició una conversación sobre energía nuclear, moralidad y la guerra, a lo que Bohr supuestamente reaccionó poniendo fin abruptamente a la discusión sin revelar sus propias perspectivas. Por el contrario, Ivan Supek, estudiante y asociado de Heisenberg, afirmó que el foco principal de la reunión era la propuesta de Carl Friedrich von Weizsäcker de persuadir a Bohr para mediar en un acuerdo de paz entre Gran Bretaña y Alemania.

En 1957, Heisenberg mantuvo correspondencia con Robert Jungk, quien entonces era autor del libro Más brillante que mil soles: una historia personal de los científicos atómicos. Heisenberg articuló que su Al revisar la interpretación de Jungk en la traducción danesa del libro, Bohr redactó una carta a Heisenberg (que nunca fue enviada), expresando un profundo desacuerdo con el relato de Heisenberg sobre la reunión. Lo que Bohr recuerda es que la producción teatral de Michael Frayn de Heisenberg de 1998, Copenhague, dramatiza escenarios potenciales del encuentro de 1941 entre Heisenberg y Bohr. Una adaptación cinematográfica para televisión de la BBC se estrenó el 26 de septiembre de 2002 y presenta a Stephen Rea como Bohr. Tras la posterior publicación de las cartas de Bohr, los historiadores han criticado la obra por presentar una "grotesca simplificación excesiva y una perversión del equilibrio moral real" al adoptar un punto de vista pro-Heisenberg.

La misma reunión había sido dramatizada previamente en 1992 por la serie documental científica de la BBC Horizon, con Anthony Bate interpretando a Bohr y Philip Anthony como Heisenberg. El encuentro también se describe en la miniserie noruega, danesa y británica The Heavy Water War.

Proyecto Manhattan

En septiembre de 1943, Niels Bohr y su hermano Harald recibieron información de que el régimen nazi consideraba a su familia judía debido a la herencia de su madre, lo que los colocaba en riesgo de arresto. La resistencia danesa facilitó la fuga de Bohr y su esposa por mar a Suecia el 29 de septiembre. Al día siguiente, Bohr persuadió con éxito al rey Gustavo V de Suecia para que declarara públicamente la voluntad de Suecia de conceder asilo a los refugiados judíos. El 2 de octubre de 1943, la radio sueca transmitió la oferta de asilo, a la que rápidamente siguió el rescate masivo de judíos daneses por parte de sus compatriotas. Mientras que algunos historiadores sostienen que las acciones de Bohr precipitaron directamente este rescate masivo, otros sostienen que, a pesar de los diligentes esfuerzos de Bohr en nombre de sus compatriotas, su influencia en los acontecimientos más amplios no fue decisiva. Al final, más de 7.000 judíos daneses buscaron refugio con éxito en Suecia.

Al enterarse de la exitosa fuga de Bohr, Lord Cherwell envió un telegrama invitándolo a Gran Bretaña. Posteriormente, Bohr llegó a Escocia el 6 de octubre, a bordo de un avión De Havilland Mosquito operado por la British Overseas Airways Corporation (BOAC). Estos aviones Mosquito eran bombarderos desarmados de alta velocidad reutilizados para transportar carga o personal críticos. Su capacidad operativa a altas velocidades y altitudes les permitió atravesar el espacio aéreo noruego ocupado por los alemanes mientras evadían los aviones de combate enemigos. Durante el viaje de tres horas, Bohr, equipado con un paracaídas, un traje de vuelo y una máscara de oxígeno, se reclinó en un colchón dentro de la bahía de bombas del avión. Durante el vuelo ocurrió un incidente notable: el casco de vuelo de Bohr era demasiado pequeño, lo que le impedía escuchar las instrucciones del intercomunicador del piloto para activar su suministro de oxígeno mientras el avión ascendía a gran altitud para el sobrevuelo de Noruega. Este descuido le llevó a perder el conocimiento debido a la falta de oxígeno, y sólo lo recuperó cuando el avión descendió a una altitud menor sobre el Mar del Norte. Una semana más tarde, el hijo de Bohr, Aage, siguió a su padre a Gran Bretaña en un vuelo separado y posteriormente sirvió como su asistente personal.

James Chadwick y Sir John Anderson dieron una cordial bienvenida a Bohr; sin embargo, por motivos de seguridad, la presencia de Bohr se gestionó discretamente. Se le proporcionó un apartamento en el Palacio de St James y una oficina junto al equipo de desarrollo de armas nucleares de British Tube Alloys. Bohr expresó un considerable asombro por los importantes avances logrados. Posteriormente, Chadwick organizó el Proyecto Manhattan. El 8 de diciembre de 1943, Bohr llegó a Washington, D.C., donde conversó con el general de brigada Leslie R. Groves Jr., director del Proyecto Manhattan. Su itinerario incluyó visitas a Einstein y Pauli en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey, y a Los Álamos, Nuevo México, el lugar donde se diseñaron armas nucleares. Para mantener la seguridad operativa dentro de los Estados Unidos, Bohr adoptó el seudónimo de "Nicholas Baker", mientras que Aage fue designado "James Baker". En mayo de 1944, el periódico de la resistencia danesa De frie Danske publicó un relato afirmando que entendía que 'el famoso hijo de Dinamarca, el profesor Niels Bohr', había escapado, en octubre del año anterior, de su tierra natal a través de Suecia a Londres, viajando posteriormente a Moscú, desde donde se suponía que estaba contribuyendo al esfuerzo de guerra.

Bohr no estableció residencia permanente en Los Álamos, sino que realizó una serie de visitas prolongadas durante el siguiente período de dos años. Robert Oppenheimer reconoció el papel de Bohr como "una figura paterna científica para los hombres más jóvenes", destacando particularmente su influencia en Richard Feynman. Se cita al propio Bohr diciendo: "No necesitaron mi ayuda para fabricar la bomba atómica". Sin embargo, Oppenheimer atribuyó una contribución significativa a Bohr en el desarrollo de iniciadores de neutrones modulados. Oppenheimer observó: "Este dispositivo seguía siendo un enigma persistente, pero a principios de febrero de 1945 Niels Bohr aclaró lo que había que hacer".

Bohr reconoció rápidamente el impacto transformador que las armas nucleares ejercerían en las relaciones internacionales. En abril de 1944, recibió correspondencia de Peter Kapitza, redactada varios meses antes durante la estancia de Bohr en Suecia, en la que le extendía una invitación. Esta comunicación convenció a Bohr de que los soviéticos conocían el proyecto angloamericano y se esforzarían por desarrollar sus propias capacidades. Envió una respuesta evasiva a Kapitza, presentándola primero a las autoridades británicas para su revisión antes de enviarla por correo. La reunión de Bohr con Churchill el 16 de mayo de 1944 reveló una divergencia fundamental en las perspectivas, y Bohr señaló que "no hablábamos el mismo idioma". Churchill se opuso vehementemente al concepto de transparencia con los soviéticos, articulando en una carta su opinión de que "Me parece que Bohr debería ser confinado o, en cualquier caso, hacerle ver que está muy cerca del borde de los crímenes mortales".

Oppenheimer propuso que Bohr colaborara con el presidente Franklin D. Roosevelt para abogar por compartir los hallazgos del Proyecto Manhattan con los soviéticos, creyendo que esto podría acelerar los resultados. El asociado de Bohr, el juez de la Corte Suprema Felix Frankfurter, informó al presidente Roosevelt sobre las perspectivas de Bohr, lo que llevó a una reunión entre Bohr y Roosevelt el 26 de agosto de 1944. Roosevelt recomendó que Bohr regresara al Reino Unido para buscar el respaldo británico para esta propuesta. Sin embargo, durante su reunión en Hyde Park el 19 de septiembre de 1944, Churchill y Roosevelt descartaron la idea de revelar el proyecto a la comunidad internacional. Su aide-mémoire incluía un apéndice que estipulaba que "deben realizarse investigaciones sobre las actividades del profesor Bohr y tomarse medidas para garantizar que no sea responsable de ninguna filtración de información, particularmente a los rusos".

En junio de 1950, Bohr publicó una "Carta Abierta" a las Naciones Unidas, abogando por la colaboración global en materia de energía nuclear. Tras la prueba inicial de armas nucleares de la Unión Soviética en 1949, en la década de 1950 se creó la Agencia Internacional de Energía Atómica, alineándose con las propuestas de Bohr. Fue honrado con el primer Premio Átomos para la Paz en 1957.

Vida posterior

Después de la conclusión de la guerra, Bohr regresó a Copenhague el 25 de agosto de 1945 y posteriormente fue reelegido presidente de la Real Academia Danesa de Artes y Ciencias el 21 de septiembre. Durante una asamblea conmemorativa de la Academia el 17 de octubre de 1947, en conmemoración del rey Cristián X, que había fallecido en abril, el monarca reinante, Federico IX, declaró su intención de otorgar la Orden del Elefante a Bohr. Este prestigioso galardón, típicamente reservado para la realeza y los jefes de estado, fue presentado por el rey como un honor no sólo para el propio Bohr sino también para los logros científicos daneses. Bohr diseñó personalmente su escudo de armas, que incorporaba un taijitu (que representa el yin y el yang) y llevaba el lema en latín: contraria sunt complementa, que significa "los opuestos son complementarios".

La Segunda Guerra Mundial subrayó la necesidad de importantes recursos financieros y materiales en los esfuerzos científicos, particularmente en la física. Para contrarrestar una posible "fuga de cerebros" hacia los Estados Unidos, doce naciones europeas colaboraron para establecer el CERN, una organización de investigación inspirada en los laboratorios nacionales estadounidenses, destinada a emprender proyectos de "Gran Ciencia" que exceden las capacidades de cualquier nación por sí sola. Pronto surgieron debates sobre la ubicación óptima de estas instalaciones. Bohr y Kramers abogaron por el Instituto de Copenhague como lugar preferido. Sin embargo, Pierre Auger, quien orquestó las discusiones iniciales, discrepó y afirmó que tanto Bohr como su instituto habían superado su apogeo y que la participación de Bohr podría eclipsar a otros contribuyentes. Tras una extensa deliberación, Bohr respaldó formalmente al CERN en febrero de 1952, lo que llevó a la selección de Ginebra como sede en octubre. El Grupo Teórico del CERN operó desde Copenhague hasta que se completaron sus nuevas instalaciones en Ginebra en 1957. Victor Weisskopf, quien más tarde sirvió como Director General del CERN, resumió la contribución de Bohr afirmando que mientras "otras personalidades... comenzaron y concibieron la idea del CERN", el "entusiasmo y las ideas de otras personas no habrían sido suficientes... si un hombre de su estatura no lo hubiera apoyado".

Al mismo tiempo, las naciones escandinavas establecieron el Instituto Nórdico de Física Teórica en 1957, con Bohr como presidente. También participó en la fundación del Centro de Investigación Risø, una iniciativa de la Comisión Danesa de Energía Atómica, y ocupó el cargo de presidente inaugural a partir de febrero de 1956.

Bohr falleció de insuficiencia cardíaca el 18 de noviembre de 1962 en su residencia de Carlsberg, Copenhague. Después de la cremación, sus cenizas fueron enterradas en la parcela familiar del cementerio Assistens en el distrito Nørrebro de Copenhague, junto con los restos de sus padres, su hermano Harald y su hijo Christian. Posteriormente, las cenizas de su esposa también fueron enterradas en el mismo lugar. El 7 de octubre de 1965, coincidiendo con lo que habría sido su 80 cumpleaños, el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague fue designado formalmente Instituto Niels Bohr, nombre que había llevado informalmente durante un largo período.

Parentimiento

En 1910, Bohr conoció a Margrethe Nørlund, la hermana del matemático Niels Erik Nørlund. Bohr retiró formalmente su membresía de la Iglesia de Dinamarca el 16 de abril de 1912, y posteriormente él y Margrethe se casaron en una ceremonia civil en el ayuntamiento de Slagelse el 1 de agosto. Su hermano, Harald, de manera similar se desafilió de la iglesia antes de su propio matrimonio años después. Bohr y Margrethe tuvieron seis hijos. Su hijo mayor, Christian, murió trágicamente en un accidente de navegación en 1934. Otro hijo, Harald, padecía una discapacidad mental grave y fue internado lejos de la residencia familiar a los cuatro años, sucumbiendo a una meningitis infantil seis años después. Aage Bohr alcanzó prominencia como físico y recibió el Premio Nobel de Física en 1975, reflejando los logros de su padre. Vilhelm A. Bohr, hijo de Aage, es un científico asociado a la Universidad de Copenhague y al Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de Estados Unidos. Hans siguió la carrera de médico; Erik se convirtió en ingeniero químico; y Ernest ejerció la abogacía. Ernest Bohr, al igual que su tío Harald, se distinguió como atleta olímpico y representó a Dinamarca en hockey sobre césped en los Juegos Olímpicos de Verano de 1948 celebrados en Londres.

Reconocimientos

Honores

Afiliaciones

Conmemoración

El cincuentenario del modelo de Bohr se celebró en Dinamarca el 21 de noviembre de 1963, mediante la emisión de un sello postal con Bohr, el átomo de hidrógeno, y la fórmula que representa la diferencia de energía entre dos niveles de hidrógeno cualesquiera: h ν = ϵ §1819§ ϵ §3031§ {\displaystyle h\nu =\epsilon _{2}-\epsilon _{1}} . Muchas otras naciones han emitido de manera similar sellos postales conmemorativos que representan a Bohr. En 1997, el Banco Nacional Danés puso en circulación un billete de 500 coronas, que mostraba en un lugar destacado un retrato de Bohr fumando en pipa. El 7 de octubre de 2012, el cumpleaños de Bohr fue honrado con un Doodle de Google que ilustra el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno. Un asteroide, designado 3948 Bohr, recibió su nombre en su honor, al igual que el cráter lunar Bohr y el bohrio, el elemento químico con número atómico 107, en reconocimiento a sus importantes contribuciones a la comprensión de la estructura atómica.

Bibliografía

La paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen representa una crítica histórica relativa a los fundamentos de la mecánica cuántica.

Notas

Referencias